CN100468018C - 一种开口式抗偏心加载的三弹性柱载荷传感器 - Google Patents

一种开口式抗偏心加载的三弹性柱载荷传感器 Download PDF

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Abstract

一种开口式抗偏心加载的三弹性柱载荷传感器,在开口式下承载板上连接三根完全相同的弹性柱,内置的放大电路板与三根弹性柱相连,下承载板的侧面连接曲线型壳体和盖板,三弹性柱的上端连接上承载板,弹性柱中段的正反面均粘贴有二片应变计和接线端子,应变计的引脚与接线端子一一对应连接,接线端子经导线连接到放大电路板,本发明采用开口式低矮结构,通过内置在载荷传感器中的放大电路板实现三弹性柱的应变信号累加,即使载荷偏心也不会影响测量精度,放大电路板把累加的应变信号放大后得到精确的载荷信号,并转化为二线制电流信号作远距离传输。

Description

一种开口式抗偏心加载的三弹性柱载荷传繊
技术领域
本发明涉及一种载荷传自,具#^及一种开口式抗偏心加载的三弹性
柱载荷传麟。
背景技术
载荷传«§是工业现场测量和皿技术中,泛^的传自,通常它 需要駄到被测结构中才能实现载荷的传递和测量。对于工业5鹏大量j顿 的杆件结构,通常舰空心圆柱式传繊实舰杆件轴向载荷的测量,纖 需要开放被测杆件的一端,套入空心圆柱式传,并重自接被测杆件后才
能测量,难点是:1、安装困难,在工业现场卸开被测结构往往代价很大;2、 加载点的位置纟«控制,传自通常工作于偏心加载状态,为了使传感器中 空心圆柱体的应变测量位置有均匀的轴向力分布,圆柱筒的轴向尺寸必须 足够大,否则无法实现精确测量,而大尺寸传麟可能在工业现场根本无法 安装。世界各国油田的抽油机井正是如上所述的工业现场,illh2006年底, 仅我国就有近20万口抽油机井,均需要对地面抽油杆的载繊行测量,甚
至需要连续监测,以获取油ax况,息,是实现高皿油和油#^息化监
控的必,施。由于抽油机井工作环境非常恶劣,作为长期监测用的载荷传 麟,现在普遍采用的空心圆柱式传麟的现场安顯一常困难,而且当载荷 严重偏心时该传«1的测量精度无^^证。 发明内容
本发明的目的在于克月,现有技术的缺点,,了安装方便,并會辦 保证测量精度的开口式抗偏心加载的三弹性柱载荷传自。
为达到Jd悉目的,本发明采用的技术方案是:包括开口式下承压板,其
特征在于:下承压fel:设置有三根完全相同的第一弹性柱、第二弹性柱和第
三弹性柱,放大电路板垂直固定在下承压板上,下承压板的侧面设置有曲线
型壳体和带有固定插座的盖板,三根弹性柱的上端设置有±#:^^,三根弹 性柱中段的正、反面均粘贴有正面第一应变计、反面第一应变计、正面第二 应变计、反面第二应变计和正、反面接线端子,正面第一应变计和反面第一 应变计的敏«与弹性柱轴向平行,正面第二应变计和反面第二应变计的敏 感栅与弹性柱轴向垂直,三根弹性柱的正面第一应变计的两个弓l脚和正面第 二应变计的两个弓脚分别与正面接线端子一一对应连接,三根弹性柱的反面 第一应变计的两个弓l脚和反面第二应变计的两个弓l脚分别与反面接线端子 一一对皿接,各弹性柱正、反面的接线端子通过导线与放大电路板相连接; 所说的放大电路板包括与三根弹性柱正、反面接线端子相连接的应变累加全 桥电路,应变累加全桥电路还与调整载荷为零时应变累加全桥电路初始输出 电压的零点调节电路相连接,应变累加全桥电路的输出端与差动放大电路相 连接,差动放大电路放大后的电压信号输入电ffi/电流转换电路,防反接电桥 电路与电Ji/电流转换电路相连接,防反接电桥电路为电腺电流转换电鹏 电,同时电ii/电流转换电路的输出与载荷成比例的电流信号到防反接电桥电 路作H^制繊离传输。
