一种力传感器

技术领域

本发明属于传感器技术领域，更具体地说，是涉及一种力传感器。

背景技术

电梯称重一般采用双层轿底加涡流传感器的称重方式：电梯的轿底为双层结构，双层轿底的中间为称重橡胶，当有载荷加在轿底时，称重橡胶就会变形，涡流传感器检测称重橡胶的变形量，转化为可读出的称重信号。该方案的称重装置在轿底，需要预留较深的电梯底坑，并且称重装置的结构复杂，生产成本较高，且安装、调试和维修难度大，轿厢不平衡时容易测量造成不准确。后续采用了绳头称重的方法，在电梯的顶端设置绳头板和安装板，将称重橡胶放置在绳头板和安装板中间，采用涡流传感器检测称重橡胶的变形量，转化为可读出的称重信号；虽然解决了称重装置设置在轿底带来的问题，但是称重装置的结构上没有改变，依旧需要采用称重橡胶加涡轮传感器的方式，结构复杂，生产成本较高。

现有技术中，通过采用平面式力传感器取代原先的称重装置，其结构简单，生产成本较低，仅需将应变计粘接在具有弹性的支撑构件的平面即可检测变化，由于此类型的力传感器是利用应变计对长度方向的应变敏感，对宽度方向的应变不敏感的原理设置，对于同一应变计，长度方向的应变比宽度方向的应变要小，即有效应变比无效应变小，这种效应差会随着撑构件厚度的增加而增大，在高过载的情况下(如3倍量程以上过载)常常会出现力传感器失效，即使传感器的输出信号表现仍在可承受的过载范围内，由于宽度方向应变的作用，仍然会导致力传感器失效。

发明内容

本发明的目的在于提供一种力传感器，以解决现有技术中存在的力传感器在高过载的情况下，由于应变计无效应变的产生和传递导致力传感器失效的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种力传感器，包括支撑座，所述支撑座包括支撑部和与所述支撑部连接的承受部；及

感测电路组件，所述感测电路组件包括固定设置在所述承受部的多个应变计，所述应变计具有感测方向；

所述承受部设有用于安装所述应变计的固定部分；所述承受部上设置有消力部分，所述消力部分沿所述承受部的端面的第一方向且邻近所述应变计设置，所述第一方向垂直于所述感测方向。

进一步地，所述承受部包括用于承受待测力的受力部分和可形变的变形部分，所述变形部分设置在所述支撑部和所述受力部分之间。

进一步地，所述感测电路组件包括固定连接在所述承受部上的多个所述应变计，多个所述应变计等间隔设置在所述承受部的端面上。

进一步地，所述消力部分为沿轴向贯穿所述固定部分设置的通孔。

进一步地，所述消力部分为沿轴向且位于所述固定部分的表面向内凹陷设置的凹槽。

进一步地，所述消力部分为沿轴向且位于所述支撑座的上表面和下表面均向内凹陷设置的凹槽。

进一步地，所述消力部分为多个，且对称设置。

进一步地，所述消力部分大小相同。

进一步地，所述受力部分在轴向突出所述变形部分和所述支撑部。

进一步地，所述应变计固定连接于所述变形部分的下表面，用于感测所述变形部分的变形量。

进一步地，所述应变计固定连接于所述受力部分的下表面，用于感测所述受力部分的变形量。

进一步地，所述感测电路组件包括与所述应变计电性连接的电路板；所述支撑部的下表面向内凹陷形成有第一环形槽，所述支撑部位于所述第一环形槽的槽口的周侧表面向内凹陷形成有第二环形槽，用于安装所述电路板。

进一步地，所述电路板上设置有与所述应变计电性连接的信号处理装置，用于接收并处理所述应变计输出的感测信号。

进一步地，所述力传感器还包括固定连接在所述支撑座的底部的盖板，所述支撑部位于所述第二环形槽的槽口的周侧表面向内凹陷形成有第三环形槽，用于安装所述盖板。

进一步地，所述支撑座为一体成型件。

本发明提供的力传感器的有益效果在于：与现有技术相比，本发明力传感器通过在支撑座设置有感测电路组件，且感测电路组件包括固定设置在承受部的多个应变计，应变计具有感测方向，用于感测承受部的形变并产生感测信号；在承受部上设置有用于安装应变计的固定部分，在承受部的端面沿垂直于应变计的感测方向的第一方向且邻近应变计设置有消力部分，有效截断力传感器的应变计的无效应变的传递，防止无效应变的产生，使得力传感器在具备高灵敏度的同时能够承受更大的载荷。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的力传感器的立体结构示意图一；

