小型化高精度微量程傳感器及流量計的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種小型化高精度微量程傳感器及流量計，該傳感器，它包括傳感器固定前板、傳感器固定后板、傳感器彈性片、應變片基底、應變片與傳感器連接板，在傳感器固定前板與傳感器固定后板之間固定有傳感器彈性片，在傳感器彈性片的前表面和后表面上均通過應變片基底固定有應變片，在傳感器彈性片的底端部連接有傳感器連接板，在傳感器連接板的底端部固定連接有傳感器連接桿，在傳感器連接桿的底端部固定有傳感板，該傳感板為圓形板體；且所述傳感器彈性片的左右兩側均開設有圓弧形缺口。本發明體積小，降低了產品制造成本；本發明靈敏度高；本發明使用方便，使用時可以不受位置、空間的限制。
【專利說明】小型化高精度微量程傳感器及流量計
【技術領域】
[0001]本發明公開了一種小型化高精度微量程傳感器，本發明還公開了一種小型化高精
度微量程流量計。
【背景技術】
[0002]1940年美國分別把電阻應變計技術應用于軍事工程的電子測力和稱重計量領域，研制出應變式負荷傳感器。1942年在美國應變式負荷傳感器已經大量生產，至今已有70多年歷史。
[0003]20世紀80年代中期，隨著數字技術和信息技術的發展，為滿足電子衡器數字化、智能化的要求和用數字稱重系統突破模擬稱重系統局限性的構想，美國TOLEDO、STS和CARDINAL公司，德國HBM公司等先后研制出整體型和分離型數字式智能稱重傳感器，并以其輸出信號大，抗干擾能力強，信號傳輸距離遠，易實現智能控制等特點成為數字式電子衡器和自動稱重計量與控制系統的必選產品，并形成了一個開發熱點。在箔材軋制、熱處理和電阻應變計設計技術與制造工藝研究上都取得了突破性進展，這一時期是稱重傳感器技術發展動向和今后一個時期的技術發展趨勢。
[0004]90年代中期以來，小量程的家用電子秤(人體秤、健康秤、脂肪秤、廚房秤、營養秤、珍寶秤、口袋秤和手提秤等)用稱重傳感器及其電阻應變計，其研發與生產由世界各國逐漸移向中國。目前國內生產企業有三種類型:其一，設計、生產、組裝各種家用電子秤；其二，為家用電子秤生產廠配套生產各種稱重傳感器(或自己生產電阻應變計，或外購電阻應變計)；其三，只生產家用電子秤稱重傳感器用電阻應變計。
[0005]分析近年來對稱重傳感器的新要求，不難得出小型化，集成化，多功能化和智能化將是稱重傳感器的重要特點和發展趨勢。
[0006]在我國，小量程電子秤在工商貿易、輕工食品、醫藥衛生、家用等領域得到廣泛應用。對于某些貴金屬、有毒有害物質、藥品、及在狹小的空間、位置和惡劣條件下才能工作的稱重傳感器，其笨重的大尺寸測力傳感器已經滿足不了客戶的需求。由于物質價格昂貴，或使用空間有限及特殊性質，嚴格限制其重量和傳感器尺寸大小是非常重要，至今國內外小尺寸小量程稱重傳感器在量程、體積、精度和使用范圍上已經滿足不了客戶的需求，因此目前國內外高精度小量程微量程微型傳感器的研究就成為解決這一問題的關鍵。
[0007]當前:
[0008]I)國內外小量程微型稱重傳感器其量程均在IOg以上。2)國內外小量程IOg微型稱重傳感器精度:(重復性、線性、滯后性均在0.1%F.S?0.02%F.S.以上)。3)國內外小量程微型稱重傳感器體積一般在:3.15cm3以上，見圖1。4)由于材料、結構、精度、價格的原因，一般只能適合在常溫條件下使用，使測量環境對人體的限制在傳感器間接的測量中得不到解決。在實際生產中得不到推廣。
