CN101858802A

CN101858802A - 卡环式力传感器

Info

Publication number: CN101858802A
Application number: CN 201010183975
Authority: CN
Inventors: 夏荫培; 石钢; 杨斐; 瞿薇
Original assignee: Shanghai Institute of Technology
Current assignee: Shanghai Institute of Technology
Priority date: 2010-05-25
Filing date: 2010-05-25
Publication date: 2010-10-13
Anticipated expiration: 2030-05-25
Also published as: CN101858802B

Abstract

本发明涉及一种卡环式力传感器，测拉、压力时，弹性体的一端头部为T形，与一个半圆环中的T形槽纵向相配连接，另一端分为纵向椭圆形与另一个半圆环中的圆形槽相配连接。电阻应变片在传感器弹性体上与轴线平行四个面各贴一片，两片纵向两片横向，对应面方向相同，并在同一横截面上，纵向位置在距矩形头部顶端h₂+H₂+(3~4)mm处；测扭矩力时，弹性体的一端为T形另一端为横向椭圆形，电阻应变片在传感器弹性体上截面高度处的两个对应面上各贴两片，方向相同，并在同一横截面上，纵向位置在距矩形头部顶端h₂+H₂+(3~4)mm处。该传感器可以很好地传递拉、压力和扭矩产生的弯曲力，并且不受其他变形影响。不同的弹性体组合可以使传感器得到不同的功能。

Description

卡环式力传感器

技术领域

本发明涉及一种传感器，尤其是一种应变式力传感器。

背景技术

现有的圆轴构件应力测试是一件比较复杂的工作，必须在工作轴上进行打磨、清洗、贴应变片以及组桥等工作，由于是现场作业，因此难以保证测试精度。而现有的力传感器由于结构上原因，只能在轴端与其连接，无法连接在轴的其它部位，而轴端往往已经无法安装传感器。一些附着形传感器则未能解决传感器与工作轴之间在载荷作用下的相对位移(滑动)问题并且功能单一，不能对一些复合载荷进行测试。。而且还会受到在载荷作用下的其他变形的影响。

发明内容

本发明是要提供一种卡环式力传感器，该传感器可以方便地卡装在所需测试的工作轴上，很好地传递拉、压力和扭矩产生的弯曲力，并且不受其他变形影响；不同的组合可以使传感器得到不同的功能，可以很好地解决传感器与工作轴之间在载荷作用下的相对位移(滑动)问题；无须在工作轴上进行打磨、清洗、贴应变片以及组桥等工作，使得现场测试更容易进行。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种卡环式力传感器，包括半圆环，传感器弹性体，电阻应变片，二个半圆环用螺栓连接组成卡环，二个卡环之间通过传感器弹性体连接，传感器弹性体上粘贴有电阻应变片，其特点是：测拉、压力时，弹性体的一端头部为T形，与一个半圆环中的T形槽纵向相配连接，另一端为纵向椭圆形与另一个半圆环中的圆形槽纵向相配连接，电阻应变片在传感器弹性体上与轴线平行四个面各贴一片，两片纵向两片横向，对应面方向相同，并在同一横截面上，纵向位置在距矩形头部顶端h₂+H₂+(3~4)mm处；测扭矩力时，弹性体的一端头部为T形，与一个半圆环中的T形槽纵向相配连接，另一端为横向椭圆形与另一个半圆环中的圆形槽横向相配连接，电阻应变片在传感器弹性体上截面高度处的两个对应面上各贴两片，方向相同，并在同一横截面上，纵向位置在距矩形头部顶端h₂+H₂+(3~4)mm处。

传感器头部安装T形槽：厚度H₂＝H₁/(1.5~2)，宽度B₁＝(0.8~1)H₁，深度h₁＝(D₁-D₂)/4；直槽高度h₂＝H₁/(2~3)，直槽宽度B₂＝B₁/(1.2~2)。

传感器头部安装圆形槽：直径d₁＝H₂+(1~2)mm，其余与T形槽相同。

传感器弹性体一端T形厚度H₃与传感器头部安装T形槽厚度H₂间隙配合，宽度B₃＝B₁-(1~2)mm，传感器弹性体另一端纵向椭圆球长轴l₁＝H₂，短轴l₂＝d₁-(1~2)mm，横向椭圆球长轴l₁＝d₁，短轴l₂＝H₂-(1~2)mm。

在卡环内圆壁上处开有用于增加滑动阻力的微型防滑动尖齿，微型防滑动尖齿：底径D2’＝D2+(0.1~02)mm。

本发明的有益效果是：

1.可以方便地卡装在所需测试的工作轴上。

2.两组传感器弹性体的结构有所不同，测拉、压力弹性体的一端头部均为T形，与半圆环中的T形槽纵向相配，另一端为纵向椭圆形，其作用在与在受拉、压力时由于纵向椭圆两端紧贴圆孔，因此可以很好地传递拉、压力。而在受扭时两端都有侧隙，不受扭矩影响，而且在应变片组桥时对弯曲应力加以抵消，因此可以消除弯曲应力的影响。测扭矩力的弹性体的一端头部均为T形，与半圆环中的T形槽横向相配，另一端为横向椭圆形，其作用在与在受扭矩时由于横向椭圆两端紧贴圆孔，因此可以很好地传递扭矩产生的弯曲力。而在受拉、压力时两端都有侧隙，不受拉、压力影响，而且在应变片组桥时对拉、压力应力加以抵消，因此可以消除拉、压力的影响。互不干扰。

