CN1016641B - 封闭式力矩不敏感测力计 - Google Patents

Abstract

将一种双梁式测力计密封在-波纹管封闭装置中。该封闭装置可以在其每一端或其整个长度上设有若干波形圈，这种波形圈可使其在测力计弯曲方向上弯曲变形。该封闭装置是通过围绕该封闭装置圆周边间隔开地设置一个或多个加强杆并在各波形圈找正之后与多个波形圈连接在一起来提高偏心载荷所产生的扭转力作用下发生的弹性屈曲的抗力。另外，连接波形圈的非波形壁可以被增强以抵抗扭转弹性屈曲。

Description

本发明涉及一种测力计，更准确地说是涉及一种利用可膨胀波形封闭装置，例如波纹管进行封闭的或密封的力矩不敏感测力计。

一种单梁或多梁测力计可以补偿由偏心施加载荷所产生的扭转力的效应，这种偏心载苛可以例如由授予Neil    C.Griffen并转让给本发明的受让人的美国专利4，380，175号和4，453，609号中所教导的各种方法来施加。能补偿偏心载荷效应的测力计称为“力矩不敏感测力计”（以下简称MILC）。由Griffen所教导的补偿方法是较理想的，即它能使由于偏心载荷所产生的误差随着载荷施加偏心点从测力计的一侧向另一侧进行横向移动时呈线性变化。

近来，对于某些施加载荷条件，即在贴有应变电阻片或其它力传感器的力矩不敏感测力计的中央部位进行密封的方法是较理想的。已经发现波纹管对于将测力计封闭起来从而使其波形圈环绕在测力计梁或多个梁的纵向轴线上是合适的。波纹管的每个端部的较细颈部焊接在测力计上。由于波形圈的原因，波纹管采用这样的定向则在测力计的弯曲方向上受到减弱而且对测力计的输出没有显著的影响。

但是，新近又发现这样一种密封式测力计是很难对横向偏心载荷进行补偿的。

根据本发明，现已发现补偿波纹管封闭式测力计方面的问题的根源在于波纹管在施加扭转载荷的条件下是以弹性屈曲的形式发生变形。这种变形产生一个垂直于封闭装置/测力计组件纵向轴线的力矢量。此力 矢量传递到测力计上并被表现出来从而成为所测力的组成部分。现已找到一种解决办法其中包括在扭转载荷条件下增加波纹管对扭转变形，例如屈曲的抵抗力，而同时保持其对纯弯曲载荷的柔性。

体现本发明的测力计包括至少一个带有中央纵向轴线的梁和装在该梁上的若干力传感器。设有封闭装置以便环绕着贴有传感器的梁的部分上。该封闭装置具有以刚性地连接在梁上的第一端部和第二端部，并且对沿纵向轴线施加的载荷是柔性的，并对由纵向轴线的横向施加的载荷所产生的扭转变形具有较大的抗力。

根据本发明的一个实施例，该封闭装置具有一个或多个波形圈，而在靠近波形圈的每个端部是由连续的非波形圈壁部分连接起来的。该非波形圈壁部分对扭转变形是具有抗力的，而同时该端部波形圈对沿梁的纵向轴线所施加的力提供了柔性。

根据本发明另一实施例，该封闭装置是一种在其整个长度上具有多个波形圈的普通波纹管。在封闭装置的圆周边上的一点或多个点上设有用于在多个相邻波形圈的径向端部刚性地连接在一起的装置。该连接装置可以采用将刚性较好的杆以钎焊的方式或其它合适的方式连接在各波形圈上。

附图简要说明：

图1是体现本发明的封闭式测力计的立面侧视图;

图2是在图1的箭头2-2方向上观察的测力计的端视图;

图3是图1中的测力计封闭装置内部的展开视图;

图4是体现本发明的封闭装置的一个替换形式的立面侧视图;和

图5是该封闭装置的另一替换形式的立面侧视图。

首先参看图1至图3，图中示出一个双梁测力计10，在其上，下梁表面上以已知的方法贴有应变电阻片12。测力计10具有一中央纵向轴线13。一个普通波纹管15形式的密封式封闭装置环绕着测力计10上贴有应 变电阻片12的部位。波纹管15在其各对应的端部具有焊接在测力计10的径向凸缘19上的颈部17、18，波纹管15在其整个长度上设有多个波形圈。按照本发明，将加强杆23，24钎焊或以其它合适的方法固定在靠近各波形圈的个圈的径向内圆周边上，以增强波纹管15用以防止发生扭转变形。

在使用中，将测力计10的一端刚性地固定起来，而在其另一端通过一个标度板或类似的装置（未示出）施加待测定的载荷。所施加的载荷使测力计10以已知的方式发生弯曲，而且使应变电阻片12产生一个标志所施加载荷的电信号。波纹管封闭装置15的波形圈20能够使波纹管在测力计弯曲的方向容易发生弯曲，而对测力计的弯曲不产生影响。

当同样的重量施加在标度母板的不同位置上时，则所施加的不是垂直地通过中央轴线13、例如由图2中箭头所指示的载荷，就会产生一个力矩，该力矩会影响应变电阻片12的输出从而导致应变仪产生不同读数。测力计10可以借助例如在前面所提到的在Griffen的美国专利4，380，175号中所介绍的方法进行补偿来克服这样的一种载荷位置误差。

