具有改善的變形行為的桿狀力傳感器的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種桿狀力傳感器，其變形行為比已知的桿狀力傳感器更好。
【背景技術】
[0002] 已知以下桿狀力傳感器:其中分別借助在桿狀測量體或變形體上安裝的應變傳感 器檢測變形體的縱向應變和橫向應變。隨后，可以由通過應變傳感器產生的電信號來求取 待測量的力。如果其設置用于構造天平，則所述力傳感器也稱作稱重單元(WdgezeHen)。
[0003] 在所述類型的桿狀力傳感器中需要耗費的調整，所述調整也稱作旋轉調整。由此， 在變形體或應變傳感器中應當抵抗由制造決定的公差并且使力傳感器對側方影響或橫向 力影響不敏感并且因此對力導入方面的變化不敏感。
[0004] 旋轉調整如下實施。桿狀力傳感器的一端夾緊在保持裝置中。力傳感器通過加載 裝置負載在其另一端上。所述過程在保持裝置連同已夾緊的力傳感器相應轉動90°之后再 重復三次。由力傳感器在不同轉動位置處的測量值推斷出是否需要調整。如果是這樣，則再 次多次轉動力傳感器并且進行通過材料磨損的機械調整和/或進行電調整。替代地，調整也 可以通過以下實施:不使力傳感器轉動，而使負載裝置轉動。在該情形中，對于機械調整需 要多個材料磨損裝置或可轉動的材料磨損裝置。
[0005] 旋轉調整需要越來越多的轉動和負載。因此，旋轉調整的實施是耗費的。
[0006] 在EP 0 800 064 B1闡述了一種上述類型的桿狀力傳感器并且描述了對于所述力 傳感器進行的旋轉調整。在DE 44 16 442 A1中詳細描述了所述旋轉調整。
[0007] 甚至在所述旋轉調整之后，由于以下效應存在測量結果的錯誤的危險。如果通過 在變形體的端側端部上的力導入面將力相對于桿狀構造的變形體的縱軸線不完全同軸地 導入和/或附加的橫向力起作用，則變形體在橫向于縱軸線的方向上不均勻地、即單側地變 形。換言之，變形體向一側傾斜并且相對于其縱軸線非同軸地變形，由此力線不再以期望的 方式延伸。這導致測量結果的錯誤。
[0008] 除旋轉調整以外，例如也還進行溫度調整，從而在上述類型的已知的桿狀力傳感 器中總共采取多個調整措施。
[0009] 由GB 2 162 322 A也已知一種具有圓柱形壓縮體(Stauchk6rper)的桿狀力傳感 器，待檢測的力作用在該壓縮體的端面上。所述桿狀力傳感器具有兩個相對于力方向縱向 定向的并且彼此相對置的長孔，所述長孔的基面構成接片，施加到相對于力方向縱向以及 橫向布置的應變測量條帶上。接片在力方向上在應變測量條帶前方和后方分別具有連續(xù)的 孔。由兩個孔決定地，在力的作用時力線在側方在兩個孔旁延伸經過。由此，應變測量條帶 所位于的、壓縮體中間的力線分布也越來越不均勻。兩個孔的直徑越大以及它們與應變測 量條帶的間距越小，則越少的力線延伸經過接片的位于應變測量條帶之間的區(qū)域。力傳感 器的靈敏度可以通過加深和/或擴展兩個長孔的方式增大。通過增大兩個孔的直徑可以減 小所述靈敏度。
[0010]在GB 2 162 322 A中所描述的力傳感器通過材料磨損影響測量行為，以便增大具 有線性特征曲線的測量范圍。在此，通過加深和/或擴展兩個長孔的方式來增大力傳感器的 靈敏度，通過增大兩個孔的直徑的方式來減小力傳感器的靈敏度。因此，應當借助線性特征 曲線非常準確地調節(jié)測量范圍。這是迭代且耗費的過程。

【發(fā)明內容】

[0011] 本發(fā)明的任務是，提供一種力傳感器，其中可以避免其變形體的單側變形并且所 述力傳感器由此也在沒有如上所述的耗費的措施的情況下高度線性地工作并且提供非常 準確的測量結果。
[0012] 所述任務借助根據獨立權利要求1所述的力傳感器來解決。所述力傳感器的有利 擴展方案在從屬權利要求中說明。
[0013] 根據權利要求1，用于測量壓力和/或拉力的力傳感器包括一個桿狀變形體和至少 四個應變傳感器，所述桿狀變形體至少具有前側、后側、左側、右側、上端側和下端側，所述 至少四個應變傳感器安裝在所述變形體上并且設置用于測量變形體的縱向應變和橫向應 變。在前側上，在變形體的中心縱軸線與中心橫軸線之間的交點的區(qū)域中設置前方長形凹 部。與所述前方長形凹部相對置地，在后側上設置后方長形凹部。在左側上，至少一個左上 缺口設置在中心橫軸線上方，并且至少一個左下缺口設置在中間橫軸線下方。與左側上的 缺口分別相對置地，在右側上設置至少一個右上缺口和至少一個右下缺口。變形體在與中 心縱軸線正交地延伸的并且包括所述中心橫軸線的中間平面中的材料橫剖面具有材料橫 剖面面積。材料橫剖面的左邊第一部分區(qū)域從左邊第一直線朝左側延伸至材料橫剖面的邊 緣，所述左邊第一直線通過前方長形凹部的邊緣朝左側延伸并且通過后方長形凹部的邊緣 朝左側延伸。所述第一部分區(qū)域具有第一部分區(qū)域面積。材料橫剖面的右邊第二部分區(qū)域 從右邊第二直線朝右側延伸至材料橫剖面的邊緣，所述右邊第二直線通過前方長形凹部的 邊緣朝右側延伸并且通過后方長形凹部的邊緣朝右側延伸。所述第二部分區(qū)域具有第二部 分區(qū)域面積。材料橫剖面面積與由第一部分區(qū)域面積和第二部分區(qū)域面積的和之間的比例 不小于1.56并且不大于2.15。
