CN208187598U - 测力传感器及动力总成悬置力测量传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种测力传感器及动力总成悬置力测量传感器，涉及传感器领域，包括壳体和至少一个测量电桥，壳体包括承力形变结构和安装基座，承力形变结构和所述安装基座之间存在通槽，所述承力形变结构背离安装基座的一面设置有凸台，至少一个测量电桥设置在所述承力形变结构上，所述至少一个测量电桥包括四个应变片，所述四个应变片沿第一测力方向以所述承力形变结构中心对称设置在所述第一测力方向垂直的面上，上述结构使得安装方便、操作标准化且测量精度高。

Description

测力传感器及动力总成悬置力测量传感器

技术领域

本实用新型涉及传感器领域，具体而言，涉及一种测力传感器及动力总成悬置力测量传感器。

背景技术

随着汽车市场竞争日益激烈，人们对汽车舒适性提出了更高的要求。其中，动力总成悬置系统起到了隔离动力系统震动往车身传递的作用，悬置结构的强度、耐久性直接关系到车辆驾乘的舒适性。但对于悬置结构受力的测量，因其安装位置的特殊性，在其工作时始终承受着三个正交方向平动载荷，而在空间中同时准确测量三个正交载荷是非常困难的。

现有技术中，通常是人工给悬置支架处选好测试点，用砂纸打磨，粘贴应变片，将粘贴好的应变片密封，并通过连接线束与数据采集系统相连接，然后在测试点上逐步加载标准砝码，通过数据采集系统测试不同加载条件下的应变数值，然后，根据加载质量和对应的应变数据，标定出力值－应变的对应曲线，将悬置安装到整车上，通过数据采集系统测试应变数值，并根据标定好的力值－应变的对应曲线计算出此时车身悬置支架受力。

但是，在悬置支架上选测试点粘贴应变片，需要有经验的工程师来进行，通常选择应力集中且位置对称的点。标定力值－应变对应曲线时，因动力总成悬置的结构是不规则的，粘贴的应变片不能很好的完成三个空间平动载荷的解耦，测试时存在力的耦合现象，不能准确的测量出一个方向上的力，会造成很大的测量误差，而且如果选择位置不合适的话，可能会导致标定力值－应对应变曲线时，应变数值太小，标定曲线失真、测量不准确，多次测量重复性差。

本实用新型提供一种新型的测力传感器，可以解决上述问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种测力传感器，其能够精确输出待测件在测力方向受力时所产生的电压差信号，从而使得计算该待测件在测力方向的受力情况更加准确。

本实用新型的实施例是这样实现的：

一种测力传感器，包括壳体和至少一个测量电桥，所述壳体包括承力形变结构和安装基座，所述承力形变结构和所述安装基座之间存在通槽，所述承力形变结构背离安装基座的一面设置有凸台，所述至少一个测量电桥设置在所述承力形变结构上，所述测量电桥包括四个应变片，所述四个应变片沿测力方向以所述承力形变结构中心对称设置在所述测力方向垂直的面上。

如上所述，当所述测力方向包括第一测力方向、第二测力方向和第三测力方向时，所述至少一个测量电桥包括分别设置在所述承力形变结构上的第一测量电桥、第二测量电桥与第三测量电桥，其中，所述第一测量电桥用于输出所述测力传感器在第一测力方向的电压差信号，所述第二测量电桥用于输出所述测力传感器在第二测力方向的电压差信号，所述第三测量电桥用于输出所述测力传感器在第三测力方向的电压差信号。

如上所述，所述第一测量电桥包括四个应变片，所述四个应变片沿第一测力方向以所述承力形变结构中心对称设置在所述第一测力方向垂直的面上，所述第二测量电桥包括四个应变片，所述四个应变片沿第二测力方向以所述承力形变结构中心对称设置在所述第二测力方向垂直的面上，所述第三测量电桥包括四个应变片，所述四个应变片沿第三测力方向以所述承力形变结构中心对称设置在所述第三测力方向垂直的面上。

