CN101476928B - 起重计量用位移-电感式载荷传感器 - Google Patents

Abstract

一种起重计量用位移-电感式载荷传感器，含壳体(8)、电路板(2)等，隔离板(6)固定安装在壳体(8)中并将壳体(8)的内腔分隔成上下两部分，电路板(2)安装在壳体(8)的上腔中，而壳体(8)的下腔中安装有压轴(9)、大弹簧(7)和传感轴(24)，其特征是所述的传感轴(24)包括套管(19)、导向杆(14)、磁芯(15)、小弹簧(13)、线圈架(23)、初级线圈(17)、上次级线圈(16)、下次级线圈(18)，套管(19)的上端与隔离板(6)相连，压轴(9)套装在套管(19)上，大弹簧(7)套装在压轴(9)上，大弹簧(7)的一端与壳体(8)的内腔端壁相抵，另一端与压轴(9)上端的台阶面相抵，压轴(9)的下端伸出壳体(8)外并与拉支座(11)相连。本发明具有测量精度高、结构紧凑、耗电低、转换线路板内藏、抗撞击的优点。

Description

起重计量用位移-电感式载荷传感器

技术领域

本发明涉及一种传感器，尤其是一种能实时测量起重量的重量传感器，具体地说是一种起重计量用位移-电感式载荷传感器。

背景技术

众所周知，在起重设备起吊重物时，常常依靠开关型起重量限制器进行安全保护，当起吊重重量超过起重设备的额定起重量时，起重量限制器切断电路停止起吊，而起吊过程中不知起重量的准确数值。有时使用造价昂贵的电子秤称量起吊重量，如每台配置，则开支昂贵，且电子秤不能适应各种建设工地脏、湿、乱、差的环境，易损坏；亦有使用电子式拉力传感器的，但其需要在传感器旁设置一套电子信号放大、转换设备，既需要向电子传感器提供工作电源，又要将电子传感器的输出信号进行放大，确保远程传输后信号不致衰减至过弱，导致测量系统结构复杂，且电子设备也不能承受建设工地的恶劣环境，工作可靠性过低。

发明内容

本发明的目的是针对建筑工地起吊过程中重量控制和显示难的问题，设计一种机电集成度高、结构简单、体积小、价格适中、可在建筑工地恶劣环境下工作的起重计量用位移-电感式载荷传感器。

本发明的技术方案是：

一种起重计量用位移-电感式载荷传感器，包括壳体8、电路板2、拉支座11和隔离板6等，隔离板6固定安装在壳体8中并将壳体8的内腔分隔成上下两部分，电路板2安装在壳体8的上腔中，而壳体8的下腔中安装有压轴9、大弹簧7和传感轴24，其特征是所述的传感轴24包括套管19、伸缩顶杆20、磁芯15、导向杆14、小弹簧13、线圈架23、上次级线圈16、初级线圈17、下次级线圈18，上端盖12与隔离板6相连，导向杆14、磁芯15、伸缩顶杆20安装在线圈架23内，弹簧13安装在导向杆14的上端，伸缩顶杆20的下端伸出导向端盖22，伸缩顶杆20与安装在压轴9下端面上的调节螺钉10相抵，磁芯15嵌装在导向杆14、伸缩顶杆20上，线圈架23套装在导向杆14、磁芯15、伸缩顶杆20外并定位在套管19中，上次级线圈16、初级线圈17、下次级线圈18缠绕在线圈架23内对应的线槽中；压轴9套装在套管22外，大弹簧7套装在压轴9外，大弹簧7的下端支顶在壳体8的内腔端壁上，上端顶撑在压轴9台阶面的下端面上，压轴9的下端伸出壳体8以螺纹与拉支座11相连。

