專利名稱：壓力傳感器測量壓片力機構的制作方法
技術領域：
本實用新型是應用于壓片機上的測量機構，特別涉及用于旋轉式壓片機的片重檢測和控制機構。
背景技術：
壓片機是通過一對上、下壓輪分別并同時施力于一對上、下沖上，再由上、下沖同時擠壓中模內的粉末狀物料(以下簡稱物料)，使其形成片劑來完成壓片過程的(見圖1)。由圖1可知，壓片力是上、下壓輪通過上、下沖，作用在物料上的力；而反壓力是物料受到擠壓時通過上、下沖的傳遞反作用于壓輪上的力。壓片力與反壓力是一對大小相等、方向相反、并且作用在一條直線上的作用力和反作用力。測量壓片力是壓片機的自動控制物料重量系統中的重要環節。目前壓片機基本上采用將應變片作為敏感元件直接粘貼在被測物體(即壓輪架表面)上的方法來檢測壓片力的，較有代表的是用應變片作為敏感元件測量壓片力機構，其構造是上壓輪與上壓輪架為轉動連接(回轉副)，上壓輪架一端與拉桿為鉸鏈式連接(回轉副)，另一端與上固定支點為鉸鏈式連接(回轉副)，上固定支點固定在機架上，金屬電阻膜(即應變片)緊緊地粘貼在上壓輪架表面；而拉桿與調節機構為絲杠螺紋連接(螺旋副)，調節機構固定在機架上；下壓輪與下壓輪架為轉動連接(回轉副)，下壓輪架一端與液壓缸為鉸鏈式連接(回轉副)，液壓缸固定在機架上，下壓輪架另一端與調節機構為絲杠螺紋連接(螺旋副)，調節機構固定在機架上。
其工作原理是當上、下壓輪受反壓力的作用而發生彎曲變形并伸長，即發生應變，(見圖4)，這時，緊貼在上壓輪架表面的金屬電阻膜(即應變片)也相應按比例伸長變薄，其電阻值的增大使得金屬電阻膜兩端的電壓變大。隨著反壓力的變大(或變小)，使得上、下壓輪架的應變變大(或變小)，緊貼在上壓輪架表面金屬電阻膜也隨之按比例變薄(或變厚)，其電阻值和電壓則相應地變大(或變小)，控制系統由此根據金屬電阻膜兩端電壓的大小變化測得壓片力的變化。
由于應變片作為敏感元件直接粘貼在上壓輪架表面上，使得應變片與上壓輪架一起構成測量力、荷重、壓力以及扭矩等物理量的壓力傳感器，因而對壓輪架有較高的技術要求。事實上，這種結構用來檢測壓片力存在的問題也不少，如壓片力的檢測精度低和不穩定等等關鍵問題，這些與壓輪架所采用的結構、材質、零件的加工方式、應變片在壓輪架表面的粘貼質量、以及作用在壓輪架上各個方向的力等等有關。
首先，壓輪架的材質和結構不當會影響壓片力的檢測精度。由于傳感器的功能主要將在待測物理量作用下產生的應變轉換成電學量，而電學量的精確性又取決于傳感器的結構類型和彈性體的材料等因素，所以，我們通常選用合金結構鋼、不銹鋼、高強度鋁合金等材料作為彈性體。但從上、下壓輪架受力(可達100～200kN)來看，它不能選不銹鋼或高強度鋁合金等作其材料，只能選用合金結構鋼。然而，由于合金結構鋼的特性，其材料耗費、加工的技術難度、加工費用和廢品率等等要比一般優質碳素鋼來的高，譬如，用合金結構鋼制作的上、下壓輪架在成本上要比優質碳素鋼高30％左右。除此之外，壓輪架結構設計的不合理，以及加工技術和質量的不穩定，都將影響壓片力的檢測精度。
其次，粘貼位置的不當也會影響壓片力的檢測精度。應變片的粘貼位置除了考慮反壓力的作用位置以外，還要考慮壓輪架的材料彈性因素。由于壓輪架的材料彈性模量受加工不穩定性影響而不一致，往往造成應變片的粘貼位置不確定，這也降低了壓片力的檢測精度。
