CN105806461A - 异型金属悬臂梁称重装置 - Google Patents

Abstract

异型金属悬臂梁称重装置。一种薄片式重量传感器，由具有形如字母G的镂空部(101)的矩形金属片(100)形成，所述金属片(100)和所述镂空部(101)共同形成了形如字母C的悬臂梁，镂空部(101)与金属片中间部分形成了悬臂梁前部(201)，与悬臂梁前部(203)垂直的部分为悬臂梁中部(202)，悬臂梁的其余部分为悬臂梁后部(203)，所述悬臂梁前部(201)为自由端，其具有前部凸起(301)和相应的前部凹陷(302)，其特征在于，所述悬臂梁前部(201)的宽度比悬臂梁后部(203)宽10%，以便在所述悬臂梁前部(203)形成所述前部凸起(301)和相应的前部凹陷(302)的同时，不在悬臂梁后部产生过大(203)扭矩。

Description

异型金属悬臂梁称重装置

技术领域

本发明涉及一种用于测量力的传感器，特别地，涉及一种金属薄片型悬臂梁结构的重量传感器。

背景技术

现有技术中的秤包括用于称人体重量的秤，它具有一个用于接受被称重量的表面，一个用来设置在一平面上的底座和一个承载应变片的传感器。例如，欧洲专利第141710号和第317429号中描述了这种秤。

在这种现有技术的秤中，只有一个金属悬臂梁形式的传感器设置在板和基座之间。由于被称重量作用在平台上，上述金属悬臂梁基本承受弯矩，但是，由于被称重量的作用点可能与传感器偏置，因而也承受不需要的力矩，特别是扭矩。应变片连接于一电子电路以便将应变片的变形转变成电信号，再将电信号转变成相应于被测重量的数值。在秤包括与同一称重平台相关的多个传感器的情形中，当一重物放置在平台上时，金属悬臂梁承受垂向挠曲，这需要消除水平的应变以防止回零误差和滞后误差。上述应变消除通常是由使用刀刃，无声块架量或球窝接头的关节系统。在这种秤中，承载应变片的梁两端必须完全刚性地连接于平台和底座，使在平台上放置的载荷产生一个完全由梁传递的力。例如，专利文献US3512595、FR2356913和GB1373992中描述了这种秤。专利文献EP0519818描述了一种单式结均秤，其中，在秤中使用且制成平块形式的单件的重量传感器具有呈载有应变片的悬臂梁的形式的测试体，所述悬臂梁承受被测重物引起的弯矩。悬臂梁的相对两端各连接于U形承载面，其用于承受一个与作用在另一承载面上的力方向相反的力。上述专利也描述了一种秤，它具有一个放置在四个上述类形的传感器上的平台。传感器的两个U型承载面之一用螺钉固定在平台上。假设两U形面处于梁的中点的两相对侧，当负载作用在秤上时，传感器的螺钉连接将受到很大的负荷。因此，上述连接必须是刚性的，这对于制造来说是一种限制因素。而且由于上述刚性连接，各传感器不再是相互独立的，而是由平台将其相互连接起来。这样就会产生回零和滞后误差问题。

第一，用于体重秤的称重传感器，金属主体一般为片状的弹簧钢板材冲压件，在它的弹性应变梁上，再铆合一个冲压成桥形的承力钢板，板的中心有球形凸点或凹坑，用于承接秤体支撑脚垂直方向的载荷。这样，传感器的金属实体在垂直方向上的高度尺寸等于底板厚度与桥形钢板高度尺寸之和。这样高度的传感器不能满足超薄型人体体重秤支撑脚的较小高度要求。

第二，由于称重传感是将力矩产生的微变形转变成相应电信号的变换元件，现有用于平台秤的传感器通常为上下平行双孔悬臂梁结构，其缺点是加工成本高、体积大，尤其是存在弹性体高度尺寸大的缺陷，因此无法满足当今人们对平台秤轻薄、小巧、美观的要求。

第三，用于测量力或秤重的传感器的弹性体一般为铝合金的悬臂梁结构，如中国专利申请03267963.7公开的“薄型板式称重传感器”，其在金属板中部开设“工”字型镂空部，镂空部的左、右两边分别形成支撑部和承载部，镂空部的上下部分连接支撑部和承载部并形成一对非均匀、对称的以平行梁，电阻应变计分别对称固设在平行梁的应力集中处；又如中国专利申请200420024718.6公开的“薄形称重传感器”，板状弹性体中部制有贯穿上下表面的“[”形槽，形成前后双平等悬臂梁结构，应变片分别粘贴在前后悬臂梁应变区域的上下表面。传感器一端固定在支架上，另一端用螺丝打上托盘以承受压力的这些构造的传感器导致天平秤的厚度有30—50mm，高度尺寸偏大，工作台面无法做大。

