一種微張力壓阻式陶瓷張力傳感器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公布了一種微張力壓阻式陶瓷張力傳感器，包括傳感器支架、條狀彈性體和測(cè)力桿；所述條狀彈性體的一端粘接在所述傳感器支架的一端凸起結(jié)構(gòu)上，其另一端粘接在所述傳感器支架的另一端限偏墻上，以使該條狀彈性體兩端形成力矩；所述測(cè)力桿設(shè)置在所述限偏墻上端的條狀彈性體上；其中，所述條狀彈性體的長(zhǎng)度為20-35mm，寬度為4-6mm。本實(shí)用新型采用上述尺寸結(jié)構(gòu)的微張力壓阻式陶瓷張力傳感器具有優(yōu)異的線性精度，尤其遲滯性和重復(fù)性遠(yuǎn)低于線性精度，反映微張力傳感器的線性精度實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)就能評(píng)價(jià)傳感器的綜合精度。
【專利說明】一種微張力壓阻式陶瓷張力傳感器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種微張力傳感器，具體是指一種微量程(< 0.5CN)陶瓷張力傳感器，應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]工業(yè)自動(dòng)化控制隨著卷取機(jī)械的高速化和智能化，如紡織工業(yè)化纖、絲綢、毛棉等卷筒系統(tǒng)隨著設(shè)備盤卷過程中直徑變化，卷材的張力也產(chǎn)生變化，如果不對(duì)高速運(yùn)轉(zhuǎn)的卷盤張力即動(dòng)態(tài)張力進(jìn)行有效控制，表面就會(huì)出現(xiàn)皺折、厚薄不均現(xiàn)象；如用于紙張、薄膜、橡膠、光纖等材料解卷或上卷，如果不對(duì)盤卷動(dòng)態(tài)張力進(jìn)行控制，同樣會(huì)出現(xiàn)彎曲、厚度變化乃至斷裂。
[0003]張力控制器的核心控制部件是張力傳感器。它是直接將盤卷高速運(yùn)轉(zhuǎn)的動(dòng)態(tài)張力信號(hào)線性轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，再由MCU或PLC控制盤卷電機(jī)轉(zhuǎn)速和張力，從而實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)張力進(jìn)行控制。
[0004]目前，國(guó)內(nèi)外張力傳感器分接觸式和非接觸式二種。接觸式張力傳感器是指?jìng)鞲衅鞯臏y(cè)力桿直接檢測(cè)盤卷載體張力，因而檢測(cè)精度高反應(yīng)靈敏度高，目前它是國(guó)內(nèi)外盤卷系統(tǒng)主流動(dòng)態(tài)張力傳感器。此類傳感器有應(yīng)變片式和壓電陶瓷式兩種；非接觸式張力傳感器有霍爾傳感器，實(shí)際上它是檢測(cè)盤卷載體線速度再轉(zhuǎn)換成張力信號(hào)，控制精度低和抗干攏能力低是它的致命缺點(diǎn)。然而接觸式張力傳感器目前國(guó)外僅有少數(shù)廠家有生產(chǎn)，由于國(guó)外這種接觸式張力傳感器本身都不帶溫度補(bǔ)償，存在工作溫度適應(yīng)性差缺點(diǎn)。且高昂的價(jià)格使國(guó)內(nèi)工業(yè)自動(dòng)化卷取機(jī)械只有采用非接觸式霍爾傳感器替代。
[0005]接觸式張力傳感器雖然在信號(hào)采樣方式上有優(yōu)勢(shì)，但還存在著很大缺陷。如應(yīng)變片式張力傳感器它必須將應(yīng)變片用有機(jī)粘結(jié)劑粘到不銹鋼或聚酯膜片上，此類傳感器遲滯性差，且由于只能用單片應(yīng)變片粘結(jié)，輸出靈敏度低且應(yīng)變片的溫飄大，不能用于高精度高可靠卷取機(jī)械；而壓電陶瓷式張力傳感器由于是非線性電壓輸出，因而目前國(guó)內(nèi)外尚未有實(shí)際應(yīng)用。
[0006]近年來國(guó)內(nèi)有多家大專院校和科研院所如西北工業(yè)大學(xué)、江南大學(xué)、中國(guó)電子科技集團(tuán)以及中恒集團(tuán)對(duì)我國(guó)張力傳感器的發(fā)展與我們多次進(jìn)行了探討，一致認(rèn)為必須發(fā)展新型的微張力壓阻式陶瓷張力傳感器，以改變目前卷取機(jī)械自動(dòng)化被動(dòng)局面勢(shì)在必行。