此外，黏合劑的選擇和粘貼的操作方法不當降低了壓片力的檢測精度。由于應變片直接粘貼在被測物體上(即壓輪架表面)，因此，有關黏合劑的選擇和粘貼的操作方法等技術條件都相當高的。譬如，不同的應變片應選擇不同的黏合劑；為了保證應變片的粘貼完善，要根據不同應變片及不同黏合劑對應變片施加不同的壓力；并且還要嚴格控制黏合劑的固化條件和環境因素，等等。實際上，由于粘貼應變片的工藝復雜性和操作高難度性，使其合格率降低。通常，應變片的粘貼工作應交由專業廠商來處理，但是由于壓輪架的結構、材質、加工技術和質量、應變片粘貼位置的選擇等種種原因，會導致其靈敏度和測量精度的降低。
還有，各個方向作用力的不確定性也降低了壓片力的測量精度。由于壓輪架的受力除了垂直方向的反壓力外，還受到其他方向作用力的影響，使得應變片直接粘貼在上壓輪架表面的結構抗干擾性差，造成壓片力的測量精度低。
可見，由于用應變片作為敏感元件測量壓片力機構的結構合理性和操作性較差，使得其實際技術特性降低，譬如其非線性誤差≥3％，重復性誤差≥±1％，蠕變(30分鐘)≥±1％，防護等級低等等，從而造成壓片力檢測精度低、性能不穩定，最終影響壓片機的物料自動控制。用現有技術的壓片機所壓制片劑的重量差異限度當片劑的平均重量＜0.3g時，片劑重量差異限度為±7.5％；當片劑的平均重量≥0.3g時，片劑重量差異限度為±5％。
發明內容
基于上述的原因，本實用新型(即用應變片壓力傳感器測量壓片力機構)考慮用較為簡潔的結構和成熟的技術來解決現有測量壓片力技術中存在的技術特性低、性能不穩定、可操作性差等問題，從而提高壓片力的測量精度，降低技術難度和制作成本，解決壓片機的物料自動控制問題。
本實用新型采用應變片式壓力傳感器、以及根據杠桿原理，建立精確測量壓片力F的裝置(見圖1)。
其用應變片壓力傳感器測量壓片力機構的構造是上壓輪1與上壓輪架2為轉動連接(回轉副)，上壓輪架一端與拉桿3為鉸鏈式連接(回轉副)，另一端與上固定支點14為鉸鏈式連接(回轉副)；拉桿3與調節機構5為絲杠螺紋連接(螺旋副)，調節機構固定在機架6上；下壓輪4與下壓輪架13為轉動連接(回轉副)，其特征在于，下壓輪架一端與調節機構為絲杠螺紋連接(螺旋副)，另一端與塊12為鉸鏈式連接(回轉副)，塊12與頂桿10為固定連接，頂桿通過座9與應變片壓力傳感器8相接觸，頂桿10在座內可上下移動(移動副)，應變片壓力傳感器與底板7固定連接。
上固定支點可固定在機架上15；座與底板一起可固定在機架6上。固接塊11固定連接著下壓輪架。
從結構上來看，本實用新型中，應變片式壓力傳感器、頂桿、座、底板等元件組成了壓力傳感器裝置，并將其直接置于下壓輪架的一端，反壓力通過下壓輪、下壓輪架和頂桿將力按比例地傳遞給應變片式壓力傳感器。由杠桿原理而知，P＝F’*L2/(L1+L2) 公式(1)則F＝F’＝P*(L1+L2)/L2公式(2)式中L1，L2——壓輪中心至壓輪架兩端支點的固定距離。
從公式(2)得知，由于L1與L2是恒定值，則壓片力F與作用于應變片式壓力傳感器上的力P成線性關系，而與壓輪架的材質、材料變形和壓輪架結構無關。當我們從壓力傳感器裝置測得壓力P，根據公式(2)，由此可計算得壓片力F。
本實用新型的優點是首先，由于采用了應變片式壓力傳感器，因而避免了粘貼應變片帶來的工藝、操作和合格率等一系列問題，其質量、穩定性和測量精度比應變片直接粘貼在上壓輪架表面要好，譬如其非線性誤差＜0.2％，重復性誤差≤±0.07％，蠕變(30分鐘)≤±0.07％，防護等級為IP67等等，各項技術數據均優于現有的技術。
其次，因為壓片力F與作用于應變片式壓力傳感器上的力P成線性關系，與壓輪架的材質和材料變形無關(見圖2)，所以，在受力允許的范圍內，將壓輪架的材質由合金結構鋼改為優質碳素鋼，既降低了材料成本、降低了相關技術要求和加工成本，又可提高零件的合格率。據統計，零件成本可降低30～40％，而零件合格率達到98％，比原有的提高了40％。