第四，目前使用于电子秤上的传感器包括一悬臂梁，悬臂梁上设置有应变计，悬臂梁上分别设置有两承载面，一承载面上设置有支撑梁，另一承载面上设置有一连接梁，连接梁上固定有承载梁，这样放置于平台上的载荷作用于承载梁上，再由承载梁将作用于其上的力通过连接梁传递给应变梁，应变梁产生一定的扭矩，应变计连接于一电子电路从而将应变计感应到的扭矩转变成电信号，再将电信号转变成相应的被测重量的数值。由于这种结构的传感器的载荷作用力的传递须首先通过连接梁，再通过连接梁将承载梁承受的载荷传递给应变梁，从而使这种结构的传感器部件较多，结构较复杂，因此其制造成本较高。

总之，现有重量传感器在测量人体重量时所面临的主要问题包括：

a.量程过大，精确性差、输出灵敏度差；

b.尺寸体积过大，导致秤的厚度过大或者无法将传感器安装在秤体四角处，即传感器的宽度较大，导致传感器受力点距秤体边缘距离较大，同时，考虑到传感器厚度较大导致秤体较厚，这样最终导致秤体容易侧翻，威胁到使用者的人身安全;

c.传统的悬臂梁传感器由于悬臂梁水平方向的弯曲容易造成其根部或后部的扭转，从而产生扭曲，并进而导致测量精度低。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于秤的重量传感器，其结构简单，便于安装和制造，并改善了秤的测量性能，具体而言：

一种薄片式重量传感器，由具有形如字母G的镂空部(101)的矩形金属片(100)形成，所述金属片(100)和所述镂空部(101)共同形成了形如字母C的悬臂梁，镂空部(101)与金属片中间部分形成了悬臂梁前部(201)，与悬臂梁前部(203)垂直的部分为悬臂梁中部(202)，悬臂梁的其余部分为悬臂梁后部(203)，所述悬臂梁前部(201)为自由端，其具有前部凸起(301)和相应的前部凹陷(302)，其特征在于，所述悬臂梁前部(201)的宽度比悬臂梁后部(203)宽10%，以便在所述悬臂梁前部(203)形成所述前部凸起(301)和相应的前部凹陷(302)的同时，不在悬臂梁后部产生过大(203)扭矩。

根据本发明的薄片式重量传感器，其特征在于，所述形如字母C的悬臂梁的后部在其两侧边缘处分别具有两个定位槽(401、402)，所述两个定位槽在金属片表面的连线的延长线通过所述金属片的中心并且与所述金属片表面的两个边平行、与金属片的另外两个边缘垂直，所述定位槽的作用在于为在所述悬臂梁后部处设置应变片提供定位。

根据本发明的薄片式重量传感器，其特征在于，所述矩形金属片的长度为其厚度的8.7~9.2倍。

根据本发明的薄片式重量传感器，其特征在于，所述矩形金属片的宽度为其厚度的8.7~9.2倍。

根据本发明的薄片式重量传感器，其特征在于，所述矩形金属片的长度为其宽度的0.9~1.2倍。

根据本发明的薄片式重量传感器，其特征在于，所述矩形金属片的厚度均匀且一致，其厚度可以为3.7mm~3.9mm，并且，所述矩形金属片的长度和宽度相等，均可以为34mm。

根据本发明的薄片式重量传感器，其特征在于，所述悬臂梁可由弹簧钢板冲裁而制成。

根据本发明的薄片式重量传感器，其特征在于，按重量百分比计算，用于冲裁所述传感器的弹簧钢中碳的含量为0.62%~0.90%。

根据本发明的薄片式重量传感器，其特征在于，按重量百分比计算，用于冲裁所述传感器的弹簧钢中锰的含量为0.50%~0.80%，或者，锰含量为0.90~1.20%。

根据本发明的薄片式重量传感器，其特征在于，所述两个定位槽的尺寸相同，其截面可以为圆形或任意其他不具角的形状，但其最大径向长度不超过0.2mm，以防止影响所述悬臂梁测量应力的精度或产生应力集中现象。

