專利名稱：一種振弦式微小力傳感器的測力結構的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種振弦式微小力傳感器的測力結構，屬于測量儀器領域。
背景技術：
振弦式傳感器總體上可劃分為振弦式變形傳感器和振弦式力傳感器，應變(應力)計、位移計、測縫計等屬于振弦式變形傳感器，滲壓計、鋼筋計等屬于振弦式力傳感器。兩者的區(qū)別在于傳感器內部是否包含彈性元件，彈性元件的作用就是將力轉化為變形。振弦式變形傳感器不需要彈性元件，而振弦式力傳感器必須包含彈性元件。
測力結構是振弦式力傳感器的關鍵組件，是傳感器量程、分辨率和穩(wěn)定性等的主要影響因素。測力結構主要包括彈性元件和鋼弦，彈性元件將所受到的力轉化為變形，該變形傳遞給鋼弦，使得鋼弦產(chǎn)生微小的伸長或縮短，鋼弦的應力發(fā)生變化，引起自振頻率的變化。
目前振弦式力傳感器的測力結構一般可有以下3種第一是鋼殼體類，其具體形式多種多樣，以其典型的鋼筋計為例，其測力結構是傳感器的殼體，一般以45#鋼制作，鋼弦位于殼體以內。其特點是適應于測量大荷載，分辨率一般在1.0kg以上，當要求分辨率為0.01kg以下的微小力測量時，此種測力結構便無法滿足要求；第二是鋼膜類，以滲壓計為例，其測力結構是承壓鋼膜，鋼弦被固定在承壓鋼膜上，當承壓鋼膜承受荷載(一般為水壓)時發(fā)生撓曲變形，引起鋼弦張緊或松弛。此種測力結構往往使得傳感器的體積比較大，承壓鋼膜的加工技術要求較高、制作成本較高，并且也難于適應分辨率為0.1kPa以下時的微小力的測量要求。
第三是CN1514217A的測力結構，其鋼弦是位于波紋管之外，使得測力結構尺寸增大了很多，大約是波紋管尺寸的兩倍以上，并且測力結構復雜，引入誤差多，制作成本高。
另外，有一種振弦式應變傳感器是采用波紋管作為傳感器外殼，其結構與本實用新型相近，但其屬于振弦式變形傳感器，只能測量應變，不能測量力，并且其波紋管不是用作彈性元件，一般也不是彈性波紋管。

發(fā)明內容
為了克服目前振弦式力傳感器測力結構難以測量微小力以及體積較大的不足，本實用新型提供一種測力結構，該測力結構的測力分辨率可達到0.001kg或0.01kPa，并且其體積只有一只彈性波紋管大小。
本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是要能夠測量微小力，則測力結構的彈性元件必須剛度很?。灰箿y力結構的體積小，必須充分利用測力結構內部的空間。彈性波紋管的剛度主要取決于材料、壁厚、波高、波數(shù)等參數(shù)，其剛度可在較大的范圍內調整，并且在其變形的過程中，剛度值十分穩(wěn)定。通過恰當?shù)卦O計上述彈性波紋管的參數(shù)，可使彈性波紋管的軸向變形剛度值位于5.0-50.0kg/mm范圍內，從而適應了微小力測量的要求。在設計好彈性波紋管后，彈性波紋管的體積就確定了，為了盡可能減少測力結構的尺寸，本實用新型將鋼弦布置到了彈性波紋管的內部并居中，相關的磁芯、磁芯固定架和鋼弦套管等也一起進入了彈性波紋管的內部，最大限度地利用了空間，使得整個測力結構十分緊湊，尺寸顯著減小。
本實用新型的有益效果是，實現(xiàn)了對微小力的測量，并同時減小了測力結構的體積，從而減小了振弦式力傳感器的尺寸。
以下結合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。


圖1是本實用新型整體結構示意圖。
圖1中，1.支座，2.夾頭，3.鋼弦護管，4.磁芯固定架，5.磁芯，6.鋼弦，7.彈性波紋管。
具體實施方式
如圖1所示，本實用新型由彈性波紋管7、鋼弦6、鋼弦護管3、磁芯5、磁芯固定架4、夾頭2和支座1等組成，鋼弦6居中在鋼弦護管3內，鋼弦6兩端分別被兩個夾頭2固定在兩個支座1上，鋼弦護管3一端31與支座1相固定，另一端32與另一支座1相離開，鋼弦6位于彈性波紋管7的內部，并且彈性波紋管7的兩端與兩個支座1相固定。彈性波紋管7的材料為不銹鋼，其外徑為27.0mm、內徑為13.0mm，壁厚為0.22mm，波數(shù)為14，其徑向剛度為20kg/mm。鋼弦在彈性波紋管內部居中，磁芯和磁芯固定架布置于鋼弦的一側，并且也位于彈性波紋管的內部。
該測力結構的一個典型工作過程為當支座1受到外界的壓力時，由于彈性波紋管7兩端均與支座1相固定，該壓力便傳遞到彈性波紋管7上，彈性波紋管7發(fā)生微小的壓縮變形，鋼弦6松弛，其自振頻率降低。當外界的壓力減小時，彈性波紋管7產(chǎn)生微小的伸長變形，鋼弦6張緊，其自振頻率升高。
權利要求1.一種振弦式微小力傳感器的測力結構，由彈性波紋管(7)、鋼弦(6)、鋼弦護管(3)、磁芯(5)、磁芯固定架(4)、夾頭(2)和支座(1)等組成，鋼弦(6)位于鋼弦護管(3)內，鋼弦護管(3)一端(31)與支座(1)相固定，另一端(32)與另一支座(1)相離開，其特征是彈性波紋管(7)的兩端與兩個支座(1)相固定，鋼弦(6)兩端也分別與兩個支座(1)相固定，并且鋼弦(6)在波紋管內居中，磁芯(5)、磁芯固定架(4)也位于彈性波紋管(7)的內部。
2.如權利要求1所述的測力結構，其特征是彈性波紋管(7)的軸向變形剛度為5kg/mm～50kg/mm。
3.如權利要求1所述的測力結構，其特征是彈性波紋管(7)的材料可為不銹鋼。
專利摘要一種振弦式微小力傳感器的測力結構，屬于測量儀器領域，由彈性波紋管、鋼弦、鋼弦護管、磁芯、磁芯固定架、夾頭和支座等組成。鋼弦位于鋼弦護管內，鋼弦兩端分別被兩個夾頭固定在兩個支座上，鋼弦護管一端與支座相固定，另一端與另一支座相離開，鋼弦位于彈性波紋管的內部，磁芯和磁芯固定架等也隨鋼弦一起放入彈性波紋管內部，并且彈性波紋管的兩端與兩個支座相固定。則彈性波紋管是該測力結構的彈性元件，通過恰當?shù)膮?shù)設計，可使其軸向變形剛度在5.0－50.0kg/mm，從而該測力結構實現(xiàn)了對微小力的測量，并同時減小了測力結構的體積和傳感器的尺寸。
文檔編號G01L7/06GK2854544SQ20052007385
公開日2007年1月3日 申請日期2005年7月25日 優(yōu)先權日2005年7月25日
發(fā)明者王風 申請人:王風