一种二维力_扭矩传感器的设计
二维力传感器
容量：0-50N / 0-1Nm至0-250kN / 0-2500Nm
输出：1.5-3.0mV / V
精度：<±0.1％/ RC
环保等级：IP65
减少串扰，确保最佳性能
非常适合在岩土和材料测试领域中使用
可根据您的特定应用进行定制
适用于大多数工业环境
DBBSS / TSF双轴力和扭矩传感器是一种紧凑而精确的传感器，旨在分别测量顺时针和逆时针/拉伸和压缩力下的静态扭矩和轴向载荷。
2轴力和扭矩传感器的独特设计确保将轴之间的串扰减至最小，典型值小于1％，同时在扭矩和力模式下均保持优于额定容量0.1％的出色精度。
DBBSS / TSF 2轴力和扭矩传感器系列被广泛用于岩土工程和材料测试领域，在其作为高精度分析测试设备的核心组件的同时，它的设计使其可广泛应用于其他应用需
要双轴测量的地方。
郑州沐宸自动化科技有限公司致力于力传感器及信号处理的系统工作，公
司在力传感器领域有着不断的追求。
主要有测力传感器、微型拉压力传感器、
拉杆力传感器、S型拉压力传感器、环形传感器、柱式传感器、销轴类传感器、称重类传感器、二维力传感器、三维力传感器、六维力传感器等多维力传感器、静态动态扭矩传感器、微型位移传感器、压力变送器（气压/液压传感器）、变送器/放大器、控制仪表灯，并可定制各类传感器。
力矩原理二维测力称重传感器[实用新型专利]
![力矩原理二维测力称重传感器[实用新型专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/514a483d28ea81c759f578b2.png)
专利名称：力矩原理二维测力称重传感器专利类型：实用新型专利
发明人：周用贵,姜会增,白露,王行方
申请号：CN201020513531.8
申请日：20100902
公开号：CN201765035U
公开日：
20110316
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型涉及一种力矩原理二维测力称重传感器，包括弹性体、第一应变区、第二应变区、第三应变区、第四应变区和电缆，其中，第一应变区和第三应变区位于弹性体的一侧，第二应变区和第四应变区位于弹性体的另一侧，第一应变区内应变计与第二应变区内应变计构成一个独立的测量桥路，第三应变区内应变计与第四应变区内应变计构成另一个独立的测量桥路。
本实用新型可用于测量车轮对钢轨的垂直载荷和横向载荷，具有工艺简单，灵敏度高和成本低的特点。
申请人：北京华横新技术开发有限公司,中国铁道科学院研究院标准计量研究所
地址：100081 北京市海淀区大柳树路2号
国籍：CN
代理机构：北京方韬法业专利代理事务所
代理人：姜莹
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应变式扭矩传感器简单设计报告
基于电阻应变式扭矩传感器与MSP430的扭矩测量系统设计2.应变式扭矩传感器2.1 金属应变计工作原理电阻应变片的工作原理是基于金属的应变效应[4]。
金属丝的电阻随着它所受的机械变形的大小而发生相应的变化的现象称为金属的电阻应变效应。
例如，一段金属丝的电阻R 与丝的长度L ，横截面A 有如下关系：L R Aρ= （2-1）若金属丝受到拉力F 作用伸长，伸长量设为l ∆，横截面积相应减少A ∆，电阻率的变化设为ρ∆，则电阻的相对变化量为：R l A R l A ρρ∆∆∆∆=-+（2-2）又因为对金属丝来说222,2,2A r r rA r A rdr A r rππππ∆∆∆=∆===于是有：2R l r R l r ρρ∆∆∆∆=-+（2-3）由材料力学知，弹性限度内材料的泊松系数为//r rl lμ∆=-∆，则有0(12)R l lK R l l ρμρ∆∆∆∆=++=（2-4）式中0/12/K l l ρρμ∆=++∆为金属丝的灵敏度系数，它越大表明单位应变引起的电阻相对变化越大。
若令llε∆=为金属丝的轴向相对应变，则(12)RR ρρμεε∆∆=++（2-5）从上式可知，灵敏度系数受两个因素影响：一个是受力后材料的几何尺寸的变化，即12μ+；另一个是受力后材料晶格畸变引起电阻率发生的变化及ρρε∆。