[0009]小量程微型稱重傳感器由于存在以上缺陷，極大的影響了:1)小量程微型稱重傳感器的傳感器彈性元件不能適合在惡劣條件下使用。2)小量程微型稱重傳感器其量程還不能適應對體積、重量、精度要求更高的物體進行計量。3)對要求更高小量程微型稱重傳感器其制作成本高。4)小量程微型稱重傳感器由于受結構、材料、體積、精度的限制，使用范圍在實際生產中難以得到廣泛的推廣，從而使得小型化、集成化、多功能化和智能化的方向發展受到制約。
[0010]對傳統靶式流量力傳感器性能分析。
[0011]由于傳統靶通過杠桿力平衡原理或矢量機構平衡原理來進行流量信號與輸出信號的轉換處理，因此在實際應用中顯現出許多不盡人意的缺陷。如零位易漂移，測量精確度低，杠桿機構可靠性差等。由于力平衡機構性能不佳的拖累，靶式流量計本身的許多優點亦未能得到有效的發揮，至今用戶對舊靶式流量計的不良印象仍未消除，具體為:1)由于構成矢量機構及轉換單元的原件(如封膜、檢測放大器)受溫度影響較大，因此不能耐較高的介質溫度，使用溫度一般小于150°c。2)由于氣動祀的氣動變送器、換能器本身是振蕩的，因此需要裝阻尼裝置才能使用，而當當儀表感受介質壓力波動、沖擊時極易加劇振蕩，影響穩定作用。3)電動靶電磁反饋系統、信號檢測放大器易受外界磁場影響，一般要求外磁場強度小于400A/m。4)變送部分采用矢量機構，存在大量可動元件，易磨損變形，不能長期穩定工作，精度低(一般為±1.5%以上)，調校工作量大、且復雜、要求高。5)要求管道振動頻率應小于25Hz，全振幅應小于0.1mm，對管道內介質的脈動壓力沖擊、溫度沖擊敏感，投運要求高，需旁路管道，安裝費用高，維護量大。6) 口徑一般在200mm以下，不適宜大管徑測量，使用范圍受到限制。7)由于自身結構的限制，流量計受力范圍一般在8?80N之間，即被測介質對靶的沖擊力不應超過80N，也不應小于8N。又由于F ~ V2，因此量程比為3:1左右。8)正是由于以上缺陷的存在，極大的影響了靶式流量計在實際生產中的推廣；特別是近十年，由于在量新型儀表的出現，靶式流量計的應用更現日趨減少。9)新一代智能靶式流量計，雖然把微電子技術和計算機技術應用到信號轉換器和顯示部分，集流量，溫度，壓力檢測功能于一體，采用先進的單片機技術和力傳感器，感測件為無可動部件，結構簡單牢固；抗振動、雜質、干擾能力強，具有操作簡便，容易安裝，免維護，故障自檢，運行費用低等一系列特點。但對于口徑在15mm以下的靶式流量計仍處于結構不夠簡單，不能測試微小流量及成本聞的缺點。
【發明內容】
[0012]本發明的目的之一是克服現有技術中存在的不足，提供一種適合在惡劣條件下使用的小型化高精度微量程傳感器。
[0013]本發明的另一目的是提供一種小型化高精度微量程流量計。
[0014]按照本發明提供的技術方案，所述小型化高精度微量程傳感器，它包括傳感器固定前板、傳感器固定后板、傳感器彈性片、應變片基底、應變片與傳感器連接板，在傳感器固定前板與傳感器固定后板之間固定有傳感器彈性片，在傳感器彈性片的前表面和后表面上均通過應變片基底固定有應變片，在傳感器彈性片的底端部連接有傳感器連接板，在傳感器連接板的底端部固定連接有傳感器連接桿，在傳感器連接桿的底端部固定有傳感板，該傳感板為圓形板體；且所述傳感器彈性片的左右兩側均開設有圓弧形缺口。
[0015]所述傳感器彈性片呈左右對稱設置，且傳感器彈性片的厚度為0.05?0.5mm。
[0016]所述應變片基底的一條邊線與圓弧形缺口呈相切設置。[0017]所述圓弧形缺口對應的圓心角度數大于90°且小于180°。
[0018]所述傳感器連接桿的厚度為傳感器彈性片的厚度的5?10倍。