本发明的弹性概用高3贼锰钢制成;开口式下承压板上位于安装弹性 柱的位置处设置有定位槽;第一弹性柱、第二弹性柱和第三弹性柱在下承压 板上呈等脏角形分布;上承,与曲线型壳体及盖粒间设置有间隙;三 根弹性柱的底部均设置有定位销。
本发明的每片应变计均有二个信号引出脚,三根弹性柱正、反面的十二 片应变计共二十四个弓l脚通过各自的接线端子用导线一一连接到放大电路 板的应变累加全桥电路,正面第一应变计组,一个桥臂,反面第二应变计 组麟二个桥臂,反面第一应变计M^三个桥臂,正面第二应变计组麟
四个桥臂,十二片应变计依次串联,第一弹性柱的正面第二应变计和正面第
一应变i"Hia形成闭环,第一弹性柱的正面第二应变计和正面第一应变计的 接点连^c表放大器Ul的正相输入端,第三弹性柱的反面第二应变计和反 面第一应变计的接点连接仪表放大器Ul的反相输入端并连接零点调节电路
的第一金属膜电阻R1的一端,第一金属膜电阻R1的另一端接第一精密多圈
电位器pi的中间调节端,第三弹性柱的正面第一应变计和第一弹性柱的正 面第一应变计的接点连接第一精密多圈电位器pi的一端并连接电ii/电流转
换器U2的第一引抓电应电流转换器U2的第一引脚il^桥路的、Wj电压,
第一精密多圈电位器Pl的另一,接第一弹性柱的反面第一应变计和第三
弹性柱的正面第二应变计的接点并连接电ffi/电流转换器U2的第三弓脚和仪 表放大器U1的第四、第五引脚,仪表放大器U1的第一引脚接第:i^密电 位器P2的一端并与中间调节端短路,第』密电位器P2的另一端接仪表放 大器U1的第八引脚,仪表放大器U1的正电源第七引脚接电JS/电流转换器 U2的稳压输出第八引脚,仪表放大器U1的输出端第六引脚接第二金属膜电 阻R2的一端,第二金属膜电阻R2的另一端接电ffi/电流转换器U2的输入端 第二引脚,四个开关型第一二级管D1、第二二极管D2、第三二极管D3和 第四二极管D4 ,防止信号反接的二级管全桥电路,第一二级管Dl和第 二二极管D2的正极相连并连接无极性电容C1的一端和电ffi/电流转换器U2 的电流信号输出端第四引脚,无极性电容C1的另一端与第三二级管D3的负 极和第四二极管D4的负极相接并连接电ffi/电流转换器U2的输入电源端第 七弓胸并与NPN型三极管Ql的集电极相连,电应电流转换器U2的第五、 第六引脚分别接三极管Q1的皿极和基极,第一二级管D1的负极接第四 二极管D4的正极并连^t座Jl的供电端V+,第二二级管D2的负极接第三 二极管D3的正极并连^l座Jl的信号输出端OUT,插座Jl的供电端V+ 和信号输出端OUT允许互换,实现了防反接的功能。本发明采用开口式低矮结构,传感元件为三根敝的弹性柱,每根弹性 柱的中段有对称的二个平面,二个平面的对应位置上分别粘贴应变计,m 内置在载荷传繊中的放大电路板实1H弹性柱的应变信号累加,即使载荷 偏心也不会影响测量精度,放大电路板把累加的应变信号放大后得到精确的 载荷信号,并转化为二线制电流信号作^离传输。
附图说明
图1为本发明的辦结构原理图; 图2为本发明的弹性柱正反面结构图; 图3是本发明放大电路功能框图; 图4是本发明放大电路原理图。 具体实施方式
下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作进一步详细说明。 参照图1,本发明包括开口式下承压板1,在下承載阪1上设置有三根 完全相同的高^g锰钢弹性柱2、 4和6并在每根弹性柱的安m置设置定 位槽3,三弹性柱2、 4和6在下承载板1上成等iiH角形分布,放大电路板 5垂直固定在下承载板1上,下承载板1的侧面连接曲线型壳体7和带有固 定插座9的盖板8,三弹性柱2、 4和6的上g接Jl^C 10,因弹性柱2、 4和6承g会有微小变形,,载板10与曲线型壳体7及盖板8之间留有 微小间隙。