[0014] 變形體的在其前側和后側上具有長形凹部、在其左側和右側上具有缺口以及在其 材料橫剖面中具有特定面積比例的特定構型引起:變形體在待測量的壓力的作用時朝左側 并且朝右側對稱地延展。在待測量的拉力的作用時，所述變形體相應地從左側并且從右側 對稱地收縮。這在不完全同軸地作用的力時和/或在附加的橫向力的影響時也分別適用。
[0015] 對稱的變形通過以下實現:在以完全確定的方式方法布置的長形凹部與缺口之間 分別保留僅僅一個薄的接片。由此，實現一種類型的"活節(jié)效果(Gelenkenwirkung)"。這與 材料橫剖面中的特定面積比例配合地引起特別的對稱變形。
[0016] 因此，桿狀力傳感器具有比已知的桿狀力傳感器更好的變形行為。由此，所述桿狀 力傳感器具有高的線性度和測量精確度，這在對測量精確度的正常要求時完全足夠。如果 存在上述特征，則這獨立于力傳感器的額定載荷地總是適用。
[0017] 根據權利要求2,中心橫軸線與前方長形凹部和左上缺口之間的最短連接線之間 的角不小于17°且不大于29°。
[0018] 如果中心橫軸線與最短連接線之間的角不小于17°且不大于29°，則所述"活節(jié)效 果"特別顯著地出現。這獨立于力傳感器的額定載荷地適用。
[0019] 因此，力傳感器在其制造之后在變形體或應變傳感器中在沒有進行通過材料磨損 的機械調整和/或電調整以補償由制造決定的公差的情況下、尤其在沒有旋轉調整的情況 下對干擾力影響不敏感。由此，可以放棄耗費的調整措施并且可以更容易地調整力傳感器。
[0020] 根據權利要求3,長形凹部分別基本上橢圓形地構造。
[0021] 在長形凹部的橢圓形或近似橢圓形的構型中，所述長形凹部通常凸地構造。如果 缺口同樣普遍凸地構造，則在凹部與缺口之間分別存在恰好一個最薄位置。這有利于變形 體不僅在待測量的壓力的作用時而且在待測量的拉力的作用時的對稱變形。此外，借助旋 轉對稱的工具可以好地制造基本上橢圓形的長形凹部。
[0022] 根據權利要求4,缺口分別基本上部分圓形地構造。
[0023] 在缺口的部分圓形或近似部分圓形的構型中，所述缺口普遍凸地構造。如果長形 凹部同樣普遍凸地構造，則在凹部與缺口之間分別存在恰好一個最薄位置。這又有利于變 形體不僅在待測量的壓力的作用時而且在待測量的拉力的作用時的對稱變形。此外，借助 旋轉對稱的工具可以好地制造基本上部分圓形的缺口。
[0024] 根據權利要求5,前方長形凹部和后方長形凹部分別相對于交點定心地布置。此 外，左上缺口和左下缺口以及右上缺口和右下缺口分別相對于中心橫軸線對稱地布置。 [0025]長形凹部的定心布置以及缺口的對稱布置引起:待測量的壓力和拉力的力線均勻 地分布在變形體中。由此，變形體也均勻地變形。
[0026] 根據權利要求6,在前方長形凹部中設置至少四個前方凹部并且與它們分別相對 置地在后方長形凹部中設置至少四個后方凹部，其中可以分別涉及連續(xù)的或不連續(xù)的凹 部。
[0027] 通過前方和后方凹部以期望的方式方法支持變形體的對稱變形。
[0028]根據權利要求7,在力測量時橫向應變與縱向應變之間的比例處于55%與72%之 間。
[0029 ]借助橫向應變與縱向應變之間的所述比例(對于由金屬組成的力傳感器、例如在 EP 0 800 064 B1中所描述的力傳感器而言，所述比例顯著不同于橫向應變與縱向應變之 間的約30%的通常比例），在變形體的特定構型中達到最好的測量結果。
[0030] 根據權利要求8,在前方長形凹部中設置至少三個前方應變傳感器并且在后方長 形凹部中設置至少三個后方應變傳感器。前方應變傳感器中的一個和后方應變傳感器中的 一個相對于交點定心地布置并且設置用于測量縱向應變。前方應變傳感器中的兩個和后方 應變傳感器中的兩個相對于中心橫軸線對稱地布置在所述中心橫軸線上方和下方并且設 置用于測量橫向應變。
[0031] 通過用于測量縱向應變的應變傳感器相對于交點的定心，所述應變傳感器分別布 置在以下位置處:在那里所述應變傳感器提供最好的測量結果。用于