对金属材料电阻丝来说，灵敏度系数表达式中12μ+的值要比ρρε∆大得多。
因此在相当的范围内，电阻的相对变化与金属丝的纵向应变ε成正比，也及金属丝有着不错的线性度。
2.2 扭矩测量原理弹性体是扭矩传感器的关键部件，它直接与被测对象接触（例如电机转轴）并引起应变片产生形变。
弹性轴在受到扭转时发生形变（如图），轴上会有应力和应变产生。
其横截面会受到一个剪应力，该剪应力按照直线规律变化，在轴的中心处为零，轴的表面达到最大[4]。
(1)弹性轴横截面剪应力（2）弹性走表面法向张力图2.1 弹性轴横截面与表面手里分析现在从弹性轴的径向表面上取一个单元进行研究，如图，在其与杆轴成45度与135度的斜面上，受到法向应力，此法向应力为主应力，其数值等于横截面上的剪应力τ[4]。
一种应变式双分量(力、扭矩)传感器的研制
图 １ 双分量设计示意图
文 中所设 计 的双 分量 传感器 采用 电阻应 变式
原理 ，当被测物 理量 （ 力、力矩 ）作用 在传 感器
２ ． １圆柱 设 计
（ １ ） １
Ｆ
量 范围和 高的准确度 。 轮辐式结构设计 ，当轮轴处施加扭力矩 Ｍ 后，
许 用应变 ［ ｅ ］下 的应力为 ：
＝
Ｅ・ ｌ 占 Ｉ
（ ２ ）
四根梁产 生弯 曲变形 ，在每根 杆 的中间截 面处只 有剪切 力 ［ 。根据 平衡条件可 以求 得每根杆 中间 截面 的剪切力 Ｑ值为 ：
限元 软 件 Ａ Ｂ Ａ Ｑ Ｕ Ｓ对 传 感 器 弹 性 体 进 行 有 限 元 模 拟 分 析 ， 验 证 结 构 设计 和 贴 片 位 置 选 择 的合 理 性 。 设计 的
传 感 器 通 过 力标 准机 和 扭 矩 检 定 装 置 测 试 ，结 果 表 明 ， 力 值 的 量 程 为 ：Ｏ 一５ ０ Ｏ ｋ Ｎ ，准 确 度 等 级 为 ０ ． Ｏ ８ ％ ； 扭 矩 的 量 程 为 ：Ｏ 一２ ０ ０ Ｏ Ｎ ・ ｍ ， 准确度等级为 ０ ． ０ ７ ％ ；力 值 测 量 和 扭 矩 测 量 之 间 的相 互 耦 合 影 响 小 。
２ ０ １ ５年 第 ３期
质 量 技 术 监 督 研 究
Ｏ ｕａ ｌ ｉ ｔ ｙ ａｎ ｄ Ｔｅ ｃ ｈｎｉ ｃ ａｌ Ｓ ｕ ｐ ｅ ｒｖ ｉ Ｓｉ ｏ ｎ Ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒｃ ｈ
ＮＯ ．３ ．２ Ｏ１ ５
Ｇｅ ｎ ｅ ｒ ａｌ Ｎ Ｏ ． ３ ９
一种二维力_扭矩传感器的设计
类 型 测量范围
扭矩 0. 002～2 N ·m 法向力 0. 2～200 N
分辨力
0. 002 N ·m 0. 2 N
非线性 滞 后 重复性 精 度 ( % FS) ( % FS) ( % FS) ( % FS) 0. 11 0. 22 0. 21 ±0. 41 0. 04 0. 01 0. 05 ±0. 09
弹性体 。这种结构也利用了应力集中 ,在不减弱弹性体刚 度的条件下 ,同样可以测得较大应变 。同时 ,消除了测力的 位置改变对法向力测量的影响 ,符合试验的要求 。弹性体 设计中 ,也利用有限元法对其进行了仿真分析和优化 ,其应 力分布如图 3所示 。
图 3 法向力弹性体应力分布图 F ig 3 Stress d istr ibulion d iagram of ela stic body for
图 2 扭矩弹性体应力分布图 F ig 2 Stress d istr ibution d iagram of ela stic body for torque 最终确定参数 :弹性体半径 R = 0. 01 m ,杆件高度 h = 0. 002 m ,杆件厚度 δ= 0. 005m , 杆件长度 L = 0. 03m。材料 为硬铝合金 ,在应变最大处的对称地粘贴两对电阻应变计 , 组成惠斯登电桥 。
4结论通过用材料力学理论对传感器进行设计用有限元方法进行分析试验方法进行验证得出这种力力矩传感器的性能是可靠的它不但能够消除微小扭杆在测量过程中的不对称加载附加弯矩摩擦力等的影响同时还获得了在02nm作用范围内的0