[0019]小型化高精度微量程流量計，在測量直管上固定有測量管殼體，測量管殼體內設有內臺階，在測量管殼體上設有殼體密封罩，在測量管殼體的內臺階上設有傳感器固定前板與傳感器固定后板，在傳感器固定前板與傳感器固定后板之間固定有傳感器彈性片，在傳感器彈性片的左右兩側均開設有圓弧形缺口，在傳感器彈性片的前表面和后表面上均通過應變片基底固定有應變片，在應變片上連接有傳感器引線，在傳感器彈性片的底端部連接有傳感器連接板，在傳感器連接板的底端部固定連接有傳感器連接桿，在傳感器連接桿的底端部固定有傳感板，該傳感板為圓形板體，傳感板伸入測量直管內，傳感板的直徑與測量直管的內徑配合，傳感板的板面與測量直管的軸線呈垂直設置，且測量直管的軸線穿過傳感板的圓心；
[0020]所述傳感器彈性片呈左右對稱設置，且傳感器彈性片的厚度為0.05?0.5mm。
[0021]所述應變片基底的一條邊線與圓弧形缺口呈相切設置。
[0022]所述圓弧形缺口對應的圓心角度數大于90°且小于180°。
[0023]所述傳感器連接桿的厚度為傳感器彈性片的厚度的5?10倍。
[0024]本發明體積小，降低了產品制造成本；本發明靈敏度高；本發明使用方便，使用時可以不受位置、空間的限制。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0025]圖1是本發明中小型化高精度微量程傳感器的結構示意圖。
[0026]圖2是圖1的A-A剖視圖。
[0027]圖3是本發明中小型化高精度微量程流量計的主視圖。
[0028]圖4是本發明中小型化高精度微量程流量計的俯視圖。
【具體實施方式】
[0029]下面結合具體實施例對本發明作進一步說明。
[0030]該小型化高精度微量程傳感器，它包括傳感器固定前板1、傳感器固定后板2、傳感器彈性片3、應變片基底4、應變片5與傳感器連接板6.1，在傳感器固定前板I與傳感器固定后板2之間固定有傳感器彈性片3，在傳感器彈性片3的前表面和后表面上均通過應變片基底4固定有應變片5，在傳感器彈性片3的底端部連接有傳感器連接板6.1，在傳感器連接板6.1的底端部固定連接有傳感器連接桿6.2，在傳感器連接桿6.2的底端部固定有傳感板6.3，該傳感板6.3為圓形板體；且所述傳感器彈性片3的左右兩側均開設有圓弧形缺Π 7。
[0031]所述傳感器彈性片3呈左右對稱設置，且傳感器彈性片3的厚度為0.05?0.5mm。所述應變片基底4的一條邊線與圓弧形缺口 7呈相切設置。
[0032]所述圓弧形缺口 7對應的圓心角度數大于90°且小于180°。
[0033]所述傳感器連接桿6.2的厚度為傳感器彈性片3的厚度的5?10倍。
[0034]小型化高精度微量程流量計，在測量直管9上固定有測量管殼體10，測量管殼體10內設有內臺階，在測量管殼體10上設有殼體密封罩12，在測量管殼體10的內臺階上設有傳感器固定前板I與傳感器固定后板2,在傳感器固定前板I與傳感器固定后板2之間固定有傳感器彈性片3，在傳感器彈性片3的左右兩側均開設有圓弧形缺口 7，在傳感器彈性片3的前表面和后表面上均通過應變片基底4固定有應變片5，在應變片5上連接有傳感器引線8，在傳感器彈性片3的底端部連接有傳感器連接板6.1，在傳感器連接板6.1的底端部固定連接有傳感器連接桿6.2，在傳感器連接桿6.2的底端部固定有傳感板6.3，該傳感板6.3為圓形板體，傳感板6.3伸入測量直管9內，傳感板6.3的直徑與測量直管9的內徑配合，傳感板6.3的板面與測量直管9的軸線呈垂直設置，且測量直管9的軸線穿過傳感板
6.3的圓心；
[0035]所述傳感器彈性片3呈左右對稱設置，且傳感器彈性片的厚度為0.05?0.5mm。所述應變片基底4的一條邊線與圓弧形缺口 7呈相切設置。
[0036]所述圓弧形缺口 7對應的圓心角度數大于90°且小于180°。
[0037]所述傳感器連接桿6.2的厚度為傳感器彈性片3的厚度的5?10倍。
