专利名称：密封式载荷传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于测量机械载荷或力的载荷传感器，上述载荷传感器包括一个弹性体，该弹性体装配有若干传感器，用于测量随着待测量的载荷或力而产生的弹性体中的应变或弹性体的变形。
有大量的低成本和低精度的载荷或力传感器存在，此处各种形状如圆盘或带辐条的轮状弹性体装配有各种不同的应变仪传感器，电容式传感器，电感式传感器或光学传感器。
这些载荷或力传感器与施加载荷或力的点有关，并且大多在OEM(原始设备制造商)应用中用作简单的力传感器、加速计和操纵杆。
本发明更具体地说涉及一种带一个弹性体的精密载荷传感器，上述载荷传感器包括一个底端，一个载荷或力接收部分，两个或多个梁，及传感器装置，上述两个或多个梁连接上述底端和上述载荷或力接收部分，而上述传感器装置适合于感测由于待测的载荷或力所产生的弹性体中的应变或弹性体中的变形。
大多数用于生产精密应变仪梁载荷传感器的生产厂家所用的标准类型载荷传感器，都设计成众所周知的和带高强度铝弹性体的传统的Poberval机构，上述Roberval机构包括一个用于将载荷传感器安装在一个支承结构上的底端，一个可以在该处施加载荷或力的载荷或力接收部分，及两个连接底端和载荷接收部分的梁。
常常在上述两个梁之间加入一个第三梁。
各应变仪加到梁上若干适当位置处，在该处由待测量的载荷或力所产生的应变具有它们的最大值和最小值。
这些年来，这种思想已经发展到提供相当高的准确度，但用硅橡胶封装应变仪的标准操作来试图避免与有故障的接合和由环境中湿度所造成的降低绝缘电阻等有关的问题，及应变仪技术过载的固有灵敏度，意味着这种类型载荷传感器不适用于粗糙的工业环境。
另外，为使沿着一个或多个梁分布的各应变仪互连所必需的过多工序步骤，及将它们连接到信号电缆上之后封装工序是相当费时和费钱的。
本发明的目的是提供上述精密类型的载荷传感器，所述载荷传感器装配有若干传感器装置，所述传感器装置安装在密封的空腔中，测量施加到载荷传感器上的载荷或力，同时在工业环境中具有很高的精度。
按照本发明，这个目的通过上述精密类型载荷传感器达到，其中上述梁的至少其中之一构成一个杠杆，所述杠杆连接载荷或力接收部分和一个传感器空腔的挠性壁，上述传感器空腔安放在底端中，上述传感器空腔包括上述传感器装置，上述挠性壁适合于经受由于载荷或力接收部分通过上述杠杆作用的位移而产生的变形，及上述传感器装置适合于测量挠性壁的变形或挠性壁中的应变。
这种方法和按照本发明，待测量的载荷或力可以用许多传感器类型进行测量，上述许多传感器类型全都通过传感器空腔的壁与周围环境分开，因而使载荷传感器能在粗糙的环境中起作用。
在按照本发明所述的一种载荷传感器一个优选实施例中，上述传感器空腔包括多个用于测量挠性壁变形或挠性壁中应变的传感器。
一个重要优点在于这个实施例能使温度效应平均，并且还通过调节各传感器的相对灵敏度提供用于补偿弯曲力效应的装置。
在按照本发明所述的一种载荷传感器的一个实施例中，各传感器装置安装在一个传感器支架的一个表面上，上述表面面向挠性壁，用于测量挠性壁的变形。
这个实施例提供一种传感器系统，所述传感器系统由于各不同传感器部分的每个之间十分有限的距离，尤其是如果上述表面是平的，则安装在载荷传感器中很简单。
另外，可以将一个电子测量组件集成在传感器支架的背侧上。
在按照本发明所述还有另一种载荷传感器中，各传感器装置安装在一个传感器支架上，上述传感器支架再安装在一个短柱上，所述短柱基本上垂直于挠性壁。
这种载荷传感器调节很简单，因为各传感器与相应传感器空腔的壁之间的间隙很容易达到。
另外在这个实施例中，可以将一个电子测量组件集成在传感器支架的背侧上。
