CN101701856B - 一种高拉扭比的拉扭复合式传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高拉扭比的拉扭复合式传感器，包括上连接基座和下连接基座，在上连接基座和下连接基座中心设有连接圆孔。在上连接基座和下连接基座之间设有至少三副尺寸完全一致的能够同时同大小地感受到拉伸和扭转变形的弹性同感体，弹性同感体绕连接圆孔等角度分布。弹性同感体为片状结构，弹性同感体中段比上下两段厚；在弹性同感体中段粘贴有测量轴向载荷的拉力应变片，在弹性同感体端部粘贴有测量扭矩的扭矩应变片。本拉扭复合式传感器能够测量出高轴向载荷小扭矩的拉扭复合式载荷，其测量精度高，结构简单，制造方便，性能稳定可靠。

Description

一种高拉扭比的拉扭复合式传感器
技术领域
本发明涉及传感器，具体指一种高轴向载荷小扭矩(即高拉扭比)的拉扭复合式传感器，属于测试技术及传感器领域。
背景技术
拉扭复合加载时材料的特性研究在工程以及科研领域有着广泛的应用。在通常的实验中，往往采用既能测量拉力值，又能测量扭矩值的拉扭复合式传感器。拉扭复合式传感器的测量原理：拉力值和扭矩值的测量是通过测量应变片的变形来实现的，应变片粘贴在弹性体上，弹性体和基座为一个连接的整体。在进行拉扭复合式试验时，被测试件与基座通过螺纹孔固定，施加给试样的拉力和扭矩作用于传感器弹性体上时，由应变片感知和输出变形量的大小，输出的拉力和扭矩与试样实际受到的拉力和扭矩为正比关系，由此来测量试样受到的拉力和扭矩。一般情况下，这种拉扭复合式传感器所能够感受的拉力和扭矩值通常在一个数量级上，这种传感器在测量一些小横向尺寸的拉扭复合加载值时，就会存在拉扭复合式传感器在扭转方向上弹性体过于刚硬，弹性体在扭矩作用下应变过小，几乎无法测量到扭矩，从而造成扭矩的测量误差显著的增大以至于根本无法测量，影响拉扭复合加载实验的进行。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的是提供一种能够测量高轴向载荷小扭矩(即高拉扭比)的拉扭复合式传感器，本传感器具有测量精度高、结构简单、制造方便的特点。
本发明的目的是这样实现的：一种高拉扭比的拉扭复合式传感器，包括上连接基座和下连接基座，在上连接基座和下连接基座中心设有连接圆孔。在上连接基座和下连接基座之间设有至少三副尺寸完全一致的能够同时同大小地感受到拉伸和扭转变形的弹性同感体，弹性同感体绕连接圆孔等角度分布。所述弹性同感体为片状结构，弹性同感体中段比上下两段厚，每一片弹性同感体宽度延长线通过连接圆孔的圆心；在弹性同感体中段粘贴有测量轴向载荷的拉力应变片，在弹性同感体端部粘贴有测量扭矩的扭矩应变片，拉力应变片和扭矩应变片均沿弹性同感体长度方向设置。
拉力应变片的设置方案：所述弹性同感体中段中心沿厚度方向设有横向圆孔，每片弹性同感体对应的拉力应变片有两片，其中一片拉力应变片粘贴在横向圆孔内壁最小横截面处(横向圆孔左右两侧中的一侧)中部，另一片拉力应变片粘贴在与横向圆孔内的拉力应变片同侧的弹性同感体长厚面中部，两拉力应变片高度一致。
扭矩应变片的设置方案：每片弹性同感体对应的扭矩应变片有两片，其中一片扭矩应变片粘贴在弹性同感体长宽面一端中部，另一片扭矩应变片对称地粘贴在该长宽面另一端或该长宽面背面。
所述弹性同感体上下两厚薄交界处左右两侧均设有改变应变分布形式的相同的辅助切口。
所有弹性同感体上粘贴的拉力应变片和扭矩应变片位置完全一致。所述上连接基座、下连接基座和所有弹性同感体一体加工成型。这样可以充分保证所有弹性同感体能够同时同大小地感受到拉伸和扭转的变形，而所有对应的拉力应变片或扭矩应变片的输出一致。
本拉扭复合式传感器能够测量出高轴向载荷小扭矩的拉扭复合式载荷，其测量精度高，结构简单，制造方便，性能稳定可靠。
附图说明
图1为本发明一种实施方式主视图；
图2为图1的俯视图；
图3为本发明另一种实施方式主视图。
其中，1-上连接基座；2-下连接基座；3-连接圆孔；4-弹性同感体；5-辅助切口；6-拉力应变片；7-扭矩应变片；8-横向圆孔；9-弹性同感体长厚面；10-弹性同感体长宽面。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
参见图1和图2，从图上可以看出，本发明高拉扭比的拉扭复合式传感器，包括上连接基座1和下连接基座2，上连接基座和下连接基座为圆形基座，在上连接基座1和下连接基座2中心设有连接圆孔3，两连接圆孔同心设置。在上连接基座1和下连接基座2之间设有至少三副(一个实施例为四副)尺寸完全一致的能够同时同大小地感受到拉伸和扭转变形的弹性同感体4，弹性同感体4绕连接圆孔3等角度分布。弹性同感体为现有技术，在现有的拉扭复合式传感器中也涉及到，本发明选用铝合金。所述弹性同感体4为片状结构，按厚度状况弹性同感体可以分为上中下三段，上下两段厚度一样，中间段厚度较厚，即弹性同感体的中段比上下两段厚。在弹性同感体4上段与中段厚薄交界处和下段与中段厚薄交界处的左右两侧均设有相同的辅助切口5，即一个弹性同感体4设有四个辅助切口5，辅助切口5用来改变应变分布形式。每一片弹性同感体宽度延长线通过连接圆孔的圆心。在弹性同感体4中段粘贴有测量轴向载荷的拉力应变片6，在弹性同感体4端部粘贴有测量扭矩的扭矩应变片7，拉力应变片6和扭矩应变片7均沿弹性同感体4长度方向设置。这样通过拉力应变片的变形，用来测量加载时轴向载荷的大小，通过扭矩应变片的变形，用来测量加载时扭矩的大小。
本发明测量拉力的中段较厚，可以承受较大的拉力，而测量扭转的上下两段较薄，即使施加比较小的扭矩也在这两段有体现，因此可以测量大拉力小扭矩(即高拉扭比)这种施力情况。
拉力应变片6的设置方案：每片弹性同感体4对应的拉力应变片6有两片。在弹性同感体4中段正中心沿厚度方向设有横向圆孔8，其中一片拉力应变片6粘贴在横向圆孔8内壁最小横截面处(横向圆孔水平直径两端中的一端均属于最小横截面，实际粘贴在横向圆孔左右两侧内壁中的一侧)中部，另一片拉力应变片6粘贴在与横向圆孔内的拉力应变片同侧的弹性同感体长厚面9中部，两拉力应变片6高度一致。拉力应变片有两种粘贴方式：靠近中心侧(见图1)或远离中心侧(见图3)。
扭矩应变片7的设置方案：每片弹性同感体4对应的扭矩应变片7有两片，其中一片扭矩应变片7粘贴在弹性同感体长宽面10一端中部，另一片扭矩应变片7对称地粘贴在该长宽面10另一端或该长宽面背面。即扭矩应变片也有两种粘贴方式：对称地位于弹性同感体同一个长宽面上下两端，见图1；对称地位于弹性同感体两个长宽面的上端(见图3)或下端。
本发明中长宽面和长厚面是这样定义的：在一个长方体六个面中，能够同时反映长度尺寸和宽度尺寸的面为长宽面，能够同时反映长度尺寸和厚度尺寸的面为长厚面。本发明每片弹性同感体上的两扭矩应变片都粘贴在长宽面上，拉力应变片其中一片粘贴在长厚面上。
为了最大程度地从结构上保证所有弹性同感体能够同时同大小地感受到拉伸和扭转的变形，本发明上连接基座1、下连接基座2和所有弹性同感体4一体加工成型，即在一块弹性基体(如铝合金锭)上通过切削等加工方式直接加工出上连接基座、下连接基座和所有弹性同感体。同时为了使所有对应的拉力应变片或扭矩应变片的输出一致，本发明所有弹性同感体4上粘贴的拉力应变片6和扭矩应变片7位置和方向完全一致，即所有的拉力应变片要么都靠近中心侧，要么都远离中心侧；所有的扭矩应变片要么都对称地位于弹性同感体长宽面上下两端，且相邻两弹性同感体上粘贴扭矩应变片的面不相对；要么都对称地位于弹性同感体两个长宽面的上端或下端，如果是上端，都是上端；如果是下端，都是下端。
本拉扭复合式传感器的测量方法和原理：将需要测量的试样固定在其中一个基座上，然后将另一个基座固定在试验机底座上，给需要测量的试样同时施加拉力和扭矩，此拉力和扭矩同时加载在弹性同感体上，弹性同感体被拉伸和扭转的同时，粘贴于其上的应变片也产生相应的变形，并可以被电桥电路所测量，应变片的变形量大小与被测试样的拉伸和扭转存在正比关系，因此可以得到试样的拉伸和扭转力的大小。