[0038]本發明的小型化高精度微量程傳感器在結構上具有以下特點:
[0039](I)體積小、使用制作材料少，降低了產品成本。
[0040]目前，國內外最小的小量程微型稱重傳感器體積是一塊長70mm、寬5mm、高9mm的長方形塊，而本發明的小型化高精度微量程傳感器材料使用了金屬和非金屬復合箔材，其體積只有國內外最小的小量程微型稱重傳感器體積的1/3?1/10。縮小了體積就減少了制作材料，這樣也就降低了產品成本。所以小型化高精度微量程傳感器的材料成本和目前國內外最小的小量程微型稱重傳感器材料成本相當，但性能卻要好得多。
[0041](2)采用新材料及應用有限元模型設計，傳感器精度得到了提高。
[0042]由于小型化高精度微量程傳感器使用了金屬和非金屬復合箔材，適合在惡劣條件下使用。應用有限元模型的設計、單元選擇、網格劃分、邊界條件模擬、將傳感器彈性片3形狀、結構設置為:左右兩側開設圓弧形缺口 7，應變片5基底的一條邊線與圓弧形缺口 7呈相切的形狀，經加載試驗后，其理論分析與實測值比較，相對誤差為0.2%。其精度比目前國內外最小的小量程微型稱重傳感器精度提高了幾倍。使體積、精度和使用范圍上滿足了客戶的需求。
[0043](3)采用傳感器彈性片3的底端部連接傳感器連接桿6.2，延長了應變計中心處到受力點距離，提高了傳感器的靈敏度，拓寬了小型化高精度微量程傳感器的使用范圍。
[0044]由于傳感器彈性片3的底端部連接傳感器連接桿6.2是金屬桿，占用體積小，使傳感器的力點測量能在狹小的空間使用，同時提高了傳感器的靈敏度。
[0045]而國內外小量程微型稱重傳感器形狀為一長方體，由于形狀和結構的限制，滿足不了用戶的需求，制約了其使用范圍。所以對于物質價格昂貴，或使用空間有限及特殊性質，嚴格限制其重量和傳感器尺寸大小及提高傳感器的精度是非常重要的。
[0046](4)小型化高精度微量程傳感器使用方便、不受位置、空間的限制。
[0047]在傳感器彈性片3的固定用傳感器固定前板I與傳感器固定后板2上配置框架，能根據被測物體的使用空間、位置來固定傳感器固定前板I與傳感器固定后板2的框架，即可在測量環境對人體的限制時，在傳感器間接的測量中得以勝任。也可制作成便攜式測量儀器在線測量。并能作用于工商貿易、輕工食品、醫藥衛生、物質分析、家用電器等廣泛領域的應用。[0048]而國內外小量程微型稱重傳感器由于是一長方體，其支點是長方體的一端，用螺絲固定，而另一端為測力位置，所以位置均為水平放置。顯然，對狹小的空間、位置和惡劣條件下才能工作的稱重傳感器，國內外小量程微型稱重傳感器已經滿足不了客戶的需求。
[0049]本發明小型化高精度微量程傳感器的工作原理:
[0050]使用時，傳感器彈性體3在外力作用下產生彈性變形，使粘貼在其表面的電阻應變片5 (轉換元件)同時產生變形。電阻應變片5變形后，其阻值將發生變化(增大或減小)，再經相應的測量電路把這一電阻變化轉換為電信號，從而完成了將外力變換為電信號的過程。但在完成了將外力變換為電信號的過程中小型化高精度微量程傳感器在結構、材料上米取了:
[0051](I)在傳感器彈性片3的正反面各增加貼片數量組成全橋測量電路可以提高輸出電壓靈敏度，減小彈性體受力條件的變化而引起的測力誤差。
[0052](2)在傳感器彈性片3貼片部位的左右兩側均開設有圓弧形缺口 7，兩個傳感器彈性片3呈左右對稱設置。由于在應變片5貼片部位附近對傳感器彈性片3進行局部削弱，使應變片5部位局部應力(應變)水平提高，而傳感器彈性片3其它部位的應力(應變)水平基本不變。通過局部削弱彈性體,造成局部的應力集中，使得應力集中部位的應力(應變)水平明顯高于彈性體其它部位的應力水平，將電阻應變片5粘貼于應力集中部位，于是測得了較高的應變水平，同時也整體減小了彈性體的尺寸。