在按照本发明所述一种载荷传感器的一个优选实施例中，传感器装置包括一个传感器系统，所述传感器系统包括许多叶片，上述叶片安装在挠性壁上并基本上垂直于所述挠性壁，同时传感器安放在一个或多个叶片上，并适合于测量挠性壁的变形。
通过这个实施例所得到的优点是对测得的载荷和力有很高灵敏度，及对由将载荷传感器安装在它的支承件上所产生的应力高度敏感。
在按照本发明所述的一种载荷传感器的另一个优选实施例中，传感器装置包括一个传感器系统，所述传感器系统包括许多叶片，上述许多叶片安装在挠性壁上并基本上垂直于该挠性壁，同时各传感器安放在一个或多个叶片之间，并适合于测量挠性壁的变形。
通过这个实施例所得到的优点也是对测得的载荷和力有很高的灵敏度，并且容易调节各传感器，因为传感器和相应叶片之间的间隙很容易达到。
按照本发明，在载荷传感器的一些实施例中，利用许多叶片，杠杆和叶片的宽度小于传感器空腔的宽度，因而挠性壁能在传感器空腔的内壁与杠杆和叶片的边缘之间的区域中变形。
按照本发明，在载荷传感器的一些实施例中，利用许多叶片，上述许多叶片可以有利的是安装在挠性壁上的分开单元。
因此，得到的优点是避免用分开的叶片单元装配过程代替了机加工相当精巧的叶片，上述叶片或是装配到在挠性壁上加工的短柱上，或是对于最低可能的成本来说直接装配到挠性壁上。
按照本发明，在载荷传感器的另一个优选实施例中，传感器装置包括一个或多个应变传感器，上述应变传感器安装在挠性壁上，用于测量挠性壁中的应变。
通过这个实施例所得到的优点是由于闭合式传感器空腔，上述闭合式传感器空腔防止粗糙环境的影响。
按照本发明，在载荷传感器的还有另一个优选实施例中，应变传感器装置包括一个或多个应变仪，上述应变仪安装在挠性壁上，用于测量挠性壁中的应变。
通过这个实施例所得到的优点是由于闭合式传感器空腔，上述封合式传感器空腔防止粗糙环境的影响，及应变仪简单和紧凑布线的可能性。
按照本发明，在一种载荷传感器的一个实施例中，此处只有两个梁连接载荷传感器的底端和载荷接收部分，这两个梁的其中一个或多个有利的是构成作用在挠性壁上的杠杆。
所得到的优点是一种简单的构造和没有来自额外的杠杆弹簧常数的干扰。
按照本发明，在一种载荷传感器的一个实施例中，此处传感器装置安装在一个传感器支架上，上述传感器支架再安装在一个短柱上，所述短柱基本上垂直于挠性壁，若干电极安放在传感器支架上，同时面向挠性壁。
通过这个实施例所获得的优点是，当各电极在距短柱一定距离处安放在传感器支架上时，在各电极和挠性壁之间的距离有相当大的改变。
按照本发明，在一种载荷传感器的另一个实施例中，传感器装置构成两个分开的传感器支架，其中一个在另一个上方，上述两个分开的传感器支架各安装在一个短柱上，所述短柱基本上平行于挠性壁，各电极安放在每个传感器支架上，同时面向挠性壁。在这个实施例中，利用改变挠性壁的形状，以便当上述挠性壁变形时，提供一个传感器上的各电极与挠性壁的距离增加，而另一个传感器支架上的各电极与挠性壁的距离减少。
通过这个实施例所获得的优点在于事实上电极支架在短柱上的倾斜只产生小的测量误差，因为例如在电极支架一端处增加的距离大部分被电极支架另一端处减少的距离补偿。
在上述发明的一个优选实施例中，在两个分开的传感器支架情况下，两个分开的杠杆接合挠性壁，优选的是在安装两个传感器支架的两个短柱的位置处接合挠性壁。
通过这个实施例所获得的优点是挠性壁直接在传感器装置的位置处高度变形。
在本发明的一个实施例中，加到挠性壁上的应变测量传感器通过两个杠杆起动，上述两个杠杆接合挠性壁，优选的是在杠杆的作用导致应变传感器最大变形的位置处接合挠性壁。通过这个实施例获得的优点是直接在传感器装置的位置处挠性壁高变形。
在按照本发明所述一种载荷传感器的另一个实施例中，在若干叶片安装在挠性壁上的情况下，两个杠杆优选的是在杠杆的作用导致各叶片最大偏转的位置处接合挠性壁。
