专利名称：轴向力传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种轴向力传感器，该轴向力传感器具有关于传力轴 线旋转对称的、形成测量弹簧的变形体和成对地布置在相反指向的应 变区域中的、连接成电阻电桥的应变片。
背景技术：
所述的也称为测力计的轴向力传感器借助于电阻电桥将在形成测
量弹簧的变形体的区域中的与有待测量的轴向力成比例的应变转换为 电信号。所述电阻电桥通常构造为具有四个测量用电阻的惠斯通全电
桥(Vollbriicke )。
对于这种电桥电路来说，所述电阻电桥的由应变片构成的电阻在 变形体受负荷时相应成对地被加栽相反指向的应变(具有不同符号的 应变)。在常规的轴向力传感器中，所述变形体的符合这些条件并且 因此适合于接纳应变片的区域通常在空间上彼此远离，从而实际上排 除了紧凑的测力元件的使用。
发明内容
因此，本发明的任务是，构造开头所述类型的轴向力传感器，使 得经受相反指向的应变的应变片在空间上靠近彼此地进行布置。
按本发明，该任务通过以下方式得到解决，即所述变形体具有在 出现轴向力时在径向上发生应变的中央的接纳孔，该接纳孔的孔边通 过一个环形框与一个与所述接纳孔轴向间隔开地布置的变形盘相连 接。该变形盘的盘边在径向上突出超过所述环形框，并且所述应变片 成对地在所述环形框的直径的内部和外部布置在所述变形盘的端面 上。
在所述变形体经受轴向压力负荷时在所述接纳孔的孔边上出现的 在圓周上均勻分布的径向的应变引起所述变形盘的变形，使得处于所 述环形框的直径内部的、具有其中一对应变片的区域得到负的应变(压 缩)，而同时所述盘边的处于所述环形框的直径外部的、具有另一对 应变片的区域得到正的应变。
如果代替压力比如通过连接螺紋向所述变形体施加拉力，那么所说明的应变情况相反。在所述环形框的直径内部的区域中出现正的应 变，而在所述盘边上则出现负的应变(压缩).所述轴向力传感器因 此可以构造为压力传感器和/或拉力传感器。由此从所述形成测量弹簧 的变形体的孔边的因负荷引起的相同指向的应变中产生两个具有相反 指向的应变的区。在此，可以检测到以相应的测量方向应用的应变片 的径向的或者切向的应变。由此以最佳的方式提供用于惠斯通全电桥 的机械前提。
优选所述两对应变片相对于所述环形框的中间的直径以近似相同
的径向间距来布置。在此有利的是，所迷应变片彼此间以90。的角距来 布置。
在本发明构思的改进方案中，所述环形框和所述变形盘形成一体 的传感器本体，该传感器本体与所述形成测量弹簧的变形体的孔边相 连接。所述装备有应变片的传感器本体形成一种用于对所述测量弹簧 的孔边的与负荷成比例的变形进行检测的紧凑的测量元件。这个传感 器本体可以装入不同大小和不同构造的测量弹黄中，其中对所述测量
弹簧仅仅提出这样的要求，也就是它具有用于所述传感器本体的接纳 孔，该接纳孔的孔边依赖于负荷发生变形。
因为所述传感器本体不是处于有待测量的轴向力的力线上，所以 它可以不依赖于所述轴向力传感器的相应规定的额定负荷构造成具有 非常微小的固有刚度并且因此也可以安装在用于小负荷的测量弹簧 中。
所述装入轴向力传感器的测量弹黄的接納孔中的传感器本体将所 述接纳孔的径向变形分为相反的应变，并且由此形成用于通过全电桥 电路进行最佳的应变检测的基础。
特别有利的是，除了所述形成电桥电路的应变片之外也可以在所 述传感器本体上的最小的表面上安装补偿电阻和用于零点平衡的元 件。因此，如此提供的传感器特别不容易受干扰因素的影响。尤其在 很大程度上将在空间上彼此远离的应变片上的温差对测量过程的干扰 排除了。
所述形成全电桥的应变片、补偿电阻和用于零点平衡的电阻可以 一起构造在有待施加在传感器本体上的支座上，从而使一种另外的具 有应变片、焊接支撑点及类似结构的传感器本体的应用失效。由此，利用如此提供的传感器可以以低廉的成本给轴向力传感器配设标准化 的传感装置。
本发明构思的其它有利的设计方案是其它从属权利要求的主题。
下面借助于在附图中示出的实施例对本发明进行详细解释。其中
图l是处于未受负荷的状态中的轴向力传感器的轴向剖面图，
图2是按图1的处于受负荷的变形的状态中的轴向力传感器，其
中为更清楚地显示起见夸大示出了变形，
图3是在图1和2中示出的轴向力传感器的传感器本体连同施加
在其上面的应变片，其中在图表中关于所述传感器本体的变形盘的直
径绘出了应变，并且
图4是所述传感器本体的沿图3中的箭头IV的方向的视图，其中
示意示出了将所述应变片联接成惠斯通全电桥。
具体实施例方式
在图l和2中示出的轴向力传感器具有形成测量弹簧的变形体l， 该变形体基本上构造为钵状的。所述变形体l的圓柱形的环2与钵底3 连接成一体的，所述钵底3具有轴向突出的传力环4。如在图2中示意 示出的一样，将有待测量的压力F施加到所述传力环4上并且通过支 撑环5传递到支撑面6上。
