專利名稱：軸向力傳感器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種軸向力傳感器，該軸向力傳感器具有關于傳力軸 線旋轉對稱的、形成測量彈簧的變形體和成對地布置在相反指向的應 變區域中的、連接成電阻電橋的應變片。
背景技術：
所述的也稱為測力計的軸向力傳感器借助于電阻電橋將在形成測
量彈簧的變形體的區域中的與有待測量的軸向力成比例的應變轉換為 電信號。所述電阻電橋通常構造為具有四個測量用電阻的惠斯通全電
橋(Vollbriicke )。
對于這種電橋電路來說，所述電阻電橋的由應變片構成的電阻在 變形體受負荷時相應成對地被加栽相反指向的應變(具有不同符號的 應變)。在常規的軸向力傳感器中，所述變形體的符合這些條件并且 因此適合于接納應變片的區域通常在空間上彼此遠離，從而實際上排 除了緊湊的測力元件的使用。
發明內容
因此，本發明的任務是，構造開頭所述類型的軸向力傳感器，使 得經受相反指向的應變的應變片在空間上靠近彼此地進行布置。
按本發明，該任務通過以下方式得到解決，即所述變形體具有在 出現軸向力時在徑向上發生應變的中央的接納孔，該接納孔的孔邊通 過一個環形框與一個與所述接納孔軸向間隔開地布置的變形盤相連 接。該變形盤的盤邊在徑向上突出超過所述環形框，并且所述應變片 成對地在所述環形框的直徑的內部和外部布置在所述變形盤的端面 上。
在所述變形體經受軸向壓力負荷時在所述接納孔的孔邊上出現的 在圓周上均勻分布的徑向的應變引起所述變形盤的變形，使得處于所 述環形框的直徑內部的、具有其中一對應變片的區域得到負的應變(壓 縮)，而同時所述盤邊的處于所述環形框的直徑外部的、具有另一對 應變片的區域得到正的應變。
如果代替壓力比如通過連接螺紋向所述變形體施加拉力，那么所說明的應變情況相反。在所述環形框的直徑內部的區域中出現正的應 變，而在所述盤邊上則出現負的應變(壓縮).所述軸向力傳感器因 此可以構造為壓力傳感器和/或拉力傳感器。由此從所述形成測量彈簧 的變形體的孔邊的因負荷引起的相同指向的應變中產生兩個具有相反 指向的應變的區。在此，可以檢測到以相應的測量方向應用的應變片 的徑向的或者切向的應變。由此以最佳的方式提供用于惠斯通全電橋 的機械前提。
優選所述兩對應變片相對于所述環形框的中間的直徑以近似相同
的徑向間距來布置。在此有利的是，所迷應變片彼此間以90。的角距來 布置。
在本發明構思的改進方案中，所述環形框和所述變形盤形成一體 的傳感器本體，該傳感器本體與所述形成測量彈簧的變形體的孔邊相 連接。所述裝備有應變片的傳感器本體形成一種用于對所述測量彈簧 的孔邊的與負荷成比例的變形進行檢測的緊湊的測量元件。這個傳感 器本體可以裝入不同大小和不同構造的測量彈黃中，其中對所述測量
彈簧僅僅提出這樣的要求，也就是它具有用于所述傳感器本體的接納 孔，該接納孔的孔邊依賴于負荷發生變形。
因為所述傳感器本體不是處于有待測量的軸向力的力線上，所以 它可以不依賴于所述軸向力傳感器的相應規定的額定負荷構造成具有 非常微小的固有剛度并且因此也可以安裝在用于小負荷的測量彈簧 中。
所述裝入軸向力傳感器的測量彈黃的接納孔中的傳感器本體將所 述接納孔的徑向變形分為相反的應變，并且由此形成用于通過全電橋 電路進行最佳的應變檢測的基礎。
特別有利的是，除了所述形成電橋電路的應變片之外也可以在所 述傳感器本體上的最小的表面上安裝補償電阻和用于零點平衡的元 件。因此，如此提供的傳感器特別不容易受干擾因素的影響。尤其在 很大程度上將在空間上彼此遠離的應變片上的溫差對測量過程的干擾 排除了。
所述形成全電橋的應變片、補償電阻和用于零點平衡的電阻可以 一起構造在有待施加在傳感器本體上的支座上，從而使一種另外的具 有應變片、焊接支撐點及類似結構的傳感器本體的應用失效。由此，利用如此提供的傳感器可以以低廉的成本給軸向力傳感器配設標準化 的傳感裝置。
本發明構思的其它有利的設計方案是其它從屬權利要求的主題。
下面借助于在附圖中示出的實施例對本發明進行詳細解釋。其中
圖l是處于未受負荷的狀態中的軸向力傳感器的軸向剖面圖，
圖2是按圖1的處于受負荷的變形的狀態中的軸向力傳感器，其
中為更清楚地顯示起見夸大示出了變形，
圖3是在圖1和2中示出的軸向力傳感器的傳感器本體連同施加
在其上面的應變片，其中在圖表中關于所述傳感器本體的變形盤的直
徑繪出了應變，并且
圖4是所述傳感器本體的沿圖3中的箭頭IV的方向的視圖，其中
示意示出了將所述應變片聯接成惠斯通全電橋。
具體實施例方式
在圖l和2中示出的軸向力傳感器具有形成測量彈簧的變形體l， 該變形體基本上構造為缽狀的。所述變形體l的圓柱形的環2與缽底3 連接成一體的，所述缽底3具有軸向突出的傳力環4。如在圖2中示意 示出的一樣，將有待測量的壓力F施加到所述傳力環4上并且通過支 撐環5傳遞到支撐面6上。