如上所述，所述通槽沿所述壳体中心对称设置。

如上所述，所述通槽包括第一凹槽和第二凹槽，所述第一通槽设置在与所述凸台相邻的一个面上，所述第二凹槽设置在所述第一凹槽的对立面上。

如上所述，所述安装基座与所述凸台都设有安装孔。

如上所述，测力传感器还包括：线束约束孔，所述线束约束孔设置在所述安装基座上。

如上所述，所述凸台高度设置不小于5mm。

如上所述，所述承力形变结构的材料包括合金结构钢。

本实用新型的另一目的在于提供一种动力总成悬置力测量传感器，该动力总成悬置力测量传感器，包括上述所述任意一种的测力传感器，所述测力传感器的凸台与动力总成悬置装置可拆卸连接，所述测力传感器的安装基座与待测件可拆卸连接。

本实用新型实施例的有益效果是：通过采用规则几何的承力性变结构以及测量电桥中应变片在该规则几何壳体结构中的合理布局，将使得该测量电桥的四个应变片可以在测力方向上感受的形变所产生的对应电压变化值，从而输出该电压变化值的电压差信号，并在测量的过程中标定测量电桥输出电压差信号与受力情况的关系曲线，通过对该测量电桥的输出电压差信号与受力情况的关系曲线的斜率求平均值，得出该关系曲线的平均斜率，则该斜率为该测力传感器的灵敏度系数，进而得到待测件所受的力，上述结构从而使得安装方便、操作标准化且测量精度高。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本实用新型测力传感器实施例一的结构示意图；

图2为本实用新型测力传感器实施例一的电路原理图；

图3为本实用新型测力传感器实施例二的结构示意图。

图标：1-测力传感器，2－测力传感器，11－壳体，13－测量电桥(第一测量电桥)，15－第二测量电桥，17第三测量电桥，111－承力形变结构，113－安装基座，115－通槽，117-凸台，1171－安装孔，1151－第一凹槽，1153-第二凹槽，1311-线束约束孔，131－应变片，133－应变片，135－应变片，137－应变片，151－应变片，153－应变片，155－应变片，157－应变片，171－应变片，173－应变片，175－应变片，177－应变片，a－对称面，b－对称面，一组测量电桥(第一测量电桥)的四个应变片的电阻R1，R2，R3，R4，e－测量电桥的输出压差，E－测量电桥激励电压。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

第一实施例

请参照图1－图2，本实施例提供一种测力传感器1，其包括壳体11与一个测量电桥13，该壳体11包括承力形变结构111和安装基座113，其中，该承力形变结构111和安装基座113之间存在通槽115，所述承力形变结构111背离安装基座113的一面设置有凸台117。

具体的，该承力形变结构111具有一中心点，其每两个相对面均以通过该中心点的对称面对称，下面以对称面a和对称面b为例说明：其中，该对称面a和对称面b相互垂直。进一步的，该测量电桥13粘贴于壳体11上，该测量电桥13，包括四个应变片，具体为应变片131、应变片133、应变片135、应变片137，在该承力形变结构111上的凸台117的相邻面上设置有测量电桥13，该测量电桥13应变片131与应变片133沿该壳体11的对称面a对称设置，该应变片135与应变片137沿该壳体11的对称面a对称设置，应变片131和应变片135也沿壳体11的对称面b对称设置，应变片133和应变片137也沿壳体11的对称面b对称设置，应变片131、应变片133、应变片135和应变片137垂直设置在该测力方向的垂直面上，该测力方向的垂直面可以为一个面，也可以为两个面，其中，通过四个应变片131、133、135、137在测力方向上感受的形变所产生的电压变化值，输出该电压变化值的电压差信号。

进一步的，通槽115包括第一凹槽1151和第二凹槽1153，该第一凹槽1151设置在与该凸台117相邻的一个面上，该第二凹槽1153设置在该第一凹槽1151的对立面，且第一凹槽1151和第二凹槽1153沿该壳体11的中心对称。