所述的壳体8的上端通过螺纹连接上盖1，上盖1上连接有起重吊耳。

所述的套管19的上端通过螺纹端盖12与隔离板6以螺纹连接，螺纹端盖12通过螺钉21与套管19相连。

所述的套管19的下端上安装有导向端盖22，两者之间通过螺钉21相连，伸缩顶杆20的下端伸出导向端盖22与调节螺钉10相抵。

所述的线圈架23上设有三个线槽，所述的初级线圈17的缠绕在中间线槽内，上次级线圈16和下次级线圈18的导线旋向相反，且上次级线圈16和下次级线圈18的进线端相连。

所述在电路板2与隔离板6之间安装有绝缘垫圈5。

所述的大弹簧7为碟形弹簧，小弹簧13为螺旋弹簧。

本发明的有益效果：

本发明可将起重时吊钩承受的实时拉力转化为磁芯的线形位移，线圈组将位移量线形转换为一定强度的电感信号输出，供单板机等专用仪器显示、分析、发出指令。当吊重重量正常时，仪器可显示起吊重量，当吊重超过起重设备的额定起重量时，仪器可向起重设备发出指令切断电路停止起吊，起安全保护作用，因此具有安装可靠，线性好、计量准确的优点。

本发明将电子信号放大转换线路板设置在传感器内部，实现了机电集成一体化，具有较强的屏蔽措施，抗干扰能力强，并可适应建设工地脏、湿、乱、差的环境

本发明结构简单、成本低廉、工作可靠性高。同时具有测量精度高、结构紧凑、耗电低、转换线路板内藏、抗撞击的优点。

附图说明

图1是本发明的传感器的结构示意图。

图2是本发明的传感轴的结构示意图。

图3是本发明工作于空载状态时的结构示意图。

图4是本发明工作于满载状态时的结构示意图。

图中：1、上盖，2、电路板，3、螺栓，4、压圈，5、垫圈，6、隔离板，7、大弹簧，8、壳体，9、压轴，10、调节螺钉，11、拉支座，12、螺纹端盖，13、小弹簧，14、导向杆，15、磁芯，16、上次级线圈，17、初级线圈，18、下次级线圈，19、套管，20、伸缩顶杆，21、螺钉，22、导向端盖，23、线圈架，24、传感轴，出线衬环25。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

如图1、2所示。

一种起重计量用位移-电感式载荷传感器，壳体8、电路板2、拉支座11和隔离板6，隔离板6通过螺栓3固定安装在壳体8中并将壳体8的内腔分隔成上下两部分，电路板2安装在壳体8的上腔中、隔离板6的上部，两者之间安装有绝缘用的垫圈5，而壳体8的下腔中安装有压轴9、大弹簧7(由两个碟形弹簧相对安装而成)和传感轴24，所述的传感轴24包括套管19、导向杆14、磁芯15、小弹簧13、线圈架23、上次级线圈16、初级线圈17、下次级线圈18，如图2所示，套管19的上端安装有螺纹端盖12，螺纹端盖12通过固定螺钉21与套管19的上端相连，螺纹端盖12旋装在隔离板6上，导向杆14安装在套管19中，小弹簧13(可采用螺纹弹簧)安装在导向杆14的上端，其上端与螺纹端盖12的内底面相抵，其下端与导向杆14上的台阶面或类似的凸台、挡板相连，导向杆14的下端连接有一端伸出套管19的伸缩顶杆20，伸缩顶杆20与安装在压轴9下端面上的调节螺钉10相抵，套管19的下端安装一个导向端盖22，伸缩顶杆20从导向端盖22上的导向孔中伸出套管19，而导向端盖22可通过固定螺钉21与套管19相连。磁芯15嵌装在导向杆14上，线圈架23套装在导向杆14上嵌装有磁芯15的位置并定位在套管19中不能移动，初级线圈17和上次级线圈16、下次级线圈18安装在线圈架23上对应的线槽中；其中上次级线圈16、下次级线圈18对称设置在初级线圈17的两边，两个线圈卷绕方向相反，且上次级线圈16和下次级线圈18的进线端相连。压轴9套装在套管19上，大弹簧7套装在压轴9上，大弹簧7的下端支顶在壳体8的内腔端壁上，上端顶撑在压轴9台阶面的下端面，压轴9的下端伸出壳体8并与拉支座11相连。如图1所示。具体实施时，壳体8的上端可为带底结构，也可焊接或通过螺纹连接有一个上盖1，在上盖1上设置有起重吊耳。