所述钵底3在其中央的区域中构造为基本上易于弯曲的薄膜环7， 该薄膜环7包围着接纳孔8。
在所述接纳孔8中优选通过材料连接安置一体的传感器本体9。
所述传感器本体9具有环形框10，该环形框IO在所示出的实施例 中构造为空心圓柱形的环。所述环形框10通过径向突出的传力法兰11 与所述接纳孔8的孔边12相连接。
所述环形框10与一个与所述接纳孔8轴向间隔开地布置的较薄的 变形盘13相连接，该变形盘13的盘边14在径向上突出超过所述环形 框IO。
所述安置在接纳孔8中的传感器本体9及施加在其上面的应变片 的细节在图3和4中示出。
所迷变形盘13在其端面(在图1-3中处于下面)上具有四个应变 片15、 16和17、 18。尽管这些应变片15-18如从图4中看出的一样实际上彼此间以90°的角距来布置，但是这些应变片15-18为更清楚地示 出起见在图3中以剖切面示出，
可以看出，在所迷测量弹簧在轴向力作用下变形时在所述环形框 IO的直径内部的区域中在所述变形盘13的端面13a上出现压缩(负的 径向的或者切向的应变)，这种压缩由施加在那里的应变片17和18 检测。
在所述盘边14上同时出现正的径向的或切向的应变，该应变由在 那里施加在端面上的应变片15到18检测。
在所示出的实施例中，所述应变片15、 16以径向的测量方向实施. 取而代之，所述应变片也可以以切向的测量方向实施，用于检测在那 里同时沿圓周方向出现的应变，
所述轴向力传感器作为压力传感器来说明。如果如此设计所述变 形体l，从而也可以比如通过(未示出的)连接螺紋来承受拉力，那么 可以将其构造为压力和/或拉力传感器。
如在图4中示出的一样，所述应变片15、 16和17、 18联接成电阻 电桥，在此示出该电阻电桥的电压源V和信号输出端S。在实际的实 施例中，在所述应变片15、 16和17、 18上的绝对应变值的比例大约 是1:4。
权利要求
1. 轴向力传感器，具有关于传力轴线旋转对称的、形成测量弹簧的变形体和成对地布置在相反指向的应变区域中的、连接成电阻电桥的应变片，其特征在于，所述变形体(1)具有在出现轴向力时径向发生应变的中央的接纳孔(8)，该接纳孔(8)的孔边(12)通过环形框(10)与一个与所述接纳孔(8)轴向间隔开地布置的变形盘(13)相连接，该变形盘(13)的盘边(14)在径向上突出超过所述环形框(10)，并且所述应变片(15-18)成对地在所述环形框(10)的直径的内部和外部布置在所述变形盘(13)的端面上。
2. 按权利要求l所述的轴向力传感器，其特征在于，所述应变片 (15-18)以径向的测量方向应用。
3. 按权利要求l所述的轴向力传感器，其特征在于，所述应变片 (15-18)以切向的测量方向应用。
4. 按权利要求1到3中任一项所述的轴向力传感器，其特征在于， 所述两对应变片(15、 16; 17、 18)相对于所述环形框(10)的中间 的直径以近似相同的径向间3巨布置。
5. 按权利要求1到4中任一项所述的轴向力传感器，其特征在于， 所述应变片(15-18)彼此间以卯。的角距来布置。
6. 按权利要求1所述的轴向力传感器，其特征在于，所述环形框 (10)和所述变形盘(13)形成一体的传感器本体(9)，该传感器本体(9)与所述形成测量弹簧的变形体(1)的孔边(12)相连接。
7. 按权利要求6所述的轴向力传感器，其特征在于，所述环形框 (10)具有径向突出的、与所述孔边(12)相连接的传力法兰(11)。
8. 按权利要求1到7中任一项所述的轴向力传感器，其特征在于， 所述环形框(10)构造为空心圆柱形的环。
9. 按权利要求6所述的轴向力传感器，其特征在于，所述变形体 (1)构造为近似钵状的并且其钵底(3)具有接纳传感器本体(9)的接纳孔(8)。
10. 按权利要求9所述的轴向力传感器，其特征在于，所述钵底 (3)在其将所述接纳孔(8)包围的区域中构造为基本上易于弯曲的薄膜环(7)。
11. 按权利要求9所述的轴向力传感器，其特征在于，所述钵底(3)具有轴向突出的传力环(4)。
全文摘要
本发明涉及一种轴向力传感器，该轴向力传感器具有关于传力轴线旋转对称的、形成测量弹簧的变形体(1)和成对地布置在相反指向的应变区域中的、连接成电阻电桥的应变片(15、18)。所述变形体(1)具有在出现轴向力时径向发生应变的中央的接纳孔(8)，该接纳孔(8)的孔边(12)通过环形框(10)与一个与所述接纳孔(8)轴向间隔开地布置的变形盘(13)相连接。该变形盘(13)的盘边(14)在径向上突出超过所述环形框(10)。所述应变片(15、18)成对地在所述环形框(10)的直径的内部和外部布置在所述变形盘(13)的端面上。
文档编号G01G3/14GK101432609SQ200780015746
公开日2009年5月13日 申请日期2007年4月30日 优先权日2006年5月3日
发明者J·霍斯-冯沃夫拉姆斯多夫, O·乔斯特 申请人:泰科思有限责任公司