此外，應變片式壓力傳感器除了受到垂直方向的壓力外，不會受到其他方向力的干擾，因此，抗干擾性好，檢測準確度高。
還有，因為壓片力F與作用于應變片式壓力傳感器上的力P成線性關系，與壓輪架的結構無關(見圖2)，所以，本發明的壓輪架結構比現有的更簡潔，裝配更容易，可節省裝配人工1/3。用本實用新型的壓片機所壓制片劑的重量差異限度當片劑的平均重量＜0.3g時，片劑重量差異限度為±4.0％；當片劑的平均重量≥0.3g時，片劑重量差異限度為±2％，明顯高于用現有技術的壓片機40％～47％。
附圖1是本實用新型結構示意圖。
附圖2是用應變片壓力傳感器測量壓片力機構的結構和受力示意圖。
1上壓輪，2上壓輪架，3拉桿，4下壓輪，5調節機構，6機架，7底板，8應變片式壓力傳感器，9座，10頂桿，11固接塊，12塊，13下壓輪架，14上固定支點，15機架、16上沖、17粉末狀物料、18中模、19下沖、F壓片力、F’反壓力、P作用在應變片式壓力傳感器上的力。
具體實施方式
用應變片壓力傳感器測量壓片力機構，上壓輪1與上壓輪架2為轉動連接(回轉副)，上壓輪架一端與拉桿3為鉸鏈式連接(回轉副)，另一端與上固定支點14為鉸鏈式連接(回轉副)；上固定支點固定在機架上15；拉桿3與調節機構5為絲杠螺紋連接(螺旋副)，調節機構固定在機架6上；下壓輪4與下壓輪架13為轉動連接(回轉副)，下壓輪架一端與調節機構為絲杠螺紋連接(螺旋副)，另一端與塊12為鉸鏈式連接(回轉副)，塊12與頂桿10為固定連接，頂桿通過座9與應變片壓力傳感器8相接觸，頂桿10在座內可上下移動(移動副)，應變片壓力傳感器與底板7固定連接。座與底板起固定在機架6上。固接塊11固定連接著下壓輪架。
權利要求1.一種壓力傳感器測量壓片力機構，上壓輪與上壓輪架為轉動連接，上壓輪架一端與拉桿為鉸鏈式連接，另一端與上固定支點為鉸鏈式連接；拉桿與調節機構為絲杠螺紋連接，調節機構固定在機架上；下壓輪與下壓輪架為轉動連接，其特征在于，下壓輪架一端與調節機構為絲杠螺紋連接，另一端與塊為鉸鏈式連接，塊與頂桿為固定連接，頂桿通過座與應變片壓力傳感器相接觸，頂桿在座內可上下移動，應變片壓力傳感器與底板固定連接。
2.按照權利要求1所述的壓力傳感器測量壓片力機構，其特征在于，上固定支點固定在機架上。
3.按照權利要求1或2所述的壓力傳感器測量壓片力機構，其特征在于，座與底板一起固定在機架上；固接塊固定連接著下壓輪架。
專利摘要本實用新型是應用于旋轉式壓片機的片重檢測和控制機構。上壓輪與上壓輪架為轉動連接，上壓輪架一端與拉桿為鉸鏈式連接，另一端與上固定支點為鉸鏈式連接；上固定支點固定在機架上；拉桿與調節機構為絲杠螺紋連接，調節機構固定在機架上；下壓輪與下壓輪架為轉動連接，下壓輪架一端與調節機構為絲杠螺紋連接，另一端與塊為鉸鏈式連接，塊與頂桿為固定連接，頂桿通過座與應變片壓力傳感器相接觸，頂桿在座內可上下移動。本實用新型測量質量、穩定性和測量精度比應變片直接粘貼在上壓輪架表面要好，譬如其非線性誤差＜0.2％，重復性誤差≤±0.07％，蠕變(30分鐘)≤±0.07％，防護等級為IP67等等，各項技術數據均優于現有技術。
文檔編號B30B15/00GK2686845SQ03256290
公開日2005年3月23日 申請日期2003年8月5日 優先權日2003年8月5日
發明者陳露真 申請人:上海天祥健臺制藥機械有限公司