详述如下：

图1是本发明实施例的位移-电感式载荷传感器的纵向剖面图。图1所示的位移-电感式载荷传感器的外形可在工厂中按指定形状制造，它主要包括上盖1、电路板2、隔离板6、压轴9、大弹簧7、壳体8、调节螺钉10、拉支座11、螺纹端盖12、套管19、伸缩顶杆20等。先按设计匝数、旋向将初级线圈17卷绕在线圈架23的中间线槽内，初绕端、末绕端构成电源输入端，再按设计匝数互为反向地将上次级线圈16、下次级线圈18分别卷绕在线圈架23两侧的线槽内，且两个次级线圈的两个初绕端相互连接、两个末绕端构成感应电压输出端，线圈架23安装在套管19内；小弹簧13的上端支顶在螺纹端盖12内，下端支顶在导向杆14的上端。导向杆14的中端段嵌装有磁芯15。螺钉21将螺纹端盖12、导向端盖22分别固定在套管19两端。为避免润滑油对电子线路产生影响，采用隔离板6分隔以大弹簧7为核心的下腔及以电路板2为核心的上腔。下腔内按承载设计值正、反向成组安装大弹簧7，压轴9穿过大弹簧7的中孔、壳体8的中孔后，上端的台阶压在大弹簧7凸缘的中央，下端的螺纹旋合安装在拉支座11上。螺纹端盖12的螺纹旋合安装在隔离板6上，套管19插在压轴9的空腔内，伸缩顶杆20下端穿出导向端盖22后顶住调节螺钉10。隔离板6用固定螺钉21固定在壳体8上。上腔内用螺栓3将电路板2、压圈4安装在隔离板6上，垫圈5用以架空电路板2，保证其背面的焊点不致接触隔离板6而短路。初级线圈17的电源输入端、次级线圈的感应电压输出端穿过螺纹端盖12后与电路板2上相应的插座联接；从电路板2引出的电源、通讯组合线穿出壳体9侧面的出线衬环25，作为本传感器与中央检测控制仪器的能源、信息通道。上盖1通过内螺纹与壳体9上端的外螺纹旋合连接为一体，即完成本发明的组装。

本发明的工作过程为：

向初级线圈17输送指定波形的交变电流I₀，使其产生交变磁场，磁力线穿过磁芯15及三个线圈外形构成闭合磁路，如图3。在上盖1、拉支座11上施加拉载荷P时，拉支座11通过压轴9下压大弹簧7，使大弹簧7产生相应的变形量Δ_Z，拉支座11、压轴9、调节螺钉10同时也产生位移Δ_Z，如图4所示。因螺纹端盖12将套管19、线圈架23、导向端盖22固定在隔离板6上，小弹簧13的推力使伸缩顶杆20始终顶紧调节螺钉10。转动调节螺钉10可调节磁芯15相对于初级线圈17的初始位置。当拉支座11、压轴9、调节螺钉10承受拉载荷P并产生向下的线性位移Δ_Z时，导向杆14、磁芯15与伸缩顶杆20随调节螺钉10相对线圈架23向下位移Δ_Z，上次级线圈16、下次级线圈18切割闭合磁路的磁力线而分别产生各自的感应电压V₂₁、V₂₂，因两个次级线圈的卷绕方向相反且初绕端连接，使V₂₁、V₂₂的方向相反；铁芯18产生位移Δ_Z后相对两个次级线圈的距离可能不相等，使两个次级线圈中产生的感应电压V₂₁、V₂₂大小不等、方向相反，相加后的感应电压数值V₂随位移数值Δ_Z成正比变化，并生成在次级线圈的输出端上。适当设计大弹簧、线圈、磁芯的几何与物理参数，可使拉载荷P、位移Δ_Z、感应电压V₂的数值之间呈线性关系。因螺纹端盖12、导向杆14、套管19、线圈架23、固定螺钉21、导向端盖22、伸缩顶杆20均采用非导磁材料制造，使上述位移-感应电压的转化过程在由一个非导磁材料构成的磁屏蔽环境内进行，该环境可防止外来磁场的影响，确保传感器的位移-感应电压转化精度及测量精度。