图2为本发明实施例提供的力传感器的立体结构示意图二；

图3为本发明实施例提供的力传感器的仰视结构示意图；

图4为沿图3中A-A线的剖视结构示意图。

其中，图中各附图标记：

1：支撑座 11：支撑部

111：第一环形槽 112：第二环形槽

113：第三环形槽 12：承受部

121：固定部分 122：消力部分

123：受力部分 124：变形部分

2：应变计

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

请一并参阅图1至图3，本实施例提供的一种力传感器，包括支撑座1，支撑座1包括支撑部11和与支撑部11连接的承受部12；及

感测电路组件，感测电路组件包括固定设置在承受部12的多个应变计2，应变计2具有感测方向；

承受部12设有用于安装应变计2的固定部分121；承受部12上设置有消力部分122，消力部分122沿承受部12的端面的第一方向且邻近应变计2设置，第一方向垂直于感测方向。

上述的一种力传感器，通过在支撑座1设置有感测电路组件，且感测电路组件包括固定设置在承受部12的多个应变计2，应变计2具有感测方向，用于感测承受部12的形变并产生感测信号；在承受部12上设置有用于安装应变计2的固定部分121，在承受部12的端面沿垂直于应变计2的感测方向的第一方向且邻近应变计2设置有消力部分122，有效截断力传感器的应变计2的无效应变的传递，防止无效应变的产生，使得力传感器在具备高灵敏度的同时能够承受更大的载荷。

请一并参阅图1至图3，作为本实施例提供的力传感器的一种具体实施方式，力传感器为称重传感器，使用的场合多数为称重场合，例如电梯等大重量物件，力传感器包括具有圆形横截面的支撑座1和与支撑座1固定连接的感测电路组件；此处对支撑座1的具体结构和材质不作限定，优选地，支撑座1采用弹性合金材质，具有良好的弹性性能、无磁性、微塑性变形抗力高、硬度高、电阻率低、弹性模量温度系数小、内耗小等特点。支撑座1包括支撑部11和与支撑部11连接的承受部12，承受部12用于承受待测物件的重量。承受部12包括用于承受待测力的受力部分123和可形变的变形部分124，变形部分124设置在支撑部11和受力部分123之间；将待测物件放置于承受部12上，或者利用待测物件上设置有螺母、键销或者在待测物件上设置连接环等方式将待测物件自身的重量施压在承受部12的受力部分123上。感测电路组件包括固定设置在承受部12的多个应变计2，应变计2具有感测方向，用于感测承受部12的形变并产生感测信号；当待测物件的重量施加在力传感器的承受部12时，承受部12的受力部分123受到一个向下的压力并产生变形，从而带动与受力部分123固定连接的变形部分124产生形变，进而使固定连接在承受部12上的应变计2产生形变使电阻值发生变化，与应变计2连接的电路板接收到应变计2受力后产生的电阻信号，由电路板上设置的信号处理装置对接收到的感测信号进行处理，转化为可读的信号输出，从而计算出施加在承受部12上的力的大小，推测出待测物件的重量。此处对感测电路组件的固定连接在支撑座1上的应变计2的数量不作限定，优选地，感测电路组件包括固定连接在承受部12上的多个应变计2，多个应变计2等间隔设置在承受部12的端面上，有利于提高力传感器的测量精度。

进一步地，感测电路组件包括固定连接在承受部12上的四个应变计2，四个应变计2等间隔设置在承受部12上，四个应变计2相互连接形成惠斯特电桥，将四个应变片当做电阻，将其连成惠斯特电桥，应变片阻值随承受部12的变形而改变，电桥的输出电压反应出待测物件的重量。

请参阅图2至图4，在本实施例中，支撑座1的支撑部11的下表面向内凹陷形成有第一环形槽111，用于安装用于测量承受部12应变力的应变计2，将应变计2固定连接于第一环形槽111内，贴合在承受部12上，使得应变计2能够直接测量出承受部12的变形量所对应的重量值，有效提高力传感器的测量精度。优选地，承受部12设有用于安装应变计2的固定部分121，应变计2测量承受部12的端面的感测方向上的待测力，在承受部12的端面的垂直于感测方向的第一方向上且邻近应变计2设置的消力部分122；通过消力部分122截断力传感器的承受部12的端面垂直于感测方向的第一方向上的力，即截断应变计2的无效应变的传递，防止无效应变的产生，使得力传感器在具备高灵敏度的同时能够承受更大的载荷。此处对消力部分122的具体结构不作限定，优选地，消力部分122为沿轴向贯穿固定部分121设置的通孔，消力部分122为对称设置且尺寸相同的通孔，通过消力部分122为对称设置且尺寸相同的通孔，使得力传感器所受到的压力的第一方向上的分力被截断，即截断应变计2的无效应变的传递，防止无效应变的产生，使得力传感器在具备高灵敏度的同时能够承受更大的载荷。进一步优选地，消力部分122为沿轴向且位于固定部分121的表面向内凹陷设置的凹槽；或，消力部分122为沿轴向且位于支撑座1的上表面和下表面均向内凹陷设置的凹槽；消力部分122为多个，且对称设置；消力部分122大小相同；一方面可以通过消力部分122截断力传感器所受到的压力的第一方向上的分力，即截断应变计2的无效应变的传递，防止无效应变的产生，使得力传感器在具备高灵敏度的同时能够承受更大的载荷，另一方面可以提高力传感器的防尘和防水性能，防止感测电路组件被损坏，有利于延长力传感器的使用寿命。