2006年 第 25卷 第 1期 传感器与微系统 ( Transducer and M icrosystem Technology)
2. Coll of M ech and Elect Eng in, Nan jing Un iversity of Aeronautics and A stronautics, Nan jing 210016, Ch ina; 3. Res Cen ter of Ultra son ic M otors, Nan jing Un iversity of Aeronautics and A stronautics, Nan jing 210016, Ch ina )
应变式扭矩传感器简单设计报告
应变式扭矩传感器简单设计报告一、设计目标本次设计的目标是设计一个简单的应变式扭矩传感器，用于测量旋转系统中的扭矩大小。
传感器应具备以下特点：1.简单实用：设计的传感器应该结构简单且易于制造和使用。
2.高精度：传感器应该具备高精度的扭矩测量能力，误差应尽量减小。
3.广泛适用性：传感器应适用于不同种类的旋转系统，包括小型电机、汽车发动机等。
4.经济实惠：传感器的制造成本应该尽量降低，以提高市场竞争力。
二、设计原理传感器的设计基于应变测量原理，即利用材料在受力后产生的应变来测量力的大小。
在这种设计中，将扭矩作用在一个特定材料上，然后通过测量该材料的应变来推导出扭矩的大小。
三、设计步骤1.材料选择：选择合适的材料作为传感器的基底，应具备耐高温、高强度和良好的弹性恢复性能。
常用的材料有弹簧钢、合金钢等。
2.结构设计：设计一个细长的杆状结构，可通过键槽与扭矩源连接。
杆状结构的一端用于固定，另一端用于连接受力，可通过设计合适的连接口与测试对象连接。
3.应变测量：在杆状结构上安装一对应变片，以测量杆状结构在扭矩作用下发生的应变。
应变片可采用金属薄片，如常用的金属片或金属箔。
4.传感器电路设计：将应变片接入一个电桥电路，用于测量应变片的阻值变化。
通过在电桥电路中接入精密电阻，可得到通过传感器的电流，从而推导出扭矩大小。
5.实时监测与输出：设计一个电压表或模拟输入电压的数据采集器，将传感器输出的电流转化为实际扭矩，并进行实时监测和数据输出。
四、预期效果通过以上设计，预期能够设计出一个简单实用的应变式扭矩传感器，能够准确测量扭矩大小，并输出给用户。
传感器结构简单，易于制造和使用，同时具备高精度和广泛适用性。
制造成本较低，具备较高的市场竞争力。
五、可能遇到的问题与解决方案1.设计材料的选取问题：根据需要选择适合的材料，比如弹簧钢（经济实惠）、合金钢（高强度）等，同时评估材料的性能以确保其满足设计要求。
2.结构设计问题：设计过程中需考虑连接接口、材料选择、结构强度等问题，可以通过借鉴现有的扭矩传感器设计经验来解决。
一种二维测力传感器的设计
一种二维测力传感器的设计中航电测仪器股份有限公司石荣武，白新玉，王晓东，尚宏元，李少龙[摘要]本文针对驾驶员施加在飞机驾驶盘上的纵横向操纵力测量的问题，分析了测力传感器的受力特点，设计了一种二维力传感器弹性体结构、密封防护结构，提出了一系列稳定性控制措施，进行了可靠性方面的设计。
最后，通过测试数据表明该测力传感器能够实现驾驶员操纵力的精准测量。
[关键词]二维力传感器；结构；稳定性；可靠性[中图分类号]TH715.1[文献标识码]B[文章编号]1003-5729(2020)06-0039-09Design of a two-dimensional force sensorArticle abstract:In this paper,aiming at the problem of measuring the vertical and horizontal steering force exerted by the pilot on the pilot disc of the aircraft,the force characteristics of the force sensor are analyzed,a kind of two-dimensional force sensor elastomer