[0007]本實(shí)用新型是在分析比較接觸式張力傳感器和專利ZL201120553280.0"高性能陶瓷張力傳感器''和實(shí)用新型專利ZL201010208526.0"壓力傳感器的陶瓷復(fù)合彈性體的制備方法及原料混合裝置''基礎(chǔ)上研發(fā)的微張力壓阻式陶瓷張力傳感器。本實(shí)用新型采用了國(guó)際領(lǐng)先的三級(jí)溫補(bǔ)技術(shù)和高精度Hybrid工藝技術(shù)，在性能指標(biāo)上大大領(lǐng)先國(guó)外張力傳感器，能實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)，成本較國(guó)外有強(qiáng)大優(yōu)勢(shì)，是國(guó)內(nèi)外微張力傳感器的更新?lián)Q代產(chǎn)品。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0008]本實(shí)用新型目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷提供一種微張力壓阻式陶瓷張力傳感器。
[0009]本實(shí)用新型為實(shí)現(xiàn)上述目的，采用如下技術(shù)方案:一種微張力壓阻式陶瓷張力傳感器，包括傳感器支架、條狀彈性體和測(cè)力桿；所述條狀彈性體的一端粘接在所述傳感器支架的一端凸起結(jié)構(gòu)上，其另一端粘接在所述傳感器支架的另一端限偏墻上，以使該條狀彈性體兩端形成力矩；所述測(cè)力桿設(shè)置在所述限偏墻上端的條狀彈性體上；其中，所述條狀彈性體的長(zhǎng)度為20-35mm，寬度為4_6mm。
[0010]進(jìn)一步的，所述傳感器支架與條狀彈性體之間形成有上下位移空間，所述上下位移空間內(nèi)設(shè)置有防止條狀彈性體過度位移而斷裂的保護(hù)塊。
[0011]進(jìn)一步的，所述測(cè)力桿的左右兩側(cè)設(shè)置有導(dǎo)絲器。
[0012]進(jìn)一步的，所述條狀彈性體為復(fù)合陶瓷彈性體。
[0013]進(jìn)一步的，所述復(fù)合陶瓷彈性體由微米級(jí)的二氧化鋯和微米級(jí)的三氧化二鋁組成；其中，所述二氧化鋯和三氧化二鋁的質(zhì)量比為1:0.25?7.5。
[0014]進(jìn)一步的，所述條狀彈性體的正反兩面各設(shè)置兩個(gè)橋路電阻，由四個(gè)通孔將橋路電阻互聯(lián)形成一個(gè)惠斯頓電橋，并在條狀彈性體的正面設(shè)置兩個(gè)與反面的橋路電阻相對(duì)應(yīng)的橋路平衡電阻，并通過激光修調(diào)系統(tǒng)將惠斯頓電橋調(diào)至零位。
[0015]進(jìn)一步的，所述條狀彈性體上還設(shè)置有用來克服溫度飄移的PTC正溫度補(bǔ)
[0016]償電阻和NTC負(fù)溫度補(bǔ)償電阻。
[0017]本實(shí)用新型的有益效果:
[0018]1.本實(shí)用新型采用上述尺寸結(jié)構(gòu)的微張力壓阻式陶瓷張力傳感器具有優(yōu)異的線性精度，尤其遲滯性和重復(fù)性遠(yuǎn)低于線性精度，反映微張力傳感器的線性精度實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)就能評(píng)價(jià)傳感器的綜合精度。
[0019]2.在確保傳感器優(yōu)異的線性精度前提下，本實(shí)用新型采用的橋路輸出形式具有高輸出靈敏度(2.2-3.3mV/V)這是其他形式張力傳感器如應(yīng)變片式張力傳感器所不能比擬的。
[0020]3.由于采用復(fù)合陶瓷彈性體，提高了彈性體應(yīng)變模量，不但提高輸出靈敏度，而且提聞了動(dòng)態(tài)張力響應(yīng)速度并提聞了可罪性。
[0021]4.三級(jí)溫補(bǔ)技術(shù)確保了傳感器有寬工作溫度范圍。
[0022]5.能替代國(guó)內(nèi)外其他形式的微張力傳感器，為國(guó)家節(jié)省大量外匯，具有較高的經(jīng)濟(jì)效益。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1本實(shí)用新型的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖2本實(shí)用新型的條狀彈性體的版圖結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖3為本實(shí)用新型的量程范圍內(nèi)線性曲線示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]圖1所示，為一種微張力壓阻式陶瓷張力傳感器，包括傳感器支架3、條狀彈性體I和測(cè)力桿2 ;所述條狀彈性體I的一端粘接在所述傳感器支架3的一端凸起結(jié)構(gòu)32上，其另一端粘接在所述傳感器支架3的另一端限偏墻31上，以使該條狀彈性體I兩端形成力矩；所述測(cè)力桿2設(shè)置在所述限偏墻31上端的條狀彈性體I上。其中，由于條狀彈性體I的結(jié)構(gòu)尺寸直接決定本實(shí)用新型的張力量程處于微張力狀態(tài)；因此，本實(shí)用新型的所述條狀彈性體I的長(zhǎng)度設(shè)置為20-35_，寬度設(shè)置為4-6_，而厚度可根據(jù)量程范圍確定。