参照图2,本发明的弹性柱(2、 4、 6)的底部均设置有定位销11,由 于本发明的三根弹性柱完全相同,在第一弹性柱2中段的正面粘贴有正面第 一应变计12、正面第二应变计13和正面接线端子16,正面第一应变计12 的敏自与弹性柱2轴向平行,正面第二应变计13的敏»与弹性柱2轴 向垂直,正面第一应变计12和正面第二应变计13的四个引脚与接线端子16 一一对離接,接线端子16再用铜质导线连接到放大电路板5上,第一弹
性柱2中段的反面粘贴了与正面相同的另一组反面第一应变计14、反面第二 应变计15和反面接线端子17,连接方法与正面完全相同,另外二根弹性柱 4、 6采用和弹性柱2完全相同的处理M。
参照图3,放大电路板5包括与三根弹性柱(2、 4、 6)正、反面接线端 子(16、 17)相连接的应变累加全桥电路(26),应变累加全桥电路(26) 还与调整载荷为零时应变累加全桥电路(26)初始输出电压的零点调节电路 (27)相连接,应变累加全桥电路(26)的输出端与差动放大电路(28)相 连接,差动放大电路(28)放大后的电压信号输入电腺电流转换电路(29), 防反接电桥电路(30)与电JE/电流转换电路(29)相连接,防反接电桥电路 为电腺电流转换电路(29)供电,同时电ii/电流转换电路29的输出与载荷 成比例的电流信号到防反接电桥电路(30)作二线制鄉B离传输。
参照图5,所说的每片应变计均有二个信号引出脚,三根弹性柱(2、 4、 6)正、反面的十二片应变计共二十四个引脚通过各自的接线端子用导线一 一连接到放大电路板5的应变累加全桥电路26,正面第一应变计(12、 18、
22) 组成第一个桥臂,反面第二应变计(15、 21、 25) ^m二个桥臂,反 面第一应变计(14、 20、 24)组麟三个桥臂,正面第二应变计(13、 19、
23) 组麟四个桥臂,十二片应变计依次串联,第一弹性柱2的正面第二应 变计13和正面第一应变计12 «形成闭环,第一弹性柱2的正面第二应变 计13和正面第一应变计12的接点连接仪表放大器U1的正相输入端,第三 弹性柱的反面第二应变计25和反面第一应变计24的接点连m表放大器 Ul的反相输入端并连接零点调节电路27的第一金属膜电阻Rl的一端,第 —金属膜电阻R1的另一端接第一精密多圈电位器P1的中间调节端,第三弹 性柱6的正面第一应变计22和第一弹性柱2的正面第一应变计15的接点连 接第一精密多圈电位器P1的一端并连接电ffi/电流转换器U2的第一引脚, 电腺电流转换器U2的第一引脚JI^桥路的鹏电压,第一精密多圈电位器Pl的另一^3i接第一弹性柱2的反面第一应变计14和第三弹性柱6的正面 第二应变计23的接点并连接电腺电流,器U2的第三引脚和仪表放大器 Ul的第四、第五引脚,仪表放大器U1的第一引脚接第,密电位器P2的 一端并与中间调节端短路,第1密电位器P2的另一端m表放大器Ul的 第八引脚,仪表放大器U1的正电源第七引脚接电Jl/电流转换器U2的稳压 输出第八引脚,仪表放大器U1的输出端第六引脚接第二金属膜电阻R2的一 端,第二金属膜电阻R2的另一端接电ffi/电流转换器U2的输入端第二引抓 四个开关型第一二级管D1、第二二极管D2、第三二极管D3和第四二极管 D4 ,防止信号反接的二级管全桥电路,第一二级管Dl和第二二极管D2 的正极相连并ai接无极性电容Cl的一端和电ffi/电流转换器U2的电流信号 输出端第四引脚,无极性电容C1的另一端与第三二级管D3的负极和第四二 极管D4的负极相接并连接电腺电流转换器U2的输入电源端第七引脚并与 NPN型三极管Ql的集电极相连,电ffi/电流转换器U2的第五、第六引脚分 别接三极管Q1的皿极和基极,第一二级管D1的负极接第四二极管D4的 正极并连«座Jl的供电端V+,第二二级管D2的负极接第三二极管D3 的正极并连^^座J1的信号输出端OUT,插座Jl的供电端V+和信号输出 端OUT允许互换,实现了防反接的功能。