本发明未涉及部分如电气控制部分(包括电路板)均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims (7)

1.一种起重计量用位移-电感式载荷传感器，包括壳体(8)、电路板(2)、拉支座(11)和隔离板(6)，隔离板(6)固定安装在壳体(8)中并将壳体(8)的内腔分隔成上下两部分，电路板(2)安装在壳体(8)的上腔中，而壳体(8)的下腔中安装有压轴(9)、大弹簧(7)和传感轴(24)，其特征是所述的传感轴(24)包括套管(19)、伸缩顶杆(20)、磁芯(15)、导向杆(14)、小弹簧(13)、线圈架(23)、上次级线圈(16)、初级线圈(17)、下次级线圈(18)，上端盖(12)与隔离板(6)相连，导向杆(14)、磁芯(15)、伸缩顶杆(20)安装在线圈架(23)内，小弹簧(13)安装在导向杆(14)的上端，伸缩顶杆(20)的下端伸出导向端盖(22)，伸缩顶杆(20)与安装在压轴(9)下端面上的调节螺钉(10)相抵，磁芯(15)嵌装在导向杆(14)、伸缩顶杆(20)上，线圈架(23)套装在导向杆(14)、磁芯(15)、伸缩顶杆(20)外并定位在套管(19)中，上次级线圈(16)、初级线圈(17)、下次级线圈(18)缠绕在线圈架(23)内对应的线槽中；压轴(9)套装在套管(19)外，大弹簧(7)套装在压轴(9)外，大弹簧(7)的下端支顶在壳体(8)的内腔端壁上，上端顶撑在压轴(9)台阶面的下端面上，压轴(9)的下端伸出壳体(8)以螺纹与拉支座(11)相连。

2.根据权利要求1所述的起重计量用位移-电感式载荷传感器，其特征是所述的壳体(8)的上端通过螺纹连接上盖(1)，上盖(1)上连接有起重吊耳。

3.根据权利要求1所述的起重计量用位移-电感式载荷传感器，其特征是所述的套管(19)的上端通过上端盖(12)与隔离板(6)以螺纹连接，上端盖(12)通过螺钉(21)与套管(19)相连。

4.根据权利要求1所述的起重计量用位移-电感式载荷传感器，其特征是所述的套管(19)的下端上安装有导向端盖(22)，两者之间通过固定螺钉(21)相连，伸缩顶杆(20)的下端伸出导向端盖(22)与调节螺钉(10)相抵。

5.根据权利要求1所述的起重计量用位移-电感式载荷传感器，其特征是所述的线圈架(23)上设有三个线槽，所述的初级线圈(17)的卷绕在中间线槽内，上次级线圈(16)和下次级线圈(18)的导线旋向相反，且上次级线圈(16)和下次级线圈(18)的进线端相连。

6.根据权利要求1所述的起重计量用位移-电感式载荷传感器，其特征是在所述电路板(2)与隔离板(6)之间安装有绝缘垫圈(5)。

7.根据权利要求1所述的起重计量用位移-电感式载荷传感器，其特征是所述的大弹簧(7)为碟形弹簧，小弹簧(13)为螺旋弹簧。

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