本發(fā)明涉及傳感器技術(shù)領(lǐng)域。更具體地說測力傳感器，具體涉及一種懸臂梁稱重傳感器，尤其是涉及一種用于谷物水分檢測的測力傳感器及測力式谷物水分檢測裝置。

背景技術(shù)：

水分是谷物質(zhì)量高低的重要指標(biāo)之一，目前谷物水分檢測儀被廣泛應(yīng)用于谷物儲運、加工、銷售等各個環(huán)節(jié)，測力水分傳感器較電阻或電容式傳感器的具有準(zhǔn)確性高及適用范圍廣的優(yōu)點。

專利號為CN 104142358 A的中國發(fā)明專利“測力式在線谷物水分傳感裝置”公布了一種谷物水分傳感裝置，包含一測力傳感器，上述測力傳感器沿其縱向一側(cè)端面通過螺釘固定在前殼體內(nèi)凸臺上，其余端面與前殼體內(nèi)壁之間留有一定間隙，以便于傳遞擠壓力，用于測量二個輥輪之間的谷粒所受的擠壓力并將采集到的擠壓力信號轉(zhuǎn)化為電信號，上述測力傳感器為電阻應(yīng)變片式測力傳感器，以便根據(jù)應(yīng)變片組粘貼方式的改變可以測量二個輥輪傳遞的谷粒變形的擠壓力和動力傳動機構(gòu)的扭力。但是上述發(fā)明存在以下問題：1、為配合上述傳感器的結(jié)構(gòu)形式及工作方法，上述發(fā)明專利谷物水分傳感裝置的前殼體需設(shè)有凸臺，增加了制造難度與制造成本；2、傳感器輸出小、靈敏度低和剛度有限；3、使用普通的懸臂梁稱重傳感器會增加谷物水分傳感裝置的結(jié)構(gòu)尺寸，故不適用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的是提供一種用于谷物水分檢測的測力傳感器，自由端和固定端之間安裝有對稱設(shè)置的V形應(yīng)變梁和倒V形應(yīng)變梁，應(yīng)變片粘貼在因變梁上，提高測量的靈敏度。

本發(fā)明還有一個目的是一種用于谷物水分檢測的測力傳感器，自由端和固定端之間存在高度差，預(yù)留應(yīng)變梁及自由端形變空間，避免傳感器固定造成的誤差并減小傳感器安裝空間。

本發(fā)明還有一個目的是提供一種測力式谷物水分檢測裝置，其內(nèi)測力傳感器采用對稱設(shè)置的V形應(yīng)變梁和倒V形應(yīng)變梁，提高響應(yīng)倍數(shù)和測量靈敏度。

為了實現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的這些目的和其它優(yōu)點，提供了一種用于谷物水分檢測的測力傳感器，固定端，其用于固定；

自由端，其與所述固定端平行并列設(shè)置；以及

第一V形應(yīng)變梁，其連接在所述固定端和自由端之間；

第二V形應(yīng)變梁，其連接在所述固定端和自由端之間，并且和所述第一V形應(yīng)變梁對稱布置；

應(yīng)變片，其粘貼于所述第一或第二V形應(yīng)變梁上。

優(yōu)選的是，所述自由端的高度小于固定端的高度，使固定端和自由端的上平面之間存在高度差，固定端和自由端的下平面之間存在高度差。

優(yōu)選的是，所述第一V形應(yīng)變梁和第二V形應(yīng)變梁的各自夾角α為30-60度。

優(yōu)選的是，所述測力傳感器通過放大電路輸出谷物對輥輪的一個水平壓力F：

其中，U_BD為電橋輸出；U_AC為電橋電壓；E是彈性模量；W是抗彎截面模量；κ為應(yīng)變片靈敏系數(shù)；a為彎矩力臂；α為應(yīng)變梁與水平面角度。