请一并参阅图3至图4，在本实施例中，力传感器的应变计2设置于承受部12上，优选地，应变计2设置于承受部12的变形部分124，应变计2可以设置于变形部分124的上表面或者下表面，优选地，应变计2固定连接于变形部分124的下表面，用于感测变形部分124的变形量；应变计2也可设置于承受部12的受力部分123，应变计2可以设置于受力部分123的上表面或者下表面，优选地，应变计2固定连接于受力部分123的下表面，用于感测受力部分123的变形量。

进一步地，承受部12的受力部分123在轴向突出变形部分124，受力部分123突出承受部12设置，当受力部分123上承载的重量超过量程时，受力部分123的向下形变至极限，受力部分123的高度与承受部12的平齐，此时待测物件会抵接于支撑座1的支撑部11，避免受力部分123继续向下产生形变，导致承受部12的受力部分123损坏；承受部12的受力部分123在轴向突出支撑部11，受力部分123用于承受待测物件的重量，由于待测物件的质量可能较大，通过加大受力部分123的轴向高度以承受待测物件，使得力传感器不易被损坏，有利于延长其使用寿命。

进一步地，感测电路组件包括与应变计2电性连接的电路板，多个应变计2和电路板之间通过金属丝相连，电路板将应变计2受力后产生的电阻信号转化成电压信号输出，便于用户收集与转化为可读形式。优选地，电路板上设置有与应变计2电性连接的信号处理装置，用于接收应变计2产生的感测信号，并对接收到的感测信号进行处理。支撑部11位于第一环形槽111的槽口的周侧表面向内凹陷形成有第二环形槽112，用于安装电路板；第一环形槽111设置于变形部分124的下方，第二环形槽112设置于支撑部11的下方，待测物件施压于受力部分123时，由于第一环形槽111设置于变形部分124的下方，第一环形槽111的形变量较大，嵌于第一环形槽111内的应变计2同样产生较大的形变量，能够更精准的读取应变计2的电阻值变化，有效提高力传感器测量的精度；由于第二环形槽112设置于支撑部11的下方，第二环形槽112的形变量较小，设置在第二环形槽112处的电路板不易被损坏，有利于延长力传感器的使用寿命。

进一步地，支撑座1为一体成型件，一方面使得支撑座1的结构连接更为稳定，待测物件施加压力至承受部12的受力部分123上，待测物件的重量施加于受力部分123时，受力部分123向下产生形变，从而带动变形部分124产生形变，嵌于承受部12上的应变计2同样发生变形，其电阻发生变化，输出变化的电阻信号至电路板上，力的传递更为稳定，有利于提高力传感器的测量精度，另一方面有利于力传感器的批量生产。

请进一步参阅图4，在本实施例中，力传感器还包括固定连接在支撑座1的底部的盖板，支撑部11位于第二环形槽112的槽口的周侧表面向内凹陷形成有第三环形槽113，用于安装盖板，第一环形槽111、第二环形槽112和第三环形槽113呈阶梯状，通过在支撑座1的底部设置盖板防止力传感器中的感测电路组件及其他内部构件被损坏，有利于提高力传感器的可靠性和延长力传感器的使用寿命；此处对支撑座1与盖板之间的连接方式不作限定，可采用胶粘连接、焊接或者螺纹连接的连接方式，优选地，支撑座1与盖板之间采用螺纹连接的方式固定连接，便于组装和拆卸，方便用户对力传感器的内部进行检修。

请进一步参阅图1至图2，在本实施例中，支撑座1的侧壁开设有穿透孔，用于感测电路组件的外接线穿过穿透孔并连接外接设备，为力传感器的正常运行提供电源，并将力传感器的数据信息输出至外接设备。支撑座1开设有用于安装待测物件的限位孔，限位孔贯穿支撑座1的顶面和底面设置，杆状的待测物件穿透限位孔设置。支撑座1的上表面和下表面分别设置有垫片和弹性部件，或者单独设置垫片，或者单独设置弹性部件，垫片和弹性部件是为了使受力均匀，提高力传感器的测量准确性以及缓冲待测物件的重力对力传感器的冲击，避免损坏力传感器，有利于延长力传感器的使用寿命。

以上所述仅为本实施例的较佳实施例而已，并不用以限制本实施例，凡在本实施例的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实施例的保护范围之内。