通过这个实施例所获得的优点是由于挠性壁的高变形而造成各叶片的高偏转。
在按照本发明所述的一种载荷传感器的一个优选实施例中，将底端和载荷接收部分延伸，以便提供一种S型载荷传感器。
通过这个实施例所获得的优点是测量张力和悬挂载荷的可能性。
在按照本发明所述一种载荷传感器的另一个优选实施例中，将底端延伸，以便提供一种具有不加批评的安装装置的载荷传感器。
通过这个实施例所获得的优点是产生具有很高精度的载荷传感器的可能性，上述具有很高精度的载荷传感器同时可以安装在粗糙表面上，并且对安装螺钉的转矩没有任何关心。
在按照本发明所述一种载荷传感器的还有另一个优选实施例中，底端具有用于将载荷传感器安装在垂直表面上的装置。
通过这个实施例所获得的优点实际上在于许多应用只提供垂直表面。
在按照本发明所述一种载荷传感器的一个优选实施例中，作用在挠性壁上的杠杆的挠性部分安放在朝挠性壁方向上距载荷接收部分一个距离处。
通过这个实施例所获得的优点对不同载荷传感器能力将杠杆的有效长度优化到挠性壁厚度的可能性。
在按照本发明所述一种载荷传感器的优选实施例中，底端和载荷接收部分用重延伸部分延伸。
通过这个实施例所获得的优点是提供具有坚固安装部分的一种载荷传感器的可能性，上述坚固安装部分与传感器系统的灵敏部分分开。
在按照本发明所述一种载荷传感器的另一个优选实施例中，底端和载荷接收部分向上和向下延伸。
通过这个实施例所获得的优点是提供载荷传感器的各梁之间的很大距离，上述载荷传感器能承受非常偏心地施加的载荷。
在按照本发明所述一种载荷传感器的一个优选实施例中，挠性壁是在靠近传感器空腔实心壁的区域中制成更细。
通过这个实施例所获得的优点是，挠性壁的变形主要由挠性壁的尺寸决定。
在本发明还有另一个实施例中，挠性壁延续到杠杆中并构成杠杆的一部分，所述杠杆在挠性壁上起作用。
这个实施例的传感器装置优选的是应变测量传感器，并且这个实施例提供测量挠性壁中几乎纯粹张力和压缩力的可能性。
在按照本发明所述载荷传感器的优选实施例中，上述传感器装置是电容式的。
通过电容式传感器系统所得到的优点是对加到载荷传感器上的力和载荷及非接触式测量原理有很高灵敏度，上述非接触式测量原理具有很高的耐冲击和过载性，因为只有弹性体过载而传感器系统不过载。
按照本发明，在载荷传感器的一些优选实施例中，上述传感器装置是电感式的。
通过电感式传感器系统所得到的优点是在极端环境下起作用和非接触式测量原理的可能性，上述非接触式测量原理具有很高的耐冲击和过载性，因为只有弹性体过载而传感器系统不过载。


图1作为先有技术示出一种广泛使用的应变仪载荷传感器形式。
图2是本发明的一个基本实施例，示出一种在载荷接收部分和一个挠性壁之间连接的杠杆。
图3示出图2的基本实施例不同部分的变形，为清楚起见上述变形进行了放大。
图4是本发明的一个实施例，示出用于测量挠性壁变形的电容式或电感式传感器装置。
图5是本发明的一个实施例，示出一种用于测量位移的第二类型电容式或电感式传感器装置，上述位移从挠性壁的变形得到。
图6是本发明的一个实施例，示出一种用于测量挠性壁变形的第三类型电容式或电感式传感器装置。
图7是垂直于挠性壁看的图6传感器系统。
图8是电容器电极的一个例子，上述电容器电极安放在若干叶片上，上述叶片紧固到挠性壁上。
图9作为一个例子示出安装在紧固到挠性壁上的各叶片之间的电容器电极。
图10是本发明的一个实施例，具有用于测量挠性壁变形的应变传感器。
图11是本发明的一个实施例，具有连接底端和载荷或力接收部分的梁，上述梁起作用在挠性壁上的杠杆作用。
图12是本发明的一个实施例，示出用于测量挠性壁变形的另一种类型电容式或电感式传感器装置。
图13是本发明的一个实施例，示出用于测量挠性壁变形的还有另一种类型电容式或电感式传感器装置。