本发明的工作过程如下,对于杆件的拉-拉载荷测量,例如抽油机的地 面光«荷,被测载荷施加在本发明的下承载板1上,该载荷MH根弹性 柱传递到上承载板10,上承载板10 M固定在杆件上的卡具把载荷传递给 杆件,杆件穿过本发明的开口处,开口式结构不需要卸掉固定在杆件上的卡 具。对于压-压载荷测量,被测载荷施加在本发明的擅载板10上,该载荷 iMH根弹性柱传递到下承繊1,然后施力倒被测构件上。三根弹性柱的 应变之和与载荷成线性关系,测量累加的应变信号即可得到载荷。
本发明細开口式低矮结构,传感元件为三根多拉的弹性柱,三弹性柱
为等边三角形分布,每根弹性柱中段的二个平面上对应位置分别粘贴应变
计,通过内置在传麟中的放大电路板实iia弹性柱的应变信号累加,即使 载荷偏心也不会影响测量精度,放大电路板把累加的应变信号放大后得到精 确的载荷信号,并转化为二线制电流信号作鄉巨离传输。本发^^适合较大载
荷的测量,例如载荷量程0^0kN,改变弹性柱的截面尺寸即可实现不同的
量程。本发明不,用于实验室使用,ss用于工业现场恶劣环境下的长时 间连续测量,开口式结构为现场安装带来便利。

Claims (7)

1. 一种开口式抗偏心加载的三弹性柱载荷传感器,包括开口式下承压板(1),其特征在于:下承压板(1)上设置有三根完全相同的第一弹性柱(2)、第二弹性柱(4)和第三弹性柱(6),放大电路板(5)垂直固定在下承压板(1)上,下承压板(1)的侧面设置有曲线型壳体(7)和带有固定插座(9)的盖板(8),三根弹性柱(2、4、6)的上端设置有上承载板(10),三根弹性柱(2、4、6)中段的正、反面均粘贴有正面第一应变计(12、18、22)、反面第一应变计(14、20、24)、正面第二应变计(13、19、23)、反面第二应变计(15、21、25)和正、反面接线端子(16、17),正面第一应变计(12、18、22)和反面第一应变计(14、20、24)的敏感栅与弹性柱轴向平行,正面第二应变计(13、19、23)和反面第二应变计(15、21、25)的敏感栅与弹性柱轴向垂直,三根弹性柱(2、4、6)的正面第一应变计(12、18、22)的两个引脚和正面第二应变计(13、19、23)的两个引脚分别与正面接线端子(16)一一对应连接,三根弹性柱(2、4、6)的反面第一应变计(14、20、24)的两个引脚和反面第二应变计(15、21、25)的两个引脚分别与反面接线端子(17)一一对应连接,各弹性柱正、反面的接线端子(16、17)通过导线与放大电路板(5)相连接;所说的放大电路板(5)包括与三根弹性柱(2、4、6)正、反面接线端子(16、17)相连接的应变累加全桥电路(26),应变累加全桥电路(26)还与调整载荷为零时应变累加全桥电路(26)初始输出电压的零点调节电路(27)相连接,应变累加全桥电路(26)的输出端与差动放大电路(28)相连接,差动放大电路(28)放大后的电压信号输入电压/电流转换电路(29),防反接电桥电路(30)与电压/电流转换电路(29)相连接,防反接电桥电路为电压/电流转换电路(29)供电,同时电压/电流转换电路(29)的输出与载荷成比例的电流信号到防反接电桥电路(30)作二线制远距离传输。
2、 根据权利要求1所述的开口式抗偏心加载的三弹性柱载荷传感器,其特征在于:所说的弹性賊用高鹏锰钢制成。