所述缽底3在其中央的區域中構造為基本上易于彎曲的薄膜環7， 該薄膜環7包圍著接納孔8。
在所述接納孔8中優選通過材料連接安置一體的傳感器本體9。
所述傳感器本體9具有環形框10，該環形框IO在所示出的實施例 中構造為空心圓柱形的環。所述環形框10通過徑向突出的傳力法蘭11 與所述接納孔8的孔邊12相連接。
所述環形框10與一個與所述接納孔8軸向間隔開地布置的較薄的 變形盤13相連接，該變形盤13的盤邊14在徑向上突出超過所述環形 框IO。
所述安置在接納孔8中的傳感器本體9及施加在其上面的應變片 的細節在圖3和4中示出。
所迷變形盤13在其端面(在圖1-3中處于下面)上具有四個應變 片15、 16和17、 18。盡管這些應變片15-18如從圖4中看出的一樣實際上彼此間以90°的角距來布置，但是這些應變片15-18為更清楚地示 出起見在圖3中以剖切面示出，
可以看出，在所迷測量彈簧在軸向力作用下變形時在所述環形框 IO的直徑內部的區域中在所述變形盤13的端面13a上出現壓縮(負的 徑向的或者切向的應變)，這種壓縮由施加在那里的應變片17和18 檢測。
在所述盤邊14上同時出現正的徑向的或切向的應變，該應變由在 那里施加在端面上的應變片15到18檢測。
在所示出的實施例中，所述應變片15、 16以徑向的測量方向實施. 取而代之，所述應變片也可以以切向的測量方向實施，用于檢測在那 里同時沿圓周方向出現的應變，
所述軸向力傳感器作為壓力傳感器來說明。如果如此設計所述變 形體l，從而也可以比如通過(未示出的)連接螺紋來承受拉力，那么 可以將其構造為壓力和/或拉力傳感器。
如在圖4中示出的一樣，所述應變片15、 16和17、 18聯接成電阻 電橋，在此示出該電阻電橋的電壓源V和信號輸出端S。在實際的實 施例中，在所述應變片15、 16和17、 18上的絕對應變值的比例大約 是1:4。
權利要求
1. 軸向力傳感器，具有關于傳力軸線旋轉對稱的、形成測量彈簧的變形體和成對地布置在相反指向的應變區域中的、連接成電阻電橋的應變片，其特征在于，所述變形體(1)具有在出現軸向力時徑向發生應變的中央的接納孔(8)，該接納孔(8)的孔邊(12)通過環形框(10)與一個與所述接納孔(8)軸向間隔開地布置的變形盤(13)相連接，該變形盤(13)的盤邊(14)在徑向上突出超過所述環形框(10)，并且所述應變片(15-18)成對地在所述環形框(10)的直徑的內部和外部布置在所述變形盤(13)的端面上。
2. 按權利要求l所述的軸向力傳感器，其特征在于，所述應變片 (15-18)以徑向的測量方向應用。
3. 按權利要求l所述的軸向力傳感器，其特征在于，所述應變片 (15-18)以切向的測量方向應用。
4. 按權利要求1到3中任一項所述的軸向力傳感器，其特征在于， 所述兩對應變片(15、 16; 17、 18)相對于所述環形框(10)的中間 的直徑以近似相同的徑向間3巨布置。
5. 按權利要求1到4中任一項所述的軸向力傳感器，其特征在于， 所述應變片(15-18)彼此間以卯。的角距來布置。
6. 按權利要求1所述的軸向力傳感器，其特征在于，所述環形框 (10)和所述變形盤(13)形成一體的傳感器本體(9)，該傳感器本體(9)與所述形成測量彈簧的變形體(1)的孔邊(12)相連接。
7. 按權利要求6所述的軸向力傳感器，其特征在于，所述環形框 (10)具有徑向突出的、與所述孔邊(12)相連接的傳力法蘭(11)。
8. 按權利要求1到7中任一項所述的軸向力傳感器，其特征在于， 所述環形框(10)構造為空心圓柱形的環。
9. 按權利要求6所述的軸向力傳感器，其特征在于，所述變形體 (1)構造為近似缽狀的并且其缽底(3)具有接納傳感器本體(9)的接納孔(8)。
10. 按權利要求9所述的軸向力傳感器，其特征在于，所述缽底 (3)在其將所述接納孔(8)包圍的區域中構造為基本上易于彎曲的薄膜環(7)。
11. 按權利要求9所述的軸向力傳感器，其特征在于，所述缽底(3)具有軸向突出的傳力環(4)。
全文摘要
本發明涉及一種軸向力傳感器，該軸向力傳感器具有關于傳力軸線旋轉對稱的、形成測量彈簧的變形體(1)和成對地布置在相反指向的應變區域中的、連接成電阻電橋的應變片(15、18)。所述變形體(1)具有在出現軸向力時徑向發生應變的中央的接納孔(8)，該接納孔(8)的孔邊(12)通過環形框(10)與一個與所述接納孔(8)軸向間隔開地布置的變形盤(13)相連接。該變形盤(13)的盤邊(14)在徑向上突出超過所述環形框(10)。所述應變片(15、18)成對地在所述環形框(10)的直徑的內部和外部布置在所述變形盤(13)的端面上。
文檔編號G01G3/14GK101432609SQ200780015746
公開日2009年5月13日 申請日期2007年4月30日 優先權日2006年5月3日
發明者J·霍斯-馮沃夫拉姆斯多夫, O·喬斯特 申請人:泰科思有限責任公司