已经发现，象图2中箭头F所指示的那种偏心载荷，可以在波纹管封闭装置15中产生弹性屈曲形式的应力和变形，这种应力和变形将在波纹管的端部产生一个力矢量。此力矢量的方向是与波纹管的纵向轴线相垂直的。此力是以非线性形式传递到测力计上并影响测力计的输出，从而使线性载荷位置补偿方法增加困难和/或降低其使用效果。所设置的加强杆23、24是通过将多个波形圈连接在一起以使波纹管15对弹性屈曲提供扭转抗力。加强杆23、24能够使波纹管在扭转载荷条件下提供对弹性屈曲和其它扭转变形的抗力，而且这些加强杆从而不阻止波纹管在垂直方向的弯曲。

首先在将波纹管的所有波形圈直线对正之后，将加强杆23，24连接 上去。在加强杆23、24钎焊上去之前，各波形圈的找正有助于促使各单个波纹管的工作均匀性和减少在某一给定方向发生屈曲的倾向。

尽管图中所示为两个加强杆，但采用一个或多于两个杆都是可行的。加强杆也可以连接在各波形圈的外圆周边上以代替连接在其内圈周边上。此外，采用加强杆是较好的，但为了使波纹管对扭转变形具有更大的抵抗力而在波纹管的一个或多个圆周部位上将多个波形圈连接在一起的任何方法都是可用的。

相信采用加强杆能使波纹管具有抵抗屈曲的能力有两个原因。首先，由于在将加强杆连接上去之前，将波形圈都在垂直于波纹管的纵向轴线的方向上找正，这种找正得到保持。各波形圈的任何不对正可以使波形圈端面具有一会产生屈曲的预置方面，这样的屈曲将比把各波形圈对正情况下更容易发生。第二个原因是，如果至少采用两个加强杆，则每个波形圈端面的的自由间距就缩短了，因此它对屈曲的抗力就增加了。

图4和图5示出在封闭装置的每个端部只设置一个或两个波形圈的改进的封闭装置。图4所示封闭装置40在其每个端部只具有一个波形圈42，该波形圈是由一个较直的非波形壁部分45分隔开的。在壁部分45中不带波形圈部分使该封闭装置在许多情况下具有足够的扭转刚性从而防止发生扭转弹性变形，而同时波形圈42对封闭装置在垂直弯曲方面提供足够的柔性。此外，壁部分45可以根据需要做成比波形圈42的壁厚一些以使其对扭转变形具有较大的抵抗力。另一替换型方案是将与加强杆23，24（图1至图3）相似的但其刚性更强的加强杆连接到壁45上的一个部位或在圆周上间隔开的多个部位上。

图5所示的封闭装置50与图4所示封闭装置40是相似的，但它在每个端部具有两个波形圈52，而不是像图4中那样只有一个波形图。增加的波形圈对该封闭装置增加了垂直方向的柔性。和图4所示的封闭装置 一样，波形圈52是由较直的非波形壁部分55分隔开。显然，增加的波形圈52可以根据需要设置，而且壁55的扭转刚性可以根据要求通过均匀地增加其厚度或者通过连接加强杆或元件得到改进。

尽管上面对本发明已结合贴有应变电阻片的两梁测力计进行了描述，但应当理解到，带有一个或多个梁的并可以不是贴应变电阻片而是采用力传感器的任何测力计都是可用的。

Claims (7)

1、一种密封式测力计，它包括至少一个具有中央纵向轴线的梁，一个装在上述梁上的力传感器，一个用以封闭装有力传感器的上述梁的部分的封闭装置，上述封闭装置带有以刚性连接在上述梁上的一个第一端部和一个第二端部，其特征在于：上述封闭装置包括至少一个波形圈使之对沿着上述纵向轴线施加的载荷是柔性的，及包括相对于上述波形圈为刚性的装置，用以在垂直于上述纵向轴线施加的载荷下，减少上述封闭装置的非线性扭转变形。

2、如权利要求1所述的测力计，其特征在于：其中所述刚性的装置包括一个上述封闭装置的较直的，非波形壁部分。

3、如权利要求2所述的密封式测力计，其特征在于：所述非波形壁部分的厚度是大于上述波形圈的壁的厚度。

4、如权利要求2所述的密封式测力计，其特征在于：其中所述刚性的装置包括在上述封闭装置的圆周边上的一个或多个点上的加强杆。

5、如权利要求1所述的密封式测力计，其特征在于：其中所述封闭装置包括在其全长上的若干波形圈，而上述刚性的装置设置在上述梁的弯曲平面内，并在上述封闭装置的圆周边上的一点上将上述的波形圈的相邻波形圈连接起来，从而使上述封闭装置在垂直于上述纵向轴线施加的载荷下具有抵抗扭转变形的抗力。

6、如权利要求5所述的密封式测力计，其特征在于：其中所述刚性的装置包括一个连接在上述波形圈的圆周边上的加强杆。

7、如权利要求6所述的测力计，其特征在于：它包括一个位于上述封闭装置的圆周边上在上述加强杆径向相对间隔开的一个第二点上将上述波形圈连接在一起的第二加强杆。

Images