图14是图13的本发明一个实施例，示出两个作用在挠性壁上的杠杆。
图15是图10的本发明一个实施例，示出两个作用在挠性壁上的杠杆。
图16是图9的本发明一个实施例，示出两个作用在挠性壁上的杠杆。
图17是本发明的一个实施例，此处载荷传感器适合于测量张力和悬挂的载荷。
图18是本发明的一个实施例，此处载荷传感器适合于即使安装在粗糙表面上时也能用高精度测量。
图19是本发明的一个实施例，此处载荷传感器适合于安装在垂直表面上。
图20是本发明的一个实施例，此处载荷传感器可以通过改变杠杆的有效长度进行优化。
图21是本发明的一个实施例，此处载荷传感器适合于安装在各种坚固的应用中。
图22是本发明的一个实施例，此处载荷传感器适合于用很偏心的载荷测量。
图23是本发明的一个实施例，此处载荷传感器的挠性壁在圆周处减小，以便使挠性壁的变形与传感器空腔的壁隔离。
图24是本发明的一个实施例，此处挠性壁延伸到杠杆中，并构成杠杆的一部分，上述杠杆作用在挠性壁上。
图1中的载荷传感器表示先有技术，并且是被大多数制造厂家用来生产应变仪梁载荷传感器的标准类型载荷传感器，图1中的载荷传感器示出在其左端处支承，同时待测量的力或载荷P施加到右端上。弹性体通常用高强度铝制造，上述弹性体包括实心的底端1，两个梁2和一个实心的载荷接收部分3。
当施加载荷P时，这个弹性体通过阻止坚固的载荷接收部分3的角运动，起众所周知的Roberval机构作用，并因此，即使当载荷或力P很偏心地施加时，也把部分3的位移限制成平行位移。
这种使载荷传感器对施加载荷的场所不敏感的特点，是用载荷传感器精密测量的先决条件。
经常在两个梁2之间加入一个第三梁4。
这些载荷传感器只在两个梁2和第三梁4处，并且主要是在位置S1-S8中经受变形，而底端1和载荷接收部分3是实心的，并因此不变形。
因此通常是将若干应变仪应用于这些位置S1-S8中的一个或多个中，而优选的是用于位置S3-S6，因为第三梁4通过梁2的作用，变形成一种完全限定的S形形状。
现在将参照图2进一步详细说明本发明，图2示出基本发明，此处弹性体包括底端1，两个梁2，载荷接收部分3，及另外一个传感器空腔，上述传感器空腔适合于安装传感器装置，并包括一个挠性壁5。
优选的是，如图2所示，传感器空腔安放在底端1中。
第三梁4在本发明中起一个杠杆4作用，上述第三梁另外将挠性壁5连接到载荷传感器的载荷接收部分3上。
各梁2在中部是刚性的，但具有挠性的两个末端6，上述梁2把底端1与载荷接收部分3系在一起，因而即使当很偏心地施加力P时，也把部分3限制成平行位移。
这种设计使载荷传感器对施加载荷的场所不敏感，上述设计是用载荷传感器精密测量的必要条件。
盖7闭合带挠性壁5的传感器空腔，而用于将电力和信号传导到传感器和从传感器传导的电缆8可以安装在上述盖7中。
图3示出当施加一个载荷P时，载荷接收部分3的位移，各梁2和杠杆4的角运动和挠性壁5的变形。
为了清楚起见，所有的位移和变形都放大示出。
对于按照本发明所述的载荷传感器的精度，重要的是载荷传感器的弹性性能和刚度几乎整个地由挠性壁的尺寸决定，并且另外很重要的是各梁2的挠性部分6的刚度几乎可忽略不计。
图4示出在传感器空腔中具有一个电容性传感器的基本发明，上述传感器空腔包括一个传感器支架9，上述传感器支架9可以是一个陶瓷圆盘，该传感器支架9具有位移感测电极10和11，上述位移感测电极10和11安放在距挠性壁5一定距离处并面向所述挠性壁5，优选的是安放在变形是最大的地方。任选的参比电极12示出安放在传感器支架的中部，在此处挠性壁的平均位移最小，或者可供选择地它可以安放在传感器9的外周边处，在此处位移基本上是零。
电容器电极可以连接到一个电容测量电路上，上述电容测量电路安装在传感器支架9的后侧上。
这个电路可以是例如按照美国专利4,737,706所述。
