CN101603865B - 附着式测力传感器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种附着式测力传感器，包括弹性体主梁，弹性体主梁两端设有左、右安装端，中间开有结构孔，结构孔中间设有应变梁，且弹性体主梁，左、右安装端，应变梁均为轴线对称的矩形结构，左、右安装端中间分别开有第一，二安装孔；结构孔、应变梁、第一、二安装孔位于同一轴线上；应变梁上、下二个面上分别粘贴电阻应变片。本发明利用附着同步变形的原理将被测构件的受力变形转换成传感器的变形，从而间接的测试构件的受力情况，解决了许多构件因无法安装常规传感器进行测试的技术难题。传感器标定只需对传感器弹性体加上标准载荷相应得到其输出值即可，使得测试精度大大提高。改进了由原来模拟标定及相似转换时带来的误差。

Description

附着式测力传感器

技术领域

本发明涉及一种测力传感器，尤其是一种利用附着同步变形的原理将被测构件的受力变形转换成传感器的变形，从而间接的测试构件的受力情况的测力传感器。

背景技术

目前，构件的承载测试需要在现场进行，须在受力构件上进行打磨、清洗、贴应变片以及组桥等工作，构件的承载现场测试非常复杂，而且许多构件无法安装常规传感器进行测试。现场贴应变片带来的测试误差大，另外，模拟标定及相似转换时会带来的误差。

发明内容

本发明是要提供一种附着式测力传感器，该该传感器通过不同的应变片的粘贴与组桥方式进行拉、压力和弯曲力的测试，使得测试范围更加广泛，并可大大降低扭矩测试的现场工作，使得现场测试更容易进行，而且具有测试精度高等特点。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种附着式测力传感器。其特点是：弹性体主梁两端设有左、右安装端，弹性体主梁中间开有结构孔，结构孔中间设有应变梁，且弹性体主梁，左、右安装端，应变梁均为轴线对称的矩形结构，左、右安装端中间分别开有第一，二安装孔；结构孔、应变梁、第一，二安装孔位于同一轴线上；应变梁上、下二个面上分别粘贴电阻应变片。

左、右安装端的矩形结构宽度B＝10-50mm，厚度H＝B/(2-3)，长度L＝B，外端面至安装孔中心位置距离L₂＝L/2。

弹性体主梁的矩形结构宽度

厚度

长度L₁＝(3～8)B，端面至结构孔中心位置距离L₃＝L₁/2。应变梁宽度b＝4～6mm；结构孔Φ₂的直径为

当测试拉、压载荷时，应变梁上、下二个面中的上面上粘贴第一电阻应变片R1和第二电阻应变片R2，并垂直布置；下面上粘贴第三电阻应变片R3和第四电阻应变片R4，并垂直布置。

当测试弯曲载荷时，应变梁上、下二个面中的上面粘贴第一电阻应变片R1和第三电阻应变片R3，并平行布置；下面上粘贴第二电阻应变片R2和第四电阻应变片R4，并平行布置。

本发明的有益效果是：本发明利用附着同步变形的原理将被测构件的受力变形转换成传感器的变形，从而间接的测试构件的受力情况。本发明具有以下特点：

(1)利用结构孔与应变梁的特殊结构将传感器的主要变形集中在应变梁上，其应力水平要高于传感器其它部位。并在应变片的贴片位置具有均匀的应力状态。

(2)该传感器通过不同的应变片的粘贴与组桥方式可以进行拉、压力和弯曲力的测试，使得测试范围更加广泛。

(3)大大降低了构件的承载测试的现场工作，无须在受力构件上进行打磨、清洗、贴应变片以及组桥等工作，使得现场测试更容易进行。

(4)传感器可以标准化制作。避免了现场贴应变片使带来的测试误差。

(5)解决了许多构件因无法安装常规传感器进行测试的技术难题。

(6)传感器的标定工作可以标准化。现在的传感器标定只需对传感器加上标准载荷相应得到其输出值即可，使得测试精度大大提高。改进了由原来模拟标定及相似转换时带来的误差。

(7)传感器的现场安装简易方便。

附图说明

图1是构件在P力作用下产生变形前的示意图；

图2是构件在P力作用下产生变形后的示意图；

图3是本发明的结构立体示意图；

图4是本发明的结构主视图；

图5是图4的俯视图；

图6是应变梁上、下A面和B面示意图；

图7是拉、压载荷应变片布置示意图；

图8是弯曲载荷应变片布置示意图；

图9是测试电路(电桥)原理图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步的说明。

本发明利用附着同步变形的原理将被测构件的受力变形转换成传感器的变形，从而间接的测试构件的受力情况。工作原理如图1，2所示：根据力学原理可以知道在P力的作用下构件产生变形，其变形量为ΔL。其值为：

ΔL＝(P×L)/(E×F)

ΔL——在力作用下的变形量

P——作用力

L——构件某部位原始长度

E——构件材料的弹性模量

F——构件承受P载荷的截面

由于传感器与构件同步变形，所以传感器的变形量与构件一致。即：ΔL¹＝(P¹×L¹)/(E¹×F¹)

P——作用力

L¹——传感器工作长度

E¹——传感器的弹性模量

F¹——传感器承受P载荷的截面

由方程转换可以得到：

(P×L)/(E×F)＝(P¹×L¹)/(E×F¹)