[0027]其中，所述傳感器支架3與條狀彈性體I之間形成有上下位移空間13，所位上下移述空間13內(nèi)設(shè)置有防止條狀彈性體I過度位移而斷裂的保護(hù)塊4。這樣當(dāng)張力滿量程時(shí)，使得條狀彈性體I位移最大幅值可控制在0.5-0.8mm范圍內(nèi)。
[0028]另外，為確保高速運(yùn)動(dòng)的載體與測(cè)力桿可靠接觸，在所述測(cè)力桿2的左右兩側(cè)設(shè)
置有導(dǎo)絲器。
[0029]其中，為提高傳感器靈敏度和過載特性(Over Load)，所述條狀彈性體I采用復(fù)合陶瓷彈性體。其中，所述復(fù)合陶瓷彈性體由微米級(jí)的二氧化鋯和微米級(jí)的三氧化二鋁組成。其中，所述二氧化鋯和三氧化二鋁的質(zhì)量比為1:0.25~7.5。由于采用復(fù)合陶瓷彈性體，進(jìn)一步提聞了彈性體應(yīng)變1旲量；不但提聞?shì)敵鲮`敏度，而且提聞了動(dòng)態(tài)張力響應(yīng)速度并提聞了可靠性。
[0030]圖2為本實(shí)用新型的條狀彈性體的版圖結(jié)構(gòu)示意圖。圖中可知，條狀彈性體I的正反兩面各設(shè)置兩個(gè)橋路電阻22，由四個(gè)通孔將橋路電阻22互聯(lián)形成一個(gè)惠斯頓電橋，并在條狀彈性體I的正面設(shè)置兩個(gè)與反面的橋路電阻22相對(duì)應(yīng)的橋路平衡電阻23，并通過激光修調(diào)系統(tǒng)將惠斯頓電橋調(diào)至零位(0-0.5mV)。
[0031]另外，所述條狀彈性體I上還設(shè)置有用來克服溫度飄移的PTC正溫度補(bǔ)償電阻24和NTC負(fù)溫度補(bǔ)償電阻25。三級(jí)溫補(bǔ)技術(shù)的設(shè)計(jì)原理是:分別在PTC正溫度補(bǔ)償電阻24和NTC負(fù)溫度補(bǔ)償電阻25上設(shè)計(jì)三個(gè)電阻值不同的電阻，在溫飄測(cè)試臺(tái)對(duì)傳感器檢測(cè)0°C和45°C輸出電壓飄移量，由激光修調(diào)系統(tǒng)自動(dòng)切割補(bǔ)償電阻上的端導(dǎo)帶，實(shí)現(xiàn)溫補(bǔ)電阻確認(rèn)。
[0032]本實(shí)用新型的微張力壓阻式陶瓷張力傳感器具有優(yōu)異的線性精度，尤其遲滯性和重復(fù)性遠(yuǎn)低于線性精度，對(duì)于評(píng)價(jià)微張力傳感器的線性精度實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)就能反映傳感器的綜合精度。圖3為量程范圍內(nèi)線性曲線，表1為本專利線性精度實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。
[0033]
【權(quán)利要求】
1.一種微張力壓阻式陶瓷張力傳感器，其特征在于，包括傳感器支架、條狀彈性體和測(cè)力桿；所述條狀彈性體的一端粘接在所述傳感器支架的一端凸起結(jié)構(gòu)上，其另一端粘接在所述傳感器支架的另一端限偏墻上，以使該條狀彈性體兩端形成力矩；所述測(cè)力桿設(shè)置在所述限偏墻上端的條狀彈性體上；其中，所述條狀彈性體的長(zhǎng)度為20-35mm，寬度為4_6mm。
2.如權(quán)利要求1所述的一種微張力壓阻式陶瓷張力傳感器，其特征在于，所述傳感器支架與條狀彈性體之間形成有上下位移空間，所述上下位移空間內(nèi)設(shè)置有防止條狀彈性體過度位移而斷裂的保護(hù)塊。
3.如權(quán)利要求1所述的一種微張力壓阻式陶瓷張力傳感器，其特征在于，所述測(cè)力桿的左右兩側(cè)設(shè)置有導(dǎo)絲器。
4.如權(quán)利要求1所述的一種微張力壓阻式陶瓷張力傳感器，其特征在于，所述條狀彈性體為復(fù)合陶瓷彈性體。
5.如權(quán)利要求1所述的一種微張力壓阻式陶瓷張力傳感器，其特征在于，所述條狀彈性體的正反兩面各設(shè)置兩個(gè)橋路電阻，由四個(gè)通孔將橋路電阻互聯(lián)形成一個(gè)惠斯頓電橋，并在條狀彈性體的正面設(shè)置兩個(gè)與反面的橋路電阻相對(duì)應(yīng)的橋路平衡電阻，并通過激光修調(diào)系統(tǒng)將惠斯頓電橋調(diào)至零位。
6.如權(quán)利要求5所述的一種微張力壓阻式陶瓷張力傳感器，其特征在于，所述條狀彈性體上還設(shè)置有用來克服溫度飄移的PTC正溫度補(bǔ)償電阻和NTC負(fù)溫度補(bǔ)償電阻。
【文檔編號(hào)】G01L1/18GK203785818SQ201420028268
【公開日】2014年8月20日 申請(qǐng)日期:2014年1月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月17日
【發(fā)明者】徐興才, 徐雷 申請(qǐng)人:徐興才