根据本发明的重量传感器，其有益效果在于，可以将其面积控制1000mm²之内同时保证其厚度不超过4mm，并且，悬臂梁前部(自由端)距边缘的距离不超过20mm，这样的传感器安装在秤体上不容易导致侧翻；并且由于悬臂梁前部与悬臂梁后部的宽度控制在10%以内，从而保证了根据本发明的传感器的输出灵敏度高，此外，由于在悬臂梁后部设置了定位槽，这样方便了在悬臂梁后部通过粘贴、黏贴、焊接等方式固定电阻应变片和导线，并且方便了在悬臂梁后部设置用于固定的硅胶等材料。

附图说明

图1为从正面看的根据本发明的重量传感器的立体视图，即立体顶视图，或称立体俯视图；

图2为从正面看的根据本发明的重量传感器的立体视图，即立体顶视图，或称立体俯视图；

图3为从底面下方看到的根据本发明的重量传感器的立体师徒，即立体仰视图；

在上述附图中，附图标号与部件对应的名称关系如下：

100—金属片；

101—镂空部；

201—悬臂梁前部；

202—悬臂梁中部；

203—悬臂梁后部；

301—前部凸起；

302—前部凹陷；

401—悬臂梁后部内侧定位槽；

402—悬臂梁后补外侧定位槽；

500—中心圆角孔；

600—设置应变片的位置区域。

具体实施方式

如图1所示，本发明提供了一种用于秤的重量传感器，其结构简单，便于安装和制造，并改善了秤的测量性能，该传感器由具有形如字母G的镂空部101的矩形金属片100形成，所述金属片100和所述镂空部101共同形成了形如字母C的悬臂梁，镂空部101与金属片100中间部分形成了悬臂梁前部201，与悬臂梁前部203垂直的部分为悬臂梁中部202，悬臂梁的其余部分为悬臂梁后部203，所述悬臂梁前部201为自由端，其具有前部凸起301和相应的前部凹陷302。

特别的，所述悬臂梁前部201的宽度比悬臂梁后部203宽10%，以便在所述悬臂梁前部(203)形成所述前部凸起301和相应的前部凹陷302的同时，不在悬臂梁后部产生过大(203)扭矩。优选地，所述悬臂梁后部203的宽度为8.8mm，相应地，所述悬臂梁前部201的宽度可以为8.80mm~9.68mm。

此外，所述形如字母C的悬臂梁的后部在其两侧边缘处分别具有两个定位槽401和定位槽402，所述两个定位槽在金属片100表面的连线的延长线通过所述金属片100的中心并且与所述金属片100表面的两个边平行、与金属片100的另外两个边缘垂直，所述定位槽401和402的作用在于为在所述悬臂梁后部203处设置应变片提供定位。

优选地，在根据本发明的薄片式重量传感器中，所述矩形金属片100的长度为其厚度的8.7~9.2倍，所述矩形金属片100的宽度为其厚度的8.7~9.2倍，特别地，所述矩形金属片100的长度和宽度均为34mm，且加工精度为0.1mm；亦或，根据本发明的薄片式重量传感器的所述矩形金属片100的长度为其宽度的0.9~1.2倍。

此外，根据本发明的薄片式重量传感器的所述矩形金属片100的厚度均匀且一致，其厚度可以为3.7mm~3.9mm，优选为3.8mm，加工精度为0.1mm。

在材料方面，所述金属片100与相应的镂空部101可由弹簧钢板冲裁而制成，所述弹簧钢中碳的含量为0.62%~0.90%(按重量计)，并且，用于冲裁所述传感器的弹簧钢中锰的含量为0.50%~0.80%，或者，锰含量为0.90~1.20%，特别优选的，可采用60SiMnA弹簧钢作为根据本发明的传感器的金属片100。

根据本发明的薄片式重量传感器，其特征在于，所述两个定位槽401和402的尺寸相同，其截面可以为圆形或任意其他不具角的形状，但其最大径向长度不超过0.2mm，以防止影响所述悬臂梁测量应力的精度或产生应力集中现象，在图2和图3中，为了更清楚的示出定位槽401和402，其截面为半圆形，直径为0.19mm。

根据上述实施例的描述，可以将根据本发明的传感器的面积控制1000mm²之内同时保证其厚度不超过4mm，并且，悬臂梁前部(自由端)距边缘的距离不超过20mm，这样的传感器安装在秤体上不容易导致侧翻；并且由于悬臂梁前部与悬臂梁后部的宽度控制在10%以内，从而保证了根据本发明的传感器的输出灵敏度高，此外，由于在悬臂梁后部设置了定位槽，这样方便了在悬臂梁后部通过粘贴、黏贴、焊接等方式固定电阻应变片和导线，并且方便了在悬臂梁后部设置用于固定的硅胶等材料。