優(yōu)選的是，所述應(yīng)變片電連接放大電路。

優(yōu)選的是，還包括：輥輪軸安裝孔，其對稱布設(shè)在所述固定端和自由端上，并且位于所述第一和第二V形應(yīng)變梁的對稱軸線上，用于連接輥輪。

優(yōu)選的是，還包括：

電機軸安裝孔，其開設(shè)在所述固定端上相對于輥輪軸安裝孔的一側(cè)，用于支撐電機軸；

定位孔，其布設(shè)在所述電機軸安裝孔下端，用于固定測力傳感器固定。

本發(fā)明的目的還可通過一種測力式谷物水分檢測裝置來實現(xiàn)，其內(nèi)安裝測力傳感器，包括：

底座，其為水平面和豎直面組成的L型結(jié)構(gòu)，所述水平面上開設(shè)與所述定位孔固定連接的凸臺，所述豎直面上開設(shè)電機軸裝配孔；

電機，其電機軸依次穿過電機軸裝配孔和電機軸安裝孔進行固定，所述電機用于提供驅(qū)動力；

第一輥輪和第二輥輪，兩個輥輪輪軸通過輥輪軸安裝孔并列設(shè)在測力傳感器的前面且在電機驅(qū)動下相向轉(zhuǎn)動，用于將落入二個輥輪之間的谷粒擠壓變形并將擠壓力傳遞給測力傳感器。

優(yōu)選的是，所述第二輥輪外緣加工有溝槽，所述第一輥輪外緣加工有滾花紋，以提高二個輥輪的摩擦力。

優(yōu)選的是，所述二個輥輪外緣的間隙小于谷粒的最小直徑。

本發(fā)明至少包括以下有益效果：1、本發(fā)明將彈性體采取V形懸臂梁結(jié)構(gòu)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的矩形截面梁結(jié)構(gòu)作為關(guān)鍵彈性元件，該結(jié)構(gòu)可以調(diào)整彈性體的剛度和有效質(zhì)量分布狀態(tài)，實現(xiàn)較大的靈敏度提升幅度，響應(yīng)更高放大倍數(shù)更大。2、本發(fā)明固定端與自由端存在高度差，從而使自由端懸空，為受力形變預(yù)留出空間，比傳統(tǒng)傳感器節(jié)約使用空間，安裝使用更加簡單方便，可以避免由于傳感器固定造成的誤差。3、本發(fā)明彈性體留有多個安裝孔可與作為測力式谷物水分傳感裝置的傳感元件，精簡水分儀結(jié)構(gòu)尺寸，節(jié)約加工成本。4、應(yīng)變測量方式由拉壓應(yīng)變梁測量轉(zhuǎn)變?yōu)閺澙瓚?yīng)變梁測量，從材料力學(xué)分析應(yīng)變放大了8倍左右，從而靈敏度系數(shù)大幅度提高。

本發(fā)明的其它優(yōu)點、目標(biāo)和特征將部分通過下面的說明體現(xiàn)，部分還將通過對本發(fā)明的研究和實踐而為本領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的用于谷物水分檢測的測力傳感器的平面圖。

圖2是本發(fā)明的用于谷物水分檢測的測力傳感器的立體圖。

圖3是本發(fā)明的用于谷物水分檢測的測力傳感器的應(yīng)變梁的受力分析圖。

圖4是本發(fā)明的用于谷物水分檢測的測力傳感器的應(yīng)變片的位置結(jié)構(gòu)圖。

圖5是本發(fā)明的用于谷物水分檢測的測力傳感器的應(yīng)變片放大電路圖。

圖6是本發(fā)明的一種測力式谷物水分檢測裝置的結(jié)構(gòu)圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步的詳細說明，以令本領(lǐng)域技術(shù)人員參照說明書文字能夠據(jù)以實施。