3.由于半圆环为基本结构，所以传感器弹性体可以进行不同的组合，可以测拉、扭，也可以只测拉或只测扭。因此不同的组合可以使传感器得到不同的功能，这是其突出的特点。

4.该传感器安装方便、可靠。

5.微型防滑动尖齿的特殊结构可以很好地解决传感器与工作轴之间在载荷作用下的相对位移(滑动)问题。

6.传感器的标定可以规范化与标准化。

7.大大降低了测试的现场工作，无须在工作轴上进行打磨、清洗、贴应变片以及组桥等工作，使得现场测试更容易进行。

附图说明

图1是本发明的结构主视图；

图2是图1的俯视图；

图3是图1的左视图；

图4是开有圆形槽的半圆环主视图；

图5是图4的俯视图；

图6是开有T形槽的半圆环主视图；

图7是图6的俯视图；

图8是T形槽的剖视放大图；

图9是图8的左剖视图；

图10是圆形槽的剖视放大图；

图11是图10的左剖视图；

图12是测拉、压传感器弹性体的主视图；

图13是图12的左视图；

图14是测扭传感器弹性体的主视图；

图15是图14的左视图；

图16是图14的俯视图；

图17是卡环内圆D₂处加工有微型防滑动尖齿示意图；

图18是测拉、压时电阻应变片位置图；

图19是测扭、弯时电阻应变片位置图。

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。

本发明的传感器是一种应变式力传感器。卡环结构将传感器固定在各种工作轴上。当工作轴受到负载的作用产生变形时，传感器跟随一起变形，在传感器上布置的应变片产生输出信号，该信号与负载成线性比例关系。利用这个原理进行负载的测量。

如图1至图3所示，卡环式力传感器，包括半圆环，传感器弹性体，应变片，二个半圆环用螺栓连接组成卡环，二个卡环之间通过传感器弹性体连接，传感器弹性体上粘贴有电阻应变片。

测拉、压力时，弹性体的一端头部为T形(图12，13)，与一个半圆环中的T形槽纵向相配连接，另一端为纵向椭圆形与另一个半圆环中的圆形槽纵向相配连接，电阻应变片在传感器弹性体上与轴线平行四个面各贴一片，两片纵向两片横向，对应面方向相同(图18)。

测扭矩力时，弹性体的一端头部为T形(图14，15，16)，与一个半圆环中的T形槽纵向相配连接，另一端为横向椭圆形与另一个半圆环中的圆形槽横向相配连接，电阻应变片在传感器弹性体上截面高度处的两个对应面上各帖两片，方向相同(图19)。

本发明的结构原理与功能：

卡环为两个半圆环形结构组成，用螺栓连接而成，共有两组。圆环内径D₂处为与工作轴的安装面。在半圆环的D₃处加工有T形槽(图6，7，8，9)与圆头T形槽(图4，5，10，11)用于安放传感器弹性体。各传感器两端头部可用小螺钉与圆弧板作径向固定，由于仅起防松作用，所以只要圆弧板的内径与半圆环的外径D1相同，长度为1.2倍的B1+4个螺钉孔，小螺钉只要M＝3即可。

传感器弹性体分为两组，一组测拉、压力，一组测扭矩力。两组传感器弹性体的结构有所不同，测拉、压力弹性体的一端头部均为T形，与半圆环中的T形槽纵向相配，另一端为纵向椭圆形，其作用在与在受拉、压力时由于纵向椭圆两端紧贴圆孔，因此可以很好地传递拉、压力。而在受扭时两端都有侧隙而且在应变片组桥时对弯曲应力加以抵消，因此可以消除弯曲应力的影响。测扭矩力的弹性体的一端头部均为T形，与半圆环中的T形槽横向相配，另一端为横向椭圆形，其作用在与在受扭矩时由于横向椭圆两端紧贴圆孔，因此可以很好地传递扭矩产生的弯曲力。而在受拉、压力时两端都有侧隙而且在应变片组桥时对拉、压力应力加以抵消，因此可以消除拉、压力的影响。各传感器两端头部可用小螺钉与圆弧板作径向固定，由于仅起防松作用，所以只要圆弧板的内径与半圆环的外径D1相同，长度为1.2倍的B1+4个螺钉孔，小螺钉只要M＝3即可。

在内圆D₂处加工有微型防滑动尖齿(图17)，用于增加滑动阻力。微型防滑动尖齿可用滚刀等方法加工形成。

为了能够满足分别用于测量扭矩与拉、压力的功能，电阻应变片的粘贴位置与方向分别设计为沿轴线水平、垂直(测拉、压、弯)。测拉、压的应变片与轴线平行四个面各贴一片。两片纵向两片横向，对应面方向相同(图18)。由于传感器弹性体将扭转应力转换成弯曲应力因此在测扭时将应变片按照测弯形式布置，即在截面高度大处的两个对应面上各帖两片，方向相同，应变片与轴线平行(图19)。纵向位置均在距矩形头部顶端h₂+H₂+(3~4)mm处。

本发明的结构设计：

(1)半圆环)——考虑到安装面的作用是必须保证传感器与工作轴能可靠连接，因此其截面要比传感器的工作截面大，这样一是能够保证可靠连接，二是让传感器的所有变形全部集中在工作截面上。如图4至图11所示，D₂＝工作轴直径。微型防滑动尖齿D2/＝D2+(0.1~02)mm。D₁＝D₂+(15~20)mm。D₃＝(D₁+D₂)/2。H₁＝D₂/(2~2.5)。

传感器头部安装槽(T形槽)，H₂＝H₁/(1.5~2)。B₁