Claims (5)

1.一种高拉扭比的拉扭复合式传感器，包括上连接基座(1)和下连接基座(2)，在上连接基座(1)和下连接基座(2)中心设有连接圆孔(3)，在上连接基座(1)和下连接基座(2)之间设有至少三片尺寸完全一致的能够同时同大小地感受到拉伸和扭转变形的弹性同感体(4)，弹性同感体(4)绕连接圆孔(3)等角度分布，其特征在于：所述弹性同感体(4)为片状结构，弹性同感体中段比上下两段厚，每一片弹性同感体(4)宽度延长线通过连接圆孔(3)的圆心；在弹性同感体(4)中段粘贴有测量轴向载荷的拉力应变片(6)，在弹性同感体(4)端部粘贴有测量扭矩的扭矩应变片(7)，拉力应变片(6)和扭矩应变片(7)均沿弹性同感体(4)长度方向设置。
2.根据权利要求1所述的高拉扭比的拉扭复合式传感器，其特征在于：所述弹性同感体(4)中段中心沿厚度方向设有横向圆孔(8)，每片弹性同感体对应的拉力应变片(6)有两片，其中一片拉力应变片粘贴在横向圆孔内壁最小横截面处中部，另一片拉力应变片粘贴在与横向圆孔内的拉力应变片同侧的弹性同感体长厚面(9)中部，两拉力应变片(6)高度一致。
3.根据权利要求1或2所述的高拉扭比的拉扭复合式传感器，其特征在于：每片弹性同感体对应的扭矩应变片(7)有两片，其中一片扭矩应变片粘贴在弹性同感体长宽面(10)一端中部，另一片扭矩应变片对称地粘贴在该长宽面另一端或该长宽面背面。
4.根据权利要求1或2所述的高拉扭比的拉扭复合式传感器，其特征在于：所述弹性同感体(4)上下两厚薄交界处左右两侧均设有改变应变分布形式的相同的辅助切口(5)。
5.根据权利要求4所述的高拉扭比的拉扭复合式传感器，其特征在于：所述上连接基座(1)、下连接基座(2)和所有弹性同感体一体加工成型。
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