根据本发明的优选实施例的传感器，其四周进行了圆化处理，并且所述悬臂梁的形状也不存在锐角，从而避免了应力集中现象的产生，并便于安装与固定。特别地，对于长宽都为34mm，厚度为3.8mm，镂空宽度为2.5mm，悬臂梁宽度为8.8mm的根据本发明的传感器，具有优异的重量测量性能，特别适用于测量人体重量，其标准化量程为50KG，极限过载为150%F.S，输出灵敏度为1.0~1.4mV，特别地，由于在悬臂梁前部201处设置了前部凸起301和相应的前部凹陷302，所述前部凸起301可以与支撑测量平台(秤体)的部件直接接触，由于该凸起301具有至少1mm的厚度，因此可以将秤体的整体厚度至少降低1mm，鉴于所述凸起301为圆形，因此，该凸起301从任意角度所受到的力均可以沿垂直于所述金属片100的方向传递。另外，由于根据本发明的传感器采用60SiMnA弹簧钢支撑，其具有优良的弹性，从而保证了该传感器的非线性为0.2%F.S，重复性为0.1%F.S，蠕变为0.1%F.S/3min，此外，由该材料制成的根据本发明的传感器具有优异的温度特性，在已在-10摄氏度到+60摄氏度的环境中使用。

需要特别指出的是，上述部件、装置及器件的标号和名称仅为示例性地表达本发明的具体实施方式，在实际制造和使用过程中，本发明中部件或单元的数量和作用也不应受到本发明中实施例的限制，只要其作用和功效能够满足测量人体电压信号的要求即符合本发明的主旨和技术范围。

此外，所用的术语“片”、“部”、“槽”指的是包括或不包括局部切口、槽和突起的任何类似平板的壳体、板、盖等，可包括或不包括肋，可包括槽或不包括槽，但在实际制造和使用过程中，所述金属片也可以构造成类似于圆形的形状或圆环等其他形状，换言之，本发明所述平台的形状不应受到说明书中实施例的限制。

Claims (10)

1.一种薄片式重量传感器，由具有形如字母G的镂空部的矩形金属片形成，所述金属片和所述镂空部共同形成了形如字母C的悬臂梁，镂空部与金属片中间部分形成了悬臂梁前部，与悬臂梁前部垂直的部分为悬臂梁中部，悬臂梁的其余部分为悬臂梁后部，所述悬臂梁前部为自由端，其具有前部凸起和相应的前部凹陷，其特征在于，所述悬臂梁前部的宽度比悬臂梁后部宽10%，以便在所述悬臂梁前部形成所述前部凸起和相应的前部凹陷的同时，不在悬臂梁后部产生过大扭矩。

2.根据权利要求1所述的薄片式重量传感器，其特征在于，所述形如字母C的悬臂梁的后部在其两侧边缘处分别具有两个定位槽(401、402)，所述两个定位槽在金属片表面的连线的延长线通过所述金属片的中心并且与所述金属片表面的两个边平行、与金属片的另外两个边缘垂直，所述定位槽的作用在于为在所述悬臂梁后部处设置应变片提供定位。

3.根据权利要求1所述的薄片式重量传感器，其特征在于，所述矩形金属片的长度为其厚度的8.7~9.2倍。

4.根据权利要求1所述的薄片式重量传感器，其特征在于，所述矩形金属片的宽度为其厚度的8.7~9.2倍。

5.根据权利要求1所述的薄片式重量传感器，其特征在于，所述矩形金属片的长度为其宽度的0.9~1.2倍。

6.根据权利要求1所述的薄片式重量传感器，其特征在于，所述矩形金属片的厚度均匀且一致，其厚度可以为3.7mm~3.9mm，并且，所述矩形金属片的长度和宽度相等，均可以为34mm。

7.根据权利要求1所述的薄片式重量传感器，其特征在于，所述悬臂梁可由弹簧钢板冲裁而制成。

8.根据权利要求1所述的薄片式重量传感器，其特征在于，按重量百分比计算，用于冲裁所述传感器的弹簧钢中碳的含量为0.62%~0.90%。

9.根据权利要求1所述的薄片式重量传感器，其特征在于，按重量百分比计算，用于冲裁所述传感器的弹簧钢中锰的含量为0.50%~0.80%，或者，锰含量为0.90~1.20%。

10.根据权利要求1至9中任一个所述的的薄片式重量传感器，其特征在于，所述两个定位槽的尺寸相同，其截面可以为圆形或任意其他不具角的形状，但其最大径向长度不超过0.2mm，以防止影响所述悬臂梁测量应力的精度或产生应力集中现象。