應(yīng)當(dāng)理解，本文所使用的諸如“具有”、“包含”以及“包括”術(shù)語并不配出一個或多個其它元件或其組合的存在或添加。

圖1-2示出了根據(jù)本發(fā)明的用于谷物水分檢測的測力傳感器100的一種實現(xiàn)形式，包括：固定端110、自由端120、應(yīng)變梁130、應(yīng)變片140。所述應(yīng)變片140粘貼于應(yīng)變梁130上，其根據(jù)應(yīng)變梁130的形變改變電阻值，通過與其連接的放大電路將電阻變化值放大從而將擠壓力信號轉(zhuǎn)化為電信號，經(jīng)過后續(xù)電路的處理傳輸給顯示儀表或上位機，從而實現(xiàn)了糧食水分的在線測量；所述應(yīng)變梁130包括第一V形應(yīng)變梁和第二V形應(yīng)變梁，所述第一V形應(yīng)變梁和第二V形應(yīng)變梁沿第一水平軸C-C對稱設(shè)置，所述應(yīng)變梁130的一端連接固定端110、另一端連接自由端120，構(gòu)成一體式結(jié)構(gòu)；其中，所述固定端110和自由端120的水平對稱軸與所述第一水平軸重合。應(yīng)變梁130選取V形結(jié)構(gòu)取代傳統(tǒng)的直形，從而改變彈性體的剛度和有效質(zhì)量分布狀態(tài)，使測力傳感器100的靈敏度較大幅度提升，響應(yīng)更高放大倍數(shù)更大。

在另一實施例中，如圖1所示，所述固定端110高度大于自由端120的高度，使固定端110和自由端120的上平面之間存在高度差，固定端110和自由端120的下平面之間存在高度差，所述高度差大于等于所述自由端120形變量，從而使自由端120懸空使其留有形變空間，比傳統(tǒng)傳感器節(jié)約使用空間，安裝使用更加簡單方便，可以避免由于傳感器固定造成的誤差。

在另一實施例中，如圖4所示，所述應(yīng)變片140由四個相同的電阻式應(yīng)變片組成，分別為R1、R2、R3和R4，四個電阻式應(yīng)變片粘貼在所述應(yīng)變梁130上，可以安裝在第一V形應(yīng)變梁或第二V形應(yīng)變梁上；所述四個電阻式應(yīng)變片中心對稱安裝構(gòu)成十字行，此種布設(shè)可以測量二個輥輪傳遞的谷粒變形的擠壓力。

在另一實施例中，如圖5所示，應(yīng)變片140電連接放大電路，對電阻式應(yīng)變片的阻值變化進行放大并傳輸給顯示儀表或上位機，從而實現(xiàn)了糧食水分的在線測量。

在另一實施例中，測力傳感器100還包括第二輥輪軸安裝孔121、第一輥輪軸安裝孔113，第一輥輪軸安裝孔113為布設(shè)在所述固定端110上的通孔結(jié)構(gòu)，其與布設(shè)在自由端120上的通孔結(jié)構(gòu)第二輥輪軸安裝孔121對稱布設(shè)，所述第二輥輪軸安裝孔121、第一輥輪軸安裝孔113用于連接輥輪，所述第二輥輪軸安裝孔121、第一輥輪軸安裝孔113之間的距離滿足：二個輥輪外緣的間隙小于谷粒的最小直徑，使從二個輥輪間通過的谷物受積壓變形，從而引起應(yīng)變梁130形變，進一步使應(yīng)變片140阻值發(fā)生變化。

在另一實施例中，測力傳感器100還包括：電機軸安裝孔111，其開設(shè)在所述固定端110上相對于第一輥輪軸安裝孔113的一側(cè)，用于連接電機；定位孔112，其布設(shè)在所述電機軸安裝孔111下端，用于將測力傳感器固定在底座相應(yīng)位置上。通過電機軸安裝孔111和定位孔112便于將測力傳感器100安裝在測量裝置上，并保證測量的精度。

在另一實施例中，如圖3所示，所述應(yīng)變梁130材質(zhì)一般采用鋁合金，第一V形應(yīng)變梁和第二V形應(yīng)變梁的夾角α為30-60度之間，夾角α使第一V形應(yīng)變梁和第二V形應(yīng)變梁的結(jié)構(gòu)易于變化，優(yōu)選的是，夾角α取45度左右的角度，從而改變彈性體的剛度和有效質(zhì)量分布狀態(tài)，使測力傳感器100的靈敏度較大幅度提升，提高至4-8倍，響應(yīng)更高放大倍數(shù)更大。