3、 根据权利要求1所述的开口式抗偏心加载的三弹性柱载荷传繊, 其特征在于:所说的开口式下承压板(1)上位于安装弹性柱的位置处设置 有定位槽(3)。
4、 根据权利要求1所述的开口式抗偏心加载的三弹性柱载荷传感器, 其特征在于:所说的第一弹性柱(2)、第二弹性柱(4)和第三弹性柱(6) 在下承压板(1)上呈等iiH角形分布。
5、 根据权利要求1戶舰的开口式抗偏心力喊的三弹性柱载荷传離, 其特征在于:所说的上承载板(10)与曲线型壳体(7)及盖板(8)之间设 置有间隙。
6、 根据权利要求1所述的开口式抗偏心加载的三弹性柱载荷传感器, 其特征在于:所说的三根弹性柱的底部均设置有定位销(11)。
7、 根据权利要求1戶脱的开口式抗偏心力喊的三弹性柱载荷传繊, 其特征在于:所说的每片应变计均有二个信号弓l出脚,三根弹性柱(2、 4、 6)正、反面的十二片应变计共二十四个引脚通过各自的接线端子用导线一 一连接到放大电路板(5)的应变累加全桥电路(26),正面第一应变计(12、 18、 22)组麟一个桥臂,反面第二应变计(15、 21、 25)组麟二个桥臂, 反面第一应变计(14、 20、 24)组麟三个桥臂,正面第二iS变计(13、 19、 23)组成第四个桥臂,十二片应变计依次串联,第一弹性柱(2)的正面第 二应变计(13)和正面第一应变计(12)连通形成闭环,第一弹性柱(2) 的正面第二应变计(13)和正面第一应变计(12)的接点连接仪表放大器(Ul) 的正相输入端,第三弹性柱的反面第二应变计(25)和反面第一应变计(24) 的接点连接仪表放大器(Ul)的反相输入端并连接零点调节电路(27)的第 一金属膜电阻(Rl)的一端,第一金属膜电阻(Rl)的另一端接第一精密多 圈电位器(Pl)的中间调节端,第三弹性柱(6)的正面第一应变计(22) 和第一弹性柱(2)的正面第一应变计(15)的接点连接第一精密多圈电位 器(Pl)的一端并连接电il/电流转换器(U2)的第一引脚,电ffi/电流转换 器(U2)的第一引脚提供桥路的激励电压,第一精密多圈电位器(Pl)的另 一,接第一弹性柱(2)的反面第一应变计(14)和第三弹性柱(6)的正 面第二应变计(23)的接点并连接电应电流转换器(U2)的第三引脚和仪 表放大器(Ul)的第四、第五引脚,仪表放大器(Ul)的第一引脚接第二 精密电位器(P2)的一端并与中间调节端短路,第1密电位器(P2)的另 一端接仪表放大器(Ul)的第八引脚,仪表放大器(Ul)的正电源第七引 脚接电应电流转换器(U2)的稳压输出第八引脚,仪表放大器(Ul)的输 出端第六引脚接第二金属膜电阻(R2)的一端,第二金属膜电阻(R2)的另 一端接电J5/电流转换器(U2)的输入端第二引脚,四个开关型第一二级管 (Dl)、第二二极管(D2)、第三二极管(D3)和第四二极管(D4)组成防 止信号反接的二级管全桥电路,第一二级管(Dl)和第二二极管(D2)的 正极相连并连接无极性电容(Cl)的一端和电J5/电流转换器(U2)的电流 信号输出端第四引脚,无极性电容(Cl)的另一端与第三二级管(D3)的负 极和第四二极管(D4)的负极相接并连接电ffi/电流转换器(U2)的输入电 源端第七弓胸并与NPN型三极管(Q1 )的集电极相连,电ffi/电流转换器(U2) 的第五、第六弓胸分别接三极管(Ql)的鄉极和繊,第一二级管(Dl) 的负极接第四二极管(D4)的正极并连,座(Jl)的供电端V+,第二二 级管(D2)的负极接第三二极管(D3)的正极并连,座(Jl)的信号输出 端(OUT),插座(Jl)的供电端(V+)和信号输出端(OUT)允许互换, 实现了防反接的功能。
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