具体的，通槽115的镂空形状加工为方向带圆角结构，可以加工成圆形、椭圆形、矩形带圆角结构，但并不以此为限。

该承力形变结构111上设有凸台117，凸台117高度设置为至少5mm，凸台117上设置有一安装孔1171，该安装孔有定位作用，对测力传感器1进行定位可拆卸安装，可选的，该安装孔1171，可为螺栓孔，也可为螺纹孔，但并不以此为限。

可选的，可以在该凸台117平面上加工一个大型螺栓孔，或者两个对称的螺栓孔，对安装孔的数量不做限制，只要能实现同样的功能即可。

进一步的，该承力形变结构111材料为合金结构钢，其中，合金结构钢的碳含量为0.38％－－0.45％，含铬0.9％－－1.2％，含钼0.15％－－0.25％，该合金结构钢的抗拉强度为1100MPa，屈服点为950MPa，最佳的，该合金结构钢碳含量为0.4％，含铬1％，含钼0.2％，即为40CrMo钢是制作承力形变结构的最佳材质。

具体的，该承力形变结构111，受到由凸台117传输的力，会发生形变，在形变过程中，该承力形变结构111不能碰及安装基座113，也不高于凸台117。

进一步的，安装基座113上设有四个安装孔，该安装孔可以为螺孔，可做定位孔用，用于定位安装测力传感器1，可选的，该四个安装孔也可用一个大的螺纹孔替代，即在中心位置加工一个大的螺纹孔作为安装孔，该中心位置为对称面a与对称面b的交点位置，也能起到对该测力传感器1进行定位安装的功能。

进一步的，安装基座113上设有线束约束孔1311，该线束约束孔1311可为两个螺纹孔，该螺纹孔通过U型卡子螺接，来达到约束引线的目的，其中，应变片的引线最终均通过该线束约束孔1311引出，与数据采集系统相连接。

请参照图2，该测力传感器1的工作原理是，所述测力传感器的凸台与受力源连接，所述测力传感器的安装基座与待测件可拆卸连接，当通过待测件产生震动时，会带动承力形变结构111发生一定的形变，导致粘贴在承力形变结构111上每个应变片也会感受到变形，就会产生相应的电阻变化，当电阻变化时，就会产生电压差变化，从而由测量电桥输出电压差信号，其电阻与输出电压差的关系是：

其中，R1，R2，R3，R4分别是一组测量电桥中，四个应变片各自的电阻，e是测量电桥的输出电压差，E为测量电桥激励电压。

在测量的过程中标定测量电桥输出电压差信号与受力情况的关系曲线，通过对该测量电桥的输出电压差信号与受力情况的关系曲线的斜率求平均值，得出该关系曲线的平均斜率，则该斜率为该测力传感器的灵敏度系数，而待测件所受的力具体公式如下：

待测件测力方向的受力＝灵敏度系数＊电压压差值

本实施例提供一种测力传感器，该测力传感器包括壳体和至少一个测量电桥，通过采用规则几何的承力性变结构以及测量电桥中应变片在该规则几何壳体结构中的合理布局，使得该测量电桥的四个应变片可以在测力方向上感受的形变产生的对应电压变化值，从而输出该电压变化值的电压差信号，并在测量的过程中标定测量电桥输出电压差信号与受力情况的关系曲线，通过对该测量电桥的输出电压差信号与受力情况的关系曲线的斜率求平均值，得出该关系曲线的平均斜率，则该斜率为该测力传感器的灵敏度系数，进而得到待测件所受的力，上述结构使得安装方便、操作标准化且测量精度高。

第二实施例

请参照图3，本实施例提供一种测力传感器2其包括壳体11和粘贴于壳体11上的测量电桥，该测量电桥包括第一测量电桥13，第二测量电桥15，第三测量电桥17，其中，该第一测量电桥13，包括四个应变片，具体为应变片131、应变片133、应变片135、应变片137，在该承力形变结构111上的凸台117的相邻面上设置有第一测量电桥13，该第一测量电桥13的应变片131与应变片133沿该承力形变结构111的对称面a对称设置，该应变片135与应变片137沿该承力形变结构111的对称面a对称设置，应变片131和应变片135也沿承力形变结构111的对称面b对称设置，应变片133和应变片137也沿承力形变结构111的对称面b对称设置，应变片131、应变片133、应变片135、应变片137垂直设置在该第一测力方向的垂直面上，该第一测力方向的垂直面可以为一个面，也可以为两个面，其中，通过四个应变片131、133、135、137在第一测力方向上感受的形变所产生的电压变化值，输出所述测力传感器在第一测力方向的电压差信号。