∵P/F＝σ  同时构件与传感器弹性体的E相同

∴σ¹＝σ×L/L¹

即传感器的应力值将被放大L/L¹倍。

如图3至图5所示，本发明的附着式测力传感器，包括弹性体主梁1，左、右安装端2，3。该传感器采用常用的传感器弹性元件的材料。弹性体主梁1两端有左、右安装端2，3，中间开有结构孔Φ₂，结构孔Φ₂中间设有应变梁4，且弹性体主梁1，左、右安装端2，3，应变梁4均为轴线对称的矩形结构，左、右安装端1，2中间分别开有第一，二安装孔Φ₁、Φ₃；结构孔Φ₂、应变梁、第一，二安装孔Φ₁，Φ₃位于同一轴线上。

左、右安装端2，3轴线对称。左、右安装端2，3结构对称。与测试构件连接部位用螺栓与测试构件连。当结构件不允许打安装螺纹孔时也可以用粘结剂粘结。左、右安装端2，3的矩形结构宽度B＝10-50mm，厚度H＝B/(2-3)，长度L＝B，外端面至安装孔中心位置距离L₂＝L/2。

弹性体主梁1的矩形结构宽度

厚度

长度L₁＝(3～8)B，端面至结构孔Φ₂中心位置距离L₃＝L₁/2。

应变梁4宽度b＝4～6mm，结构孔Φ₂的直径为利用结构孔Φ₂实现将主要变形集中在应变梁4上，并使应变梁4有较高的应力状态，圆形孔的设计使得应变梁4的中间(贴应变片的位置)应力状态均匀。

应变梁4-传感器弹性体应变梁。在整个传感器的结构中其受力截面远远小于其它部位的受力截面，将承受传感器的变形。如图6所示，在应变梁的上、下A面和B面上粘贴电阻应变片。

如图7所示，当测试拉、压载荷时，应变梁4上、下二个面中的A面上粘贴第一电阻应变片R1和第二电阻应变片R2，并垂直布置；B面上粘贴第三电阻应变片R3和第四电阻应变片R4，并垂直布置；所述第一电阻应变片(R1)与第三电阻应变片(R3)方向相同，第二电阻应变片(R2)与第四电阻应变片(R4)方向相同)。

如图8所示，当测试弯曲载荷时，应变梁4上、下二个面中的A面粘贴第一电阻应变片R1和第三电阻应变片R3，并与轴线平行布置；B面上粘贴第二电阻应变片R2和第四电阻应变片R4，并与轴线平行布置。

如图9所示，第一电阻应变片R1和第二电阻应变片R2串联连接后与第三电阻应变片R3和第四电阻应变片R4串联连接后并联连接。

本发明的附着式测力传感器工作原理：

传感器用螺栓或粘结等方式附着在受力构件上。当受力构件在载荷作用下产生变形时，传感器随着一起变形。由于传感器的应变梁处的截面远远小于其它截面，所以认为传感器的变形集中在应变梁处，因此σ¹＝σ×L/L¹公式成立。该传感器不仅能测试构件的受载情况，还具有应力的放大作用。

Claims (6)

1.一种附着式测力传感器，包括弹性体主梁，其特征在于：所述弹性体主梁(1)两端设有左、右安装端(2，3)，弹性体主梁(1)中间开有结构孔(Φ₂)，结构孔(Φ₂)中间设有应变梁(4)，且弹性体主梁(1)，左、右安装端(2，3)，应变梁(4)均为轴线对称的矩形结构，左、右安装端(2，3)中间分别开有第一，二安装孔(Φ₁、Φ₃)；结构孔(Φ₂)、应变梁(4)、第一、二安装孔(Φ₁、Φ₃)位于同一轴线上；应变梁(4)上、下二个面(A，B)上分别粘贴电阻应变片。

2.根据权利要求1所述的附着式测力传感器，其特征在于：所述左、右安装端(2，3)的矩形结构宽度B＝10-50mm，厚度H＝B/(2-3)，长度L＝B，外端面至安装孔中心位置距离L₂＝L/2。

3.根据权利要求2所述的附着式测力传感器，其特征在于：所述弹性体主梁(1)的矩形结构宽度

厚度

长度L₁＝(3～8)B，端面至结构孔(Φ₂)中心位置距离L₃＝L₁/2。

4.根据权利要求3所述的附着式测力传感器，其特征在于：所述应变梁(4)宽度b＝4～6mm；结构孔(Φ₂)的直径为

5.根据权利要求1所述的附着式测力传感器，其特征在于：当测试拉、压载荷时，所述应变梁(4)上、下二个面中的上面(A)上粘贴第一电阻应变片(R1)和第二电阻应变片(R2)，并垂直布置；下面(B)上粘贴第三电阻应变片(R3)和第四电阻应变片(R4)，并垂直布置；所述第一电阻应变片(R1)与第三电阻应变片(R3)方向相同，第二电阻应变片(R2)与第四电阻应变片(R4)方向相同。

6.根据权利要求1所述的附着式测力传感器，其特征在于：当测试弯曲载荷时，所述应变梁(4)上、下二个面中的上面(A)粘贴第一电阻应变片(R1)和第三电阻应变片(R3)，并与轴线平行布置；下面(B)上粘贴第二电阻应变片(R2)和第四电阻应变片(R4)，并与轴线平行布置。

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