一种消除方位误差的测力仪的制作方法

1.本实用新型涉及医疗设备制造技术领域，尤其是涉及一种消除方位误差的测力仪。


背景技术：

2.测力仪是用于测量各种力值或载荷的便携式计量仪器。其通常由测力传感器和电测仪表组成。使用时测力仪传感器的测力轴线需与被测物体载荷轴线对齐，但测力仪传感器可在其测力轴线的360
°
范围内任一位置随机摆放。标准测力仪用于材料试验机检定时，由于随机取其任意方位的测量值作为标准值，测力仪自身的方位误差可能产生较大测量不确定度，甚至误判试验机的检定结果。为确保准确性，需控制测力仪的方位误差，所谓方位误差即测力仪传感器在0
°
、120
°
、240
°
或0
°
、90
°
、180
°
、270
°
位置施加相同载荷其输出值差异。
3.国内测力仪传感器发展相对缓慢，测力仪传感器方位误差难以控制在合理范围。按照检定规程，测力仪每年需检定一次，各项性能指标符合要求方能发放检定证书。检定时测力仪传感器往往难以与上一次检定摆放在同一方位，对于方位误差较大的测力仪往往难以通过检定，但早期可以在测力仪传感器检定之前进行多点标定后再检验，旋转方位误差大的问题难以暴露。随着测力仪检定规程出台，使用一年后的测力仪检定，不允许先标定，因此方位误差大的测力仪将无法通过检定。因此，研究能够降低测力仪传感器方位误差技术方案意义重大。
4.例如中国专利文献（公告号：cn2449220）公开了“环形压式摇柱传感器”，由上承压、下承压和传感器本体三部分所组成，它是在电阻应变式柱式传感器未设置吊挂装置，本体自然性较差的基础上，改进为设有吊挂装置，不须另设外壳，本体上开设环形盲孔，自然线性较好的传感器。解决了传感器安装时的方位误差较大、不能吊挂的问题。
5.但上述技术方案中，虽然能够利用环形盲孔对传感器进行误差控制，却仍然无法从根本上消除方位误差，影响测力仪的正常使用。