第二测量电桥15粘贴于壳体11上，该第二测量电桥15，包括四个应变片，具体为应变片151、应变片153、应变片155和应变片157，在承力形变结构111上的凸台117的相邻面上设置有第二测量电桥15，该第二测量电桥15的应变片151与应变片153沿该承力形变结构111的对称面b对称设置，该应变片155与应变片157沿该承力形变结构111的对称面b对称设置，应变片151和应变片155也沿承力形变结构111的对称面a对称设置，应变片153和应变片157也沿承力形变结构111的对称面a对称设置，应变片151、应变片153、应变片155和应变片157垂直设置在该第二测力方向的垂直面上，该第二测力方向的垂直面可以为一个面，也可以为两个面，其中，通过四个应变片151、153、155、157在第二测力方向上感受的形变所产生的电压变化值，输出所述测力传感器在第二测力方向的电压差信号。

第三测量电桥17粘贴于壳体11上，第三测量电桥17，包括四个应变片，具体为应变片171、应变片173、应变片175和应变片177，在承力形变结构111上的凸台177的相邻面上设置有第三测量电桥17，该第三测量电桥17的应变片171与应变片173沿该承力形变结构111的对称面a和b对称设置，该应变片175与应变片177沿该承力形变结构111的对称面a和b对称设置，应变片171和应变片175也沿承力形变结构111的对称面a和b对称设置，应变片173和应变片177也沿承力形变结构111的对称面a和b对称设置，四个应变片垂直设置在该第三测力方向的垂直面上，该第三测力方向的垂直面可以为一个面，也可以为两个面。应变片171、应变片173、应变片175和应变片177垂直设置在该第三测力方向的垂直面上，该第三测力方向的垂直面可以为一个面，也可以为两个面，其中，通过四个应变片171、173、175、177在第三测力方向上感受的形变所产生的电压变化值，输出所述测力传感器在第三测力方向的电压差信号。

需要说明的是，本实施例只阐述与上述实施例一不一样的结构，所述测力传感器2的其他具体结构可以参照上述实施例一的技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不一一赘述。

具体的，该测力传感器2的工作原理是，若测力传感器安装底座安装位置在三维坐标空间内的水平面上时，其测力方向包括三个方向时，如：第一测力方向为正X方向，第二测力方向为正Y方向，第三测力方向为正Z方向，则第一测量电桥13测量用于输出所述测力传感器在正X方向的电压差信号，第二测量电桥15用于输出所述测力传感器在正Y方向的电压差信号，第三测量电桥17用于输出所述测力传感器在正Z方向的电压差信号，三个方向上的电桥可以分别进行工作，不用进行解耦，然后当激励电压产生变化时，每个测量电桥的每个应变片会根据产生的形变量产生电压差变化，其中，e1是第一测量电桥输出的电压差，e2是第二测量电桥输出的电压差，e3是第三测量电桥输出的电压差，其具体的计算方法参照上述实施例一中测量电桥输出的电压差计算方法，不再一一赘述。

其电压差变化量与受到的力值大小成正比，并在测量过程中标定每一个测量电桥的输出电压压差信号与受力情况的关系曲线，通过对每个测量电桥的输出压差信号与受力情况的关系曲线的斜率求平均值，得出每个测量电桥对应的关系曲线的平均斜率，则该斜率为每个测量电桥的灵敏度系数，即第一测量电桥的灵敏度系数f1，第二测量电桥的灵敏度系数f2，第三测量电桥的灵敏度系数f3，再根据每个测量电桥的灵敏度系数得到待测件在正X、正Y、正Z方向上分别受到的力，其中，其具体的计算方法参照上述实施例一中的计算方法，不再一一赘述。