在另一實施例中，如圖3所示，糧食籽粒經(jīng)過兩輥輪時對輥輪產(chǎn)生一個水平壓力F，通過軸承座作用在測力傳感器100上，則應(yīng)變梁130受到水平方向的力F₁為：

F₁＝F/2 (1)

則R1和R2處的彎矩M₁、M₂分別為：

M₁＝ε₁EW＝F₁sinα·d₁ (2)

M₂＝ε₂EW＝F₁sinα·d₂ (3)

設(shè)d₁和d₂為F₁作用點距離R1和R2的距離，由于F₁方向平行于A₁A₂，則R1，R2間的距離a為：

a＝d₁-d₂ (4)

所以：M₁-M₂＝F₁sinα·(d₁-d₂) (5)

其中，U_BD為電橋輸出，單位為V，一般取2-5V；U_AC為電橋電壓V，一般取2-5V；E是彈性模量，單位為pa；W是抗彎截面模量，單位為m³；κ為應(yīng)變片靈敏系數(shù)，金屬電阻絲取1.7-3.6；a為彎矩力臂，單位為N·m；α為應(yīng)變梁角度，一般取45度；ε₁、ε₂為應(yīng)變片黏貼處的彎矩應(yīng)變。

本發(fā)明還包括一種測力式谷物水分檢測裝置，如圖6所示，其內(nèi)安裝如上所述的測力傳感器100，還包括底座200、電機300、輥輪400：

底座200為水平面和豎直面組成的L型結(jié)構(gòu)，所述水平面上開設(shè)與所述定位孔112固定連接的凸臺210，所述豎直面上開設(shè)電機軸裝配孔220，所述底座200將測力傳感器100精確定位在安裝位置，保證測量的精度。

電機300的電機軸310依次穿過電機軸裝配孔220、電機軸安裝孔111進行固定，所述電機300用于驅(qū)動輥輪400旋轉(zhuǎn)，為輥輪400的驅(qū)動機構(gòu)。

輥輪400，包括兩個輥輪，兩個輥輪輪軸通過輥輪軸安裝孔并列設(shè)在測力傳感器100的前面且相向轉(zhuǎn)動，用于將落入二個輥輪之間的谷粒擠壓變形并將擠壓力傳遞給測力傳感器100；其中，所述測力傳感器100的自由端120下端與底座200之間存在間隙，所述間隙大于等于所述自由端120形變量，比傳統(tǒng)傳感器節(jié)約使用空間，安裝使用更加簡單方便，可以避免由于傳感器固定造成的誤差。

在另一實施例中，如圖6所示，所述輥輪400分別為第一輥輪410和第二輥輪420，所述第一輥輪410外緣均布加工有滾花紋，所述第二輥輪420外緣加工有溝槽，以提高二個輥輪的摩擦力，對其間通過的谷物進行充分擠壓。

在另一實施例中，所述第一輥輪410和第二輥輪420外緣的間隙小于谷粒的最小直徑，其間通過的谷物進行充分擠壓，提高測量精度。

本發(fā)明的一種測力式谷物水分檢測裝置，其測力傳感器采取V形懸臂梁結(jié)構(gòu)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的矩形截面梁結(jié)構(gòu)作為關(guān)鍵彈性元件，該結(jié)構(gòu)可以調(diào)整彈性體的剛度和有效質(zhì)量分布狀態(tài)，實現(xiàn)較大的靈敏度提升幅度，響應(yīng)更高放大倍數(shù)更大。

盡管本發(fā)明的實施方案已公開如上，但其并不僅僅限于說明書和實施方式中所列運用。它完全可以被適用于各種適合本發(fā)明的領(lǐng)域。對于熟悉本領(lǐng)域的人員而言，可容易地實現(xiàn)另外的修改。因此在不背離權(quán)利要求及等同范圍所限定的一般概念下，本發(fā)明并不限于特定的細節(jié)和這里示出與描述的圖例。