structure and sealing protection structure are designed,a series of stability control measures are put forward,and the reliability design is carried out.Finally,the test data show that the force sensor can measure the driver’s control force accurately.Key words:two dimensional force sensor;structure;stability;reliability一、引言电阻应变式测力传感器在国内航空航天应用领域应用方面起步晚，高精度、高稳定性、数字化等定制化应用要求越来越紧迫，应用及研究水平等还不能够完全满足民用航空航天领域的需求。
一种二维测力传感器的设计
图2以确保无“分流力”。
制动装置不允许在约束方向上有任何移动,该装置在整个称重过程中均起作用。
限位(St op )限位器是限定承载器在称重过程中允许移动的范围,并在称重时使承载器能恢复到正确的工作位置,达到保证承载器能准确称重的目的。
通常当车辆进入秤台时,汽车衡使用“碰撞”式限位,限制秤台移动范围。
称重时限位器不再与基础接触,并恢复到称重位置,以避免限位器对称重力的分流,称重时限位器不再起作用。
使用柱式传感器,除需外加传力结构以保证传感器的正确受力外,还要安装合适的限位装置。
双剪切梁式组件,其自身就具有限位和自复位功能,对秤体因受力而产生的形变有自适应能力,能抵抗偏载、侧向和扭力的影响,具有安装简便、稳定性好的特性,且不需要再加装限位装置。
众所周知一个物体有六个自由度,三个平移和三个旋转。
承载器一般被视为二维系统,它具有三个自由度,两个平移和一个旋转,它的限位只需要对这三个自由度进行限位。
在实际中,我们往往会发现很多人希望通过使用四个或者更多的限位器,以期达到“提高”限位效果的做法是错误的,因为按照力学的基本原理,当约束条件超过系统的自由度时,这样的系统称为“超静系统”。
实际上使用过多的限位装置,往往适得其反,会造成附加的干扰力和分流,甚至会被“卡死”,所以一个二维系统只需合理的设置三个限位装置就足够了。
我认为将传感器组件用于汽车衡是比较理想的。
碰撞式和拉杆式限位,不仅对温度变化敏感,且不易调节。
四、汽车衡的检定汽车衡的检定是一件费力、费时、费钱的工作。
除按O I M L R 76国际建议的规定试验外,还应增加分段载荷额定值和集中载荷CTC 值的检定。
由于汽车衡在户外使用,不仅环境恶劣,而且往往还不具备按检定规程要求的条件,所以多年以来不断有人探讨和研究汽车衡的“无砝码检定”。
尤其在中国就曾有很多人提出过不少方法,但我认为由于在理论和实际操作方面还存在原理方面的问题需要探讨,且实际运用中也有不少问题需要解决,特别是现有的方法不能满足汽车衡检定的全部要求,因此“无砝码检定”并未得到广泛的运用和认可。
一种两维度磁弹性测力传感器
专利名称：一种两维度磁弹性测力传感器
专利类型：发明专利
发明人：刘晓蒙,张怀锁,罗明德,卢俞彬,黄晓陆申请号：CN202111240904.8
申请日：20211025
公开号：CN113970399A
公开日：
20220125
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明提供一种两维度磁弹性测力传感器，涉及传感器技术领域。
传感器的主体由尺寸相同的多片磁致伸缩材料层叠构成，主体上形成有四个通孔；通过在第一通孔和第三通孔穿绕导线，形成第一组线圈；通过在第二通孔和第四通孔穿绕导线，形成第二组线圈；第一与第二组线圈正交；第一与第二组线圈中的一者用作励磁线圈，另一者用作测量线圈，通过测量线圈输出的感应电动势的大小及相位，确定主体上受到的力的大小和方向；传感器用于感测沿与X方向垂直的方向施加在主体上的力Fy以及用于感测沿与Y方向垂直的方向施加在主体上的力Fx。
提供了两维度磁弹性测力传感器，相较传统的单维度测力传感器，可以测量两个维度方向的力值，扩展了传感器的用途。