[0053](3)小型化高精度微量程傳感器采用厚度只有0.05~0.5mm的箔材做傳感器彈性片3，應變為:
【權利要求】
1.一種小型化高精度微量程傳感器，其特征是:它包括傳感器固定前板(I)、傳感器固定后板(2)、傳感器彈性片(3)、應變片基底(4)、應變片(5)與傳感器連接板(6.1)，在傳感器固定前板(I)與傳感器固定后板(2)之間固定有傳感器彈性片(3)，在傳感器彈性片(3)的前表面和后表面上均通過應變片基底(4)固定有應變片(5)，在傳感器彈性片(3)的底端部連接有傳感器連接板(6.1)，在傳感器連接板(6.1)的底端部固定連接有傳感器連接桿(6.2),在傳感器連接桿(6.2)的底端部固定有傳感板(6.3),該傳感板(6.3)為圓形板體；且所述傳感器彈性片(3)的左右兩側均開設有圓弧形缺口(7)。
2.如權利要求1所述的小型化高精度微量程傳感器，其特征是:所述傳感器彈性片(3)呈左右對稱設置，且傳感器彈性片(3)的厚度為0.05、.5mm。
3.如權利要求1所述的小型化高精度微量程傳感器，其特征是:所述應變片基底(4)的一條邊線與圓弧形缺口(7)呈相切設置。
4.如權利要求1所述的小型化高精度微量程傳感器，其特征是:所述圓弧形缺口(7)對應的圓心角度數大于90°且小于180°。
5.如權利要求1所述的小型化高精度微量程傳感器，其特征是:所述傳感器連接桿(6.2)的厚度為傳感器彈性片(3)的厚度的5?10倍。
6.一種小型化高精度微量程流量計，其特征是:在測量直管(9)上固定有測量管殼體(10)，測量管殼體(10)內設有內臺階，在測量管殼體(10)上設有殼體密封罩(12)，在測量管殼體(10)的內臺階上設有傳感器固定前板(I)與傳感器固定后板(2),在傳感器固定前板(I)與傳感器固定后板(2)之間固定有傳感器彈性片(3)，在傳感器彈性片(3)的左右兩側均開設有圓弧形缺口(7)，在傳感器彈性片(3)的前表面和后表面上均通過應變片基底(4 )固定有應變片(5 )，在應變片(5 )上連接有傳感器引線(8 )，在傳感器彈性片(3 )的底端部連接有傳感器連接板(6.1)，在傳感器連接板(6.1)的底端部固定連接有傳感器連接桿(6.2),在傳感器連接桿(6.2)的底端部固定有傳感板(6.3),該傳感板(6.3)為圓形板體，傳感板(6.3 )伸入測量直管(9 )內，傳感板(6.3)的直徑與測量直管(9 )的內徑配合,傳感板(6.3)的板面與測量直管(9)的軸線呈垂直設置，且測量直管(9)的軸線穿過傳感板(6.3)的圓心。
7.如權利要求6所述的小型化高精度微量程流量計，其特征是:所述傳感器彈性片(3)呈左右對稱設置，且傳感器彈性片(3)的厚度為0.05、.5mm。
8.如權利要求6所述的小型化高精度微量程流量計，其特征是:所述應變片基底(4)的一條邊線與圓弧形缺口(7)呈相切設置。
9.如權利要求6所述的小型化高精度微量程流量計，其特征是:所述圓弧形缺口(7)對應的圓心角度數大于90°且小于180°。
10.如權利要求6所述的小型化高精度微量程流量計，其特征是:所述傳感器連接桿(6.2)的厚度為傳感器彈性片(3)的厚度的5?10倍。
【文檔編號】G01F1/56GK103954306SQ201410151669
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年4月15日 優先權日:2014年4月15日
【發明者】程星翼, 程成 申請人:無錫市星翼儀表科技有限公司
專業數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