电容器电极可以用取小线圈形式的电感传感器代替，上述电感传感器可以安放在传感器托架9上与对电容器电极所示相同的位置处。
当挠性壁由于待测量的力的作用结果而移动时，一个电路感测线圈中电感的变化或者感测涡流效应的电路可以安放在传感器支架9的后侧上。
杠杆4优选的是在本发明的所有实施例中，都具有一个较细的横截面13，上述较细的横截面13通常安放在末端处，在此处杠杆紧固在弹性体的部分3处，因而对于部分3的某种位移，挠性壁5的变形增加。
图5示出具有另一种电容式传感器的基本发明，上述电容式传感器包括传感器支架14，所述传感器支架14具有电容器电极15和16，同时传感器支架安装在一个短柱17上，上述短柱可以是杠杆4的一个延伸部分。
可以很容易看出，由于杠杆4的作用，载荷接收部分3的位移转变成挠性壁5的一种变形，上述挠性壁5的变形再通过短柱17转变成从电容器电极15和16到传感器空腔内壁距离的变化。
另外在本发明的这个实施例中，电容器电极可以由电感式传感器代替。
在本发明的所有实施例中，传感器空腔可以具有一种圆形，一种矩形或任何其它形状的横截面，并且图4中的传感器支架9和图5中的传感器支架14可以有利地具有对应于传感器空腔横截面的形式，以便对挠性壁5的某种变形得到最大的电容变化。
如果例如图5中的传感器空腔的横截面是矩形，则传感器支架14优选的是矩形，同时电极15和16覆盖传感器支架14的上面和下面水平表面。
按照本发明，电容电极可以安放在空腔的内壁处，而同时对应的接地电极安放在传感器支架9或14上。
在本发明的一个优选实施例中，还具有图6所示的另一种电容传感器系统，许多叶片18，19，20，21，22，和23优选的是垂直从挠性壁伸出。
当挠性壁通过杠杆4的作用经受如图3所示的变形时，可以很容易看到各叶片的尖头增加或减少它们的相互距离，并且在电容器电极无论是安放在各叶片上还是安放在它们之间，都可以得到很灵敏的电容传感器系统。
各叶片优选的是在机加工空腔期间用弹性体材料生产，或者，为了避免机加工相当长的叶片，各叶片可以是分开的单元，上述各分开的单元紧固到在挠性壁上机加工而成的短柱上，或者直接紧固在挠性壁上。
为了使各叶片能够偏转，如图7所示，必需是各叶片的宽度小于挠性壁宽度一定量，上述量使挠性壁能在传感器空腔的内侧和各叶片边缘之间的区域中变形。
同样，杠杆4的宽度有利的是具有，但不一定是，基本上与各叶片相同的宽度。
在图8中，示出一个叶片具有电容器电极24和25，上述电容器电极24和25各安装在绝缘层26和27上。
如果例如叶片19和20装配有按照图8所示的电容电极，而叶片18，21，22和23接地，则可以看出，如图3所示，挠性壁5的变形增加了叶片19上各电极的电容，而同时减少了叶片22上各电极的电容。
按照本发明，叶片数量可以增加或减少，并且例如叶片20和21可以结合成一个叶片。
同样，各电容器电极也可以在任何叶片数量下安放在一侧或两侧处。
如果例如叶片18和22装配有按照图8所示的电极，则每个叶片上的一个电极将增加，而另一个电极将减少，因为内壁与叶片19和22一起起反电极作用。
同样，叶片20和21可以装配按照图8所示的电极，并且一个接地电极可以安放在叶片20和21之间。
另外在本发明的这个实施例中，电容器电极可以用电感式传感器代替。
在图9所示的本发明优选实施例中，分开的测量电极28和29安装在各叶片之间，并且优选的是，但不一定，安装在相对于挠性壁5的一个固定位置中，或者安装在相对于传感器空腔内壁的一个固定位置中。
通过将叶片30和31安放在挠性壁5的适当位置中，在此处它经受合适的变形，可以得到这种效果，即尽管当加一载荷或力P时，叶片32减小了它与电极28的距离，但当壁变形时有利地安放的叶片30也可以见到它与电极28的距离减少，上述叶片32可以是杠杆4的一个延伸部分。