可选的，若测力传感器安装底座安装位置在三维坐标空间内的非水平面上，即该第一测量电桥13的第一测力方向为非正X方向，第二测量电桥15的第二测力方向为非正Y方向，第三测量电桥17的第三测力方向为非正Z方向时，可以参照所述待测件在正X、正Y、正Z方向的受力的计算方法，但还需要对非正X方向、非正Y方向、非正Z方向进行解耦，即进行矢量求和，从而求得待测件在正X，正Y，正Z方向上受到的力。

所述测力传感器2可以测量三个测力方向的力，其实现原理均与上述实施例一相同，在这里只阐述的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不一一赘述。

第三实施例

本实施例提供一种动力总成悬置力测量传感器，包括上述所述任意一种的测力传感器，所述测力传感器的凸台与动力总成悬置装置可拆卸连接，所述测力传感器的安装基座与待测件可拆卸连接，该动力总成悬置装置可以是发动装置，该待测件可以是车架，测力传感器的凸台117上的安装孔1171安装于发动装置上，测力传感器的安装基座113上的安装孔1131安装于车架上，也可以是测力传感器的凸台117上的安装孔1171安装于车架上，测力传感器的安装基座113上的安装孔1131安装于发动装置上，该动力总成悬置力测量传感器可采用第一实施例与第二实施例的技术方案，本实施例的具体结构参照第一实施例与第二实施例的全部技术方案，因此至少具有上述第一实施例和第二实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不一一赘述。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种测力传感器，其特征在于，包括壳体和至少一个测量电桥，所述壳体包括承力形变结构和安装基座，所述承力形变结构和所述安装基座之间存在通槽，所述承力形变结构背离安装基座的一面设置有凸台，所述至少一个测量电桥设置在所述承力形变结构上，所述测量电桥包括四个应变片，所述四个应变片沿测力方向以所述承力形变结构中心对称设置在所述测力方向垂直的面上。

2.根据权利要求1所述的测力传感器，其特征在于，当所述测力方向包括第一测力方向、第二测力方向和第三测力方向时，所述至少一个测量电桥包括分别设置在所述承力形变结构上的第一测量电桥、第二测量电桥与第三测量电桥，其中，所述第一测量电桥用于输出所述测力传感器在第一测力方向的电压差信号，所述第二测量电桥用于输出所述测力传感器在第二测力方向的电压差信号，所述第三测量电桥用于输出所述测力传感器在第三测力方向的电压差信号。

3.根据权利要求2所述的测力传感器，其特征在于，所述第一测量电桥包括四个应变片，所述四个应变片沿第一测力方向以所述承力形变结构中心对称设置在所述第一测力方向垂直的面上，所述第二测量电桥包括四个应变片，所述四个应变片沿第二测力方向以所述承力形变结构中心对称设置在所述第二测力方向垂直的面上，所述第三测量电桥包括四个应变片，所述四个应变片沿第三测力方向以所述承力形变结构中心对称设置在所述第三测力方向垂直的面上。

4.根据权利要求1所述的测力传感器，其特征在于，所述通槽沿所述壳体中心对称设置。

5.根据权利要求4所述的测力传感器，其特征在于，所述通槽包括第一凹槽和第二凹槽，所述第一凹槽设置在与所述凸台相邻的一个面上，所述第二凹槽设置在所述第一凹槽的对立面上。

6.根据权利要求1所述的测力传感器，其特征在于，所述安装基座与所述凸台都设有安装孔。

7.根据权利要求1所述的测力传感器，其特征在于，所述测力传感器还包括：线束约束孔，所述线束约束孔设置在所述安装基座上。

8.根据权利要求1所述的测力传感器，其特征在于，所述凸台高度设置不小于5mm。

9.根据权利要求1所述的测力传感器，其特征在于，所述承力形变结构的材料包括合金结构钢。

10.一种动力总成悬置力测量传感器，其特征在于，包括至少一个权利要求1-9所述任意一种的测力传感器，所述测力传感器的凸台与动力总成悬置装置可拆卸连接，所述测力传感器的安装基座与待测件可拆卸连接。