技术实现要素：

6.针对背景技术中提到的现有测力仪的方位误差难以消除的问题，本实用新型提供了一种消除方位误差的测力仪，通过应变方柱上设置由若干应变片组成的两组惠斯通电桥，将两组惠斯通电桥汇集并输出，能够补偿由元件加工偏差或加载偏离测力轴等因素引起的方位误差，大大提高了测力仪传感器的称重精度和长期稳定性，同时成本低廉，有较好的经济性。
7.为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
8.一种消除方位误差的测力仪，包括测力仪传感器，所述测力仪传感器包括底座和弹性件，所述底座与弹性件之间设置有若干应变方柱，所述应变方柱的四柱面上均设置有均设置有应变片，所述应变方柱的两组平行柱面上的应变片分别为第一模块和第二模块，
各应变方柱的第一模块组成第一惠斯通电桥，各应变方柱的第二模块组成第二惠斯通电桥。所述第一惠斯通电桥和第二惠斯通电桥汇集并输出。所述弹性体为一体化结构，弹性件与底座之间的应变柱为等截面柱体，通过贴于应变柱柱面上的应变片组成两组惠斯通电桥协同检测压力，能够补偿弹性件加工偏差和加载偏离测力轴等因素引起方位误差，大大提高了测力仪传感器的称重精度和长期稳定性术中单惠斯通电桥压力传感器相比，两组汇集输出的惠斯通电桥能够协同进行压力检测，
9.作为优选，所述应变方柱包括有第一方柱、第二方柱第三方柱和第四方柱，所述第一方柱、第二方柱第三方柱和第四方柱呈正方形阵列布置于底座与弹性件之间。
10.作为优选，所述第一方柱、第二方柱第三方柱和第四方柱沿顺时针依次排布，所述第一方柱上设置有第一应变片、第二应变片第三应变片和第四应变片，所述第一应变片设置于第一方柱远离第二方柱的柱面上，所述第二应变片、第三应变片和第四应变片沿顺时针分别设置于第一方柱的其他柱面上。
11.在弹性体中间均布成型优选四根均布方柱，有效减少传感器径高比，降低传感器高度，提升其重心稳定性；同时四根方柱的成型，有效减小柱截面积，让方柱上贴片区的淬火硬度更容易达到方位误差最小要求。
12.作为优选，所述第二方柱上对应第一方柱设置有第五应变片、第六应变片、第七应变片和第八应变片，所述第三方柱上对应第一方柱设置有第九应变片、第十应变片、第十一应变片和第十二应变片，所述第四方柱上对应第一方柱设置有第十三应变片、第十四应变片、第十五应变片和第十六应变片。各方柱上均在四柱面上设置有一应变片，确保后续电连接时线路清晰，易于调整和更换。
13.作为优选，所述第一惠斯通电桥包括第二应变片，第四应变片，第六应变片，第八应变片，第十应变片，第十二应变片，第十四应变片和第十六应变片，所述第二应变片、第六应变片、第十应变片和第十四应变片的竖片组成第一桥臂，横片组成第二桥臂；所述第四应变片、第八应变片、第十二应变片和第十六应变片的竖片组成第三桥臂，横片组成第四桥臂；同一桥臂中，同一方柱上的应变片先串联，再与其他方柱之间并联。
14.作为优选，所述第二惠斯通电桥包括第一应变片，第三应变片，第五应变片，第七应变片，第九应变片，第十一应变片，第十三应变片和第十五应变片，所述第三应变片、第七应变片、第十一应变片和第十五应变片的竖片组成第五桥臂，横片组成第六桥臂；所述第一应变片、第五应变片、第九应变片和第十三应变片的竖片组成第七桥臂，横片组成第八桥臂；同一桥臂中，同一方柱上的应变片彼此串联形成串联模块，不同方柱之间串联模块并联。
15.第一惠斯通电桥和第二惠斯通电桥通过四个方柱上的应变片交叉组合而成，具体地说，两个惠斯通电桥结构均包括有四个桥臂，各个桥臂由两个方柱上的应变片共同构成，且这其中每个方柱的应变片串联形成串联电阻，而两个方柱的串联电阻并联，且八个桥臂的电阻相等，单个惠斯通电桥中四个桥臂分别连接激励正、负端和信号正、负端，而两组惠斯通电桥则会输出两组激励信号，并且汇集形成一路进行输出。
16.进一步的，所述第一惠斯通电桥与第二惠斯通电桥的灵敏度相同。通过补偿手段调整两惠斯通电桥的灵敏度使其相同，确保在测力过程中信号保持准确，从而有效消除弹性体加工对称性偏差和加载偏差等因素引起方位误差，避免产生数据干扰。
17.因此，本实用新型具有如下有益效果：（1）通过应变方柱上设置由若干应变片组成的两组惠斯通电桥，将两组惠斯通电桥汇集并输出，能够补偿由元件加工偏差或加载偏离测力轴等因素引起的方位误差，大大提高了测力仪传感器的称重精度和长期稳定性，同时成本低廉，有较好的经济性；（2）通过补偿手段调整两惠斯通电桥的灵敏度使其相同，确保在测力过程中信号保持准确，从而有效消除弹性体加工对称性偏差和加载偏差等因素引起方位误差，避免产生数据干扰。
附图说明
18.图1为本实用新型的结构示意图。
19.图2为本实用新型的剖面图。
20.图3为实施例1中第一惠斯通电桥的电路图。
21.图4为实施例1中第一惠斯通电桥的简图。
22.图5为实施例1中第二惠斯通电桥的电路图。
23.图6为实施例1中第二惠斯通电桥的简图。
24.图中：弹性件1，应变方柱11，第一方柱111、第二方柱112、第三方柱113、第四方柱114、应变片2，第一惠斯通电桥3、第二惠斯通电桥4、第一应变片
①
、第二应变片
②
、第三应变片
③
、第四应变片
④
、第五应变片
⑤
、第六应变片
⑥
、第七应变片
⑦
、第八应变片
⑧
、第九应变片
⑨
、第十应变片
⑩
、第十一应变片
⑪
、第十二应变片
⑫
、第十三应变片
⑬
、第十四应变片
⑭
、第十五应变片
⑮
、第十六应变片
⑯
。
具体实施方式