申请人：上海工业自动化仪表研究院有限公司
地址：200233 上海市徐汇区漕宝路103号
国籍：CN
代理机构：苏州所术专利商标代理事务所(普通合伙)
代理人：孙兵
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一种扭力传感器主体及扭力传感器[实用新型专利]
![一种扭力传感器主体及扭力传感器[实用新型专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/d90929b6312b3169a551a4cd.png)
专利名称：一种扭力传感器主体及扭力传感器专利类型：实用新型专利
发明人：张刘晶,赵学堂
申请号：CN201721624597.2
申请日：20171129
公开号：CN207487858U
公开日：
20180612
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型涉及传感器技术领域，提供了一种扭力传感器主体，包括上连接件、下连接件和将部分上连接件和部分下连接件相互连接的梁；上连接件和下连接件之一安装至一固定物，另一连接于施加扭力的物体，使上连接件可相对下连接件扭动且使应变片发生形变，上连接件与梁相接的位置设置有轴向延伸的第一孔槽，下连接件与梁相接的位置设置有轴向延伸的第二孔槽。
本实用新型提供的扭力传感器主体的第一孔槽和第二孔槽的深度和宽度可根据所要测量的扭力的量程大小进行切割，其适用性强。
本实用新型还提供一种扭力传感器，包括上述的扭力传感器主体和应变片；应变片固定设置在梁上，并随梁受力而改变电阻值。
申请人：精量电子(深圳)有限公司
地址：518107 广东省深圳市南山区高新技术园北区朗山路26号(精量电子亚洲总部大楼)
国籍：CN
代理机构：深圳中一专利商标事务所
代理人：官建红
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(1)
4R 2
式中 M 为施加的扭矩 , N ·m; R 为弹性体半径 , m; l为杆
长 , m; m 为弯矩 , N ·m。
粘贴电阻应变计处的应变为
M ( l - a) 3M ( l - a)
ε = 4R 2 EW
=
2 2 ERδh2
,
(2)
式中 a为粘贴应变计处与杆端的距离 , m; E 为材料的弹
性模量 , M Pa; W 为杆件的截面参数 , m3;δ为杆件的厚度 ,
m; h为杆件的高度 , m。
同时 ,利用有限元软件 [5 ] , 对弹性元件的扭矩 M 、不同
结构参数 、应力之间线性关系进行了仿真分析和优化 ,其应
力分布如图 2所示 。
这个问题 。 本文中 ,法向力的测量采用与其类似的双孔平行梁式
首先 ,可以利用材料力学理论对弹性体进行简化分析 。 当弹性体受到扭力矩 M 后 ,一板两杆弯曲 ,这时 ,可以将一
板简化为两杆 , 这样 , 每根杆端的受力为 M , 弯矩为 m , 可 4R
以通过材料力学中解超静定杆的方法 , 并利用杆件左端的 转角等于零的条件 ,求解出杆端的弯矩为
m =M · l ,
2006年 第 25卷 第 1期 传感器与微系统 ( Transducer and M icrosystem Technology)
63
一种二维力 /扭矩传感器的设计 3
沈 辉 1, 2 , 吉爱红 1, 2 , 颜化冰 1, 2 , 黄卫清 3 , 戴振东 1, 2
(1. 南京航空航天大学 仿生结构与材料防护研究所 ,江苏 南京 210016; 2. 南京航空航天大学 机电学院 ,江苏 南京 210016;
64 传 感 器体的设计核心 。 原则是保证足够的轴向刚度的前提下 ,又能获得大的测量 范围和高的测量准确度 ,即在测量范围内 ,保证测量准确度 的前提下有良好的线性度 。
0 引 言 超声电机是一种基于压电陶瓷逆压电效应和超声振动