同样，电极29将看到与叶片32和叶片31的距离增加。
另外，在本发明的这个实施例中，电容器电极可以用电感性传感器代替。
按照本发明的所有实施例，不用空腔的内壁作为一个反电极，而是另一些电极在例如各叶片上或者是分开安装的电极，其优点是围绕挠性壁5的传感器空腔的各壁畸变，不会例如由于在载荷传感器上的安装应力而引入测量误差。
图10示出装配有若干应变传感器的基本发明，上述应变传感器优选的是取应变仪35和36的形式，并且优选的是安放在挠性壁5具有最大变形的位置处，而同时可任意地一个参比应变仪37安放在具有最小变形的一个位置处。
与先有技术的应变仪载荷传感器相比，按照本发明所述的应变仪载荷传感器具有很重要的优点是各应变仪在没有任何进一步生产步骤的前提下保护环境免受影响，并且当所有应变仪彼此接近应用时，另外具有很不复杂布线的附加优点。
为了在高生产量下低成本，可以应用一种专用应变仪系统，上述系统把所有应变仪集成在一个单元中。
按照本发明，挠性壁中的应变也可以用其它的应变测量装置如光学式或电感式应变测量装置进行测量。
按照本发明，和如图11所示，从上述一些实施例来看，杠杆4的功能可以通过杠杆33的其中之一或二者实施，上述杠杆33可以是梁2的一部分，上述梁2将底端1与载荷或力接收部分3连接起来。
为了使挠性壁的变形能够发生，在底端1中机加工若干孔或槽，上述孔或槽有利的是可以作为图11中的孔34设置。
可供选择地，如图12所示，可以把一个电极支架37安装在短柱或叶片40上，上述电极支架37具有传感器38和39，同时面向挠性壁5。
通过杠杆4的作用，挠性壁5的变形可以通过传感器或电极38和39与挠性壁5之间距离的变化进行测量。
按照本发明，另一种安排在图13中示出，上述安排具有两个传感器或电极支架41和43，它们分开在挠性壁5上有利地安放的位置处安装在短柱或叶片上，并具有电极42和44，同时面向挠性壁。一个传感器支架上的电极将增加与挠性壁的距离，而另一个传感器支架上的电极将减小与挠性壁的距离。
如果每个传感器支架只装配一个电极，同时覆盖表面，则因为在电极支架一端处减小的距离大部分被电极支架相对端处相应增加的距离补偿，所以在短柱上电极支架的倾斜将只产生一个小的误差。
按照图13所示的载荷传感器有利的是可以如图14所示，具有分成两个分开杠杆的杠杆4，每个分开的杠杆直接作用在挠性壁上，优选的在两个位置处，在上述位置处两个传感器支架安装在它们的短柱上。
同样，按照图10所示的载荷传感器有利的是可以如图15所示，具有分成两个分开杠杆的杠杆4，每个分开的杠杆直接作用在挠性壁上，优选的是在两个位置处，在上述位置处应变传感器中产生最高应变。
按照图9所示的载荷传感器有利的是可以如图16所示，具有分成两个分开杠杆的杠杆4，每个分开的杠杆直接作用在挠性壁上，优选的是在两个位置处，在上述位置处产生叶片的最大偏转。
按照本发明所述的载荷传感器，有利的是可以如图17所示，具有底端1和载荷接收部分3，上述底端1和载荷接收部分3分别与部分48和49一起延伸，以便提供众所周知的S形载荷传感器，上述S形载荷传感器用于测量张力和悬挂载荷是理想的。
图17的载荷传感器示出具有图9的传感器系统，但按照本发明所述的任何传感器系统都可以应用。
按照本发明所述的载荷传感器也可以如图18中所示，用于高精度测量，上述载荷传感器具有与部分48一起延伸的底端1，以便避免由于安装载荷传感器而产生的应力到达传感器系统。
为了便于准确机加工梁2的挠性部分6，在梁的内部和外部处同时铣削沟槽50。图18的载荷传感器示出具有图9的传感器系统，但按照本发明所述的任何传感器系统都可以应用。
在图19中，示出一种按照本发明所述的载荷传感器，上述载荷传感器具有用于安装在一个垂直表面上的装置。