25.下面结合附图与具体实施方式对本实用新型做进一步的描述。所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
26.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“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，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。
27.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
28.实施例1
29.如图1、2所示，一种消除方位误差的测力仪，包括测力仪传感器，所述测力仪传感器包括底座和弹性件1，所述底座与弹性件1之间设置有四根应变方柱11，所述应变方柱11的四柱面上均设置有均设置有应变片2，所述应变方柱11的两组平行柱面上的应变片2分别
为第一模块和第二模块，各应变方柱11的第一模块组成第一惠斯通电桥3，各应变方柱11的第二模块组成第二惠斯通电桥4。所述第一惠斯通电桥3和第二惠斯通电桥4汇集并输出。所述弹性体为一体化结构，弹性件1与底座之间的应变柱为等截面柱体，通过贴于应变柱柱面上的应变片2组成两组惠斯通电桥协同检测压力，能够补偿弹性件1加工偏差和加载偏离测力轴等因素引起方位误差，大大提高了测力仪传感器的称重精度和长期稳定性术中单惠斯通电桥压力传感器相比，两组汇集输出的惠斯通电桥能够协同进行压力检测，在弹性体中间均布成型优选四根均布方柱，有效减少传感器径高比，降低传感器高度，提升其重心稳定性；同时四根方柱的成型，有效减小柱截面积，让方柱上贴片区的淬火硬度更容易达到方位误差最小要求。各方柱上均在四柱面上设置有一应变片，确保后续电连接时线路清晰，易于调整和更换。
30.所述应变方柱11包括有第一方柱111、第二方柱112第三方柱113和第四方柱114，所述第一方柱111、第二方柱112第三方柱113和第四方柱114呈正方形阵列布置于底座与弹性件1之间。所述第一方柱111、第二方柱112第三方柱113和第四方柱114沿顺时针依次排布，所述第一方柱111上设置有第一应变片
①
、第二应变片
②
第三应变片
③
和第四应变片
④
，所述第一应变片
①
设置于第一方柱111远离第二方柱112的柱面上，所述第二应变片
②
、第三应变片
③
和第四应变片
④
沿顺时针分别设置于第一方柱111的其他柱面上。所述第二方柱112上对应第一方柱111设置有第五应变片
⑤
、第六应变片
⑥
、第七应变片
⑦
和第八应变片
⑧
，所述第三方柱113上对应第一方柱111设置有第九应变片
⑨
、第十应变片
⑩
、第十一应变片
⑪
和第十二应变片
⑫
，所述第四方柱114上对应第一方柱111设置有第十三应变片
⑬
、第十四应变片
⑭
、第十五应变片
⑮
和第十六应变片
⑯
。
31.如图3、4所示，所述第一惠斯通电桥3包括第二应变片
②
，第四应变片
④
，第六应变片
⑥
，第八应变片
⑧
，第十应变片
⑩
，第十二应变片
⑫
，第十四应变片
⑭
和第十六应变片
⑯
，所述第二应变片
②
、第六应变片
⑥
、第十应变片
⑩
和第十四应变片
⑭
的竖片组成第一桥臂，横片组成第二桥臂；所述第四应变片
④
、第八应变片
⑧
、第十二应变片
⑫
和第十六应变片
⑯
的竖片组成第三桥臂，横片组成第四桥臂；同一桥臂中，同一方柱上的应变片先串联，再与其他方柱之间并联。所述第一惠斯通电桥3包括有四个连接子端，分别为红a-激励（+）、绿b-信号（+），白c-信号（-），黑d-激励（-）。
32.如图5、6所示，所述第二惠斯通电桥4包括第一应变片
①
，第三应变片
③
，第五应变片
⑤
，第七应变片
⑦
，第九应变片
⑨
，第十一应变片
⑪
，第十三应变片
⑬
和第十五应变片
⑮
，所述第三应变片、第七应变片
⑦
、第十一应变片
⑪
和第十五应变片
⑮
的竖片组成第五桥臂，横片组成第六桥臂；所述第一应变片
①
、第五应变片
⑤
、第九应变片
⑨
和第十三应变片
⑬
的竖片组成第七桥臂，横片组成第八桥臂；同一桥臂中，同一方柱上的应变片彼此串联形成串联模块，不同方柱之间串联模块并联。所述第二惠斯通电桥4包括有四个连接端，分别为红e-激励（+）、绿f-信号（+），白g-信号（-），黑h-激励（-）。
33.第一惠斯通电桥3和第二惠斯通电桥4通过四个方柱上的应变片交叉组合而成，具体地说，两个惠斯通电桥结构均包括有四个桥臂，各个桥臂由两个方柱上的应变片共同构成，且这其中每个方柱的应变片串联形成串联电阻，而两个方柱的串联电阻并联，且八个桥臂的电阻相等，单个惠斯通电桥中四个桥臂分别连接激励正、负端和信号正、负端，而两组惠斯通电桥则会输出两组激励信号，并且汇集形成一路进行输出。本实施例中，红a与红e汇
集形成红色激励正端，黑d与黑h汇集形成黑色激励负端，绿b与绿f汇集形成信号正端，白c与白g汇集形成信号负端。所述第一惠斯通电桥3与第二惠斯通电桥4的灵敏度相同。通过补偿手段调整两惠斯通电桥的灵敏度使其相同，确保在测力过程中信号保持准确，从而有效消除弹性体加工对称性偏差和加载偏差等因素引起方位误差，避免产生数据干扰。
34.除上述实施例外，在本实用新型的权利要求书及说明书所公开的范围内，本实用新型的技术特征可以进行重新选择及组合，从而构成新的实施例，这些都是本领域技术人员无需进行创造性劳动即可实现的，因此这些本实用新型没有详细描述的实施例也应视为本实用新型的具体实施例而在本实用新型的保护范围之内。