的新型电机 。目前 ,超声电机已广泛应用于照相机及摄像 机的自动调焦系统 ,在精密仪器以及航空航天领域也有许 多应用 [1 ] 。超声电机是通过摩擦驱动的 ,其定子 、转子摩 擦系数和适当的预压力对其输出扭矩和使用寿命有直接影 响 [2 ] ,因此 ,准确的扭矩和法向力 (预压力 )的测量显得格 外重要 ,这就需要研制专用的力传感器对其进行准确测量 。 本文针对试验要求设计了一种力传感器 ,它可以测量最大 量程为 2 N ·m 的扭矩 ,分辨力达到 0. 002 N ·m ,同时 ,可 以测量最大量程为 200N 的法向力 ,分辨力达到 0. 2 N。 1 结构设计
4 结 论 通过用材料力学理论对传感器进行设计 ,用有限元方
法进行分析 ,试验方法进行验证 ,得出这种力 /力矩传感器 的性能是可靠的 ,它不但能够消除微小扭杆在测量过程中 的不对称加载 、附加弯矩 、摩擦力等的影响 ,同时 ,还获得了 在 0～2 N ·m 作用范围内的 0. 002 N ·m 的分辨力 ,满足了 超声电机的摩擦力 /力矩的测量要求 。 参考文献 : [ 1 ] 赵淳生. 世界超声电机技术的新进展 [ J ]. 振动 、测试与诊断 ,
2003, 24 ( 1) : 1 - 5. [ 2 ] 孙合明 ,郭 辉. 纵扭复合型超声电机预压力和输出扭矩的
关系 [ J ]. 摩擦学学报 , 2001, 21 (1) : 51 - 54. [ 3 ] 陶宝祺 ,王 妮. 电阻应变式传感器 [M ]. 北京 : 国防工业出
版社 , 1993. 92 - 148. [ 4 ] 万德安 ,章阳宁. 一种新型扭矩传感器的研制 [ J ]. 传感器技
弹性体设计是力 /力矩传感器设计的关键 。在保证一 定刚度的前提下 ,应尽量提高弹性体的灵敏度 。试验要求 法向力和扭矩独立测量 ,为了将维间耦合影响尽量减少 ,分
别设计了测量扭矩的弹性体和测量法向力的弹性体 。 1. 1 扭矩弹性体设计
通常的薄壁圆筒型弹性体虽然有较好的刚度 ,但其测 量小量程扭矩的灵敏度较低 。本文采用的是一板两杆式结 构 [3 ] ,如图 1所示 。这样 ,可以把扭矩的测量转换为弯矩的 测量 ,从而可以获得较大的应变 。同时 ,这种结构也减少了 在竖直方向上力对其主应变的影响 ,维间耦合小 。
图 6 标定结果曲线 F ig 6 Curve of ca libra tion result 在图 6中 ,利用最小二乘法对数据进行了拟合 ,数据曲 线上面的拟合公式为加载拟合公式 ,下面拟合公式为减载 拟合公式 。 同时 ,对传感器的维间耦合也作了测试 。当扭矩弹性 体受到 200N 法向力 (即图 5中 Z 向 )的作用时 ,耦合影响 小于 0. 084 %。当法向力弹性体受到 2 N ·m 扭矩的作用 时 ,耦合影响小于 0. 13 %。另外 ,当扭矩弹性体分别受到 图 5中 X 方 向 和 Y 方 向 各 50 N 力 , 耦 合 影 响 分别 小 于 0. 9 %和 0. 6 % ,这一方面表明了扭矩传感器对空间 3个方 向上的力不敏感 ,另一方面 ,也证明了图 5的扭矩加载方法 的可靠 。
图 2 扭矩弹性体应力分布图 F ig 2 Stress d istr ibution d iagram of ela stic body for torque 最终确定参数 :弹性体半径 R = 0. 01 m ,杆件高度 h = 0. 002 m ,杆件厚度 δ= 0. 005m , 杆件长度 L = 0. 03m。材料 为硬铝合金 ,在应变最大处的对称地粘贴两对电阻应变计 , 组成惠斯登电桥 。
Abstract: A imed at special demands for measuring the friction force / torque of the stator and rotor in a rotational traveling wave ultrasonic motor, the elastic body of two2component sensor is op tim ized with finite element method. One dimension of the sensor measures mormal force, another measures torque. Its measurement range for normal force is 0～200N with 0. 09 % accuracy and measurement range for torque is 0～2N ·m w ith 0. 41 % accuracy. It can meet the experimental demands. Key words: force sensor; torque; ultrasonic motor; measurement; finite element method