为了防止由螺栓51所产生的应力到达传感器系统，可以在传感器空腔的内表面和外表面上铣削沟槽52。
图19的载荷传感器示出具有图9的传感器系统，但按照本发明所述的任何传感器系统都可以应用。
图20示出一种按照本发明所述的载荷传感器，此处杠杆4的挠性部分13从载荷接收部分处的一个位置利用延伸部分53移动到更靠近底端1的一个位置。
为了在测量时达到最高精度，梁2应具有最低的可能刚度。这可以通过将挠性部分6制成很细，或是可供选择地将梁2制成很长来达到，上述将挠性部分制成很细不是理想情况，因为上述部分的强度减少。
当梁2制成更长时，杠杆4也变得更长，这种情况对于载荷接收部分3的某种位移提供挠性壁的偏转减少。
因为对高速测量来说，部分3的偏转应保持低，所以通过给杠杆4的长度相对于延伸部分53的长度定尺寸可以达到最佳，上述延伸部分53与挠性壁5的尺寸有关，决定载荷传感器的能力。
图20的载荷传感器示出具有图9的传感器系统，但按照本发明所述的任何传感器系统都可以应用。
按照本发明，和在图21中所示的载荷传感器分别具有底端1及载荷接收部分3的实心延伸部分57和58，这种情况便于在坚固的应用中安装载荷传感器。
图21的载荷传感器主体通常是通过铣削梁2、杠杆4、挠性部分6，13，54和55及传感器空腔中的传感器系统生产。
实心部分57和58可以通过等离子体切去标号56处的材料在低成本下生产。
外部载荷接收部分59在没有由于延伸部分57的实心尺寸而引起的来自螺栓张力干扰的情况下，可以用螺栓60栓接到载荷传感器上，和同样，没有由于延伸部分58实心尺寸所引起的对测量干扰情况下，载荷传感器可以安装在基本构造上。
图21的载荷传感器示出具有图9的传感器系统，但按照本发明所述的任何传感器系统都可以应用。
在图22中，示出按照本发明所述的载荷传感器，此处各梁2之间的距离增加，以便当很偏心地施加载荷P时，减少梁2中的应力。
图22的载荷传感器示出具有图9的传感器系统，但按照本发明所述的任何传感器系统都可以应用。
按照本发明所述的载荷传感器中的挠性壁在图23中示出，上述挠性壁在周边处减少，以便使挠性壁的变形与传感器空腔的壁隔离。
这意味着挠性壁的变形几乎完全由挠性壁自身的尺寸决定，上述挠性壁的尺寸是用于精密测量的必要条件。
图23的载荷传感器示出具有图9的传感器系统，但按照本发明所述的任何传感器系统都可以应用。
在图24中，示出一种载荷传感器，此处挠性壁延伸到杠杆中，形成一个空腔45，同时提供把例如应变传感器46和47安装到空腔中的可能性。
上述类型的另一些传感器装置，可以安装到围绕空腔45的挠性壁表面中或者安装在上述表面处。
由本发明所有实施例所共享的一个很重要的优点是传感器空腔的闭合是在距挠性壁一定距离处进行，并因此，将不干扰测量。
在按照先有技术所述的载荷传感器中气密式密封传感器系统的方法，包括一种金属波纹管或金属盖，上述金属波纹管或金属盖由于它们的弹簧常数而干扰测量。
除此之外，它们安装费用高，并且不适合于工业环境。
由于电容式传感系统的高灵敏度，所以对弹性材料屈服强度的要求相当低，并且当优选的是采用电容式传感器时，一些制造方法如等离子体切割，烧结和铸造可以大量低成本使用。
由于本文已经示出并说明了本发明的一些优选实施例，所以对该技术的技术人员来说，很显然，可以进行修改和改进成本文具体公开的形式。
因此，本发明不限于具体公开的形式。
例如，挠性壁，与传感器装置一起，可以设置在载荷接收部分3中，或者挠性壁与传感器一起可以设置在底端和载荷接收端二者中。
另外，按照本发明，杠杆4可以设置在挠性壁5和载荷接收部分3之间的任何地方。
还有另外，按照本发明所述的载荷传感器，可以具有两个以上杠杆，上述两个以上杠杆接合挠性壁，以便使挠性壁的变形适合特定的传感器。
权利要求
1.具有弹性体的载荷传感器，上述载荷传感器包括一个底端、一个载荷或力接收部分，连接上述底端和上述载荷或力接收部分的两或多个梁、及适合于感测由于待测量的载荷或力而产生的弹性体应变的传感器装置，其特征在于上述梁的至少其中之一构成一个杠杆，所述杠杆连接载荷或力接收部分和一个安放在底端中的传感器空腔的挠性壁，上述传感器空腔包括上述传感器装置，上述挠性壁适合于经受变形，上述变形是由于载荷或力接收部分通过杠杆的作用而位移的结果，及上述传感器装置适合于测量挠性壁的变形或挠性壁中的应变。
2.按照权利要求1所述的载荷传感器，其特征在于上述传感器装置包括多个传感器。
3.按照权利要求1或2所述的载荷传感器，其特征在于上述传感器装置包括至少一个安装在传感器支架表面上的传感器，上述表面面向挠性壁。
4.按照权利要求1-3其中之一所述的载荷传感器，其特征在于上述传感器装置包括至少一个传感器，上述至少一个传感器安装在一个传感器支架上，上述传感器支架再安装在一个短柱上，所述短柱基本上垂直于挠性壁。
5.按照权利要求1-4其中一个或多个所述的载荷传感器，其特征在于上述传感器装置包括一个传感器系统，上述传感器系统包括多个叶片，所述叶片安装在挠性壁上并基本上垂直于挠性壁，各传感器安放在其中一个或多个叶片上，并适合于测量挠性壁的变形。
6.按照权利要求1-5其中一个或多个所述的载荷传感器，其特征在于上述传感器装置包括一个传感器系统，上述传感器系统包括多个叶片，所述叶片安装在挠性壁上并基本上垂直于挠性壁，各传感器安放在一个或多个叶片之间，并适合于测量挠性壁的变形。
7.按照权利要求5或6所述的载荷传感器，其特征在于各杠杆和叶片的宽度小于传感器空腔的宽度。
8.按照权利要求5-7其中一个或多个所述的载荷传感器，其特征在于各叶片是安装在挠性壁上的分离的单元。
9.按照权利要求1-4其中一个或多个所述的载荷传感器，其特征在于上述传感器装置包括至少一个传感器支架，所述传感器支架再安装在一个短柱上，该短柱基本上垂直于挠性壁，各电极安放在传感器支架上，面向挠性壁。
10.按照权利要求1-4其中一个或多个所述的载荷传感器，其特征在于上述传感器装置包括两个分开的传感器支架，其中一个支架在另一个支架上方，它们各安装在一个短柱上，所述短柱基本上垂直于挠性壁，各电极安放在传感器支架的其中每一个上，面向挠性壁。
11.按照权利要求10所述的载荷传感器，其特征在于上述传感器装置包括两个分开的杠杆，所述杠杆在两个短柱支承两个传感器支架的位置处接合挠性壁。
12.按照权利要求1-11其中一个或多个所述的载荷传感器，其特征在于传感器装置是电容式的。
13.按照权利要求1-11其中一个或多人所述的载荷传感器，其特征在于传感器装置是电感式的。
14.按照权利要求1-11其中一个或多个所述的载荷传感器，其特征在于上述传感器装置包括一个或多个应变传感器，所述应变传感器安装在挠性壁上，用于测量挠性壁中的应变。
15.按照权利要求1-8其中一个或多个所述的载荷传感器，其特征在于上述传感器装置包括一个或多个应变仪传感器，所述应变仪传感器安装在挠性壁上，用于测量挠性壁中的应变。
全文摘要
本发明涉及一种带一个弹性体的精密载荷传感器，上述精密载荷传感器包括一个底端，一个载荷或力接收部分和两个或多个梁，上述两个或多个梁连接上述底端和上述载荷或力接收部分。上述各梁的至少其中之一构成一个杠杆，所述杠杆连接载荷或力接收部分和一个传感器空腔的挠性壁，上述传感器空腔安放在底端中。挠性壁适合于经受由于载荷或力接收部分通过杠杆的作用而位移的结果所产生的变形，而传感器装置适合于测量挠性壁的变形或挠性壁中的应变。
文档编号G01L1/14GK1602415SQ02824469
公开日2005年3月30日 申请日期2002年12月7日 优先权日2001年12月7日
发明者尼尔斯·艾吉·朱尔·艾勒森 申请人:尼尔斯·艾吉·朱尔·艾勒森