弹性体 。这种结构也利用了应力集中 ,在不减弱弹性体刚 度的条件下 ,同样可以测得较大应变 。同时 ,消除了测力的 位置改变对法向力测量的影响 ,符合试验的要求 。弹性体 设计中 ,也利用有限元法对其进行了仿真分析和优化 ,其应 力分布如图 3所示 。
图 3 法向力弹性体应力分布图 F ig 3 Stress d istr ibulion d iagram of ela stic body for
类 型 测量范围
扭矩 0. 002～2 N ·m 法向力 0. 2～200 N
分辨力
0. 002 N ·m 0. 2 N
非线性 滞 后 重复性 精 度 ( % FS) ( % FS) ( % FS) ( % FS) 0. 11 0. 22 0. 21 ±0. 41 0. 04 0. 01 0. 05 ±0. 09
D esign of 2 d im en siona l force / torque sen sor
SHEN Hui1, 2 , J I A i2hong1, 2 , YAN Hua2bing1, 2 , HUAN G W ei2qing3 , DA I Zhen2dong1, 2
( 1. In st of B io2in sp ired Structure and Surface Eng in, Nan jing Un iversity of Aeronautics and A stronautics, Nan jing 210016, Ch ina;
图 1 测扭矩的弹性体示意图 F ig 1 Schema tic d iagram of ela stic body for torque m ea surem en t
收稿日期 : 2005 - 06 - 21 3 基金项目 :国家自然科学基金资助项目 (50235010) ;国家 863计划资助项目 (2002AA423230)
术 , 2003, 22 ( 11) : 27 - 28. [ 5 ] 刘 涛 ,杨凤鹏. 精通 ANSYS [M ]. 北京 : 清华大学出版社 ,
1. 2 法向力弹性体设计 商业化的一维力传感器一般不仅对所测方向灵敏度较
高 ,而对其他方向的力也敏感 ,即其他方向的力和力矩对其 主应变也有影响 。而这一点应该尽量避免 ,日本学者 Koyu Abe[6 ]提出了一种 H型结构的平行梁结构 ,很好地解决了
图 4 检测电路示意图 F ig 4 Schema tic d iagram of detecting c ircu it 3 传感器的标定 扭矩传感器标定如图 5所示 ,所施加力的方向平行于 所贴电阻应变计的平面 ,这样 ,电阻应变计测量的应变就是 纯扭矩所产生的 [7 ] 。经过多次加载试验测试 ,获得结果如 图 6和表 1所示 。
3. 南京航空航天大学 超声电机研究中心 ,江苏 南京 210016)
摘 要 : 针对用于测试旋转型行波超声电机工作状态下定子 、转子摩擦力 /力矩的特殊要求 ,并利用有限 元法对传感器进行了结构优化 ,设计了组合式二维传感器 ,该传感器的一维测量法向正压力 ;另一维测量 扭矩 。法向力的量程为 0～200N ,准确度为 0. 09 % ;扭矩的量程为 0～2N ·m , 准确度为 0. 41 %。满足了 试验要求 。 关键词 : 力传感器 ; 扭矩 ; 超声电机 ; 测量 ; 有限元法 中图分类号 : TP212 文献标识码 : A 文章编号 : 1000 - 9787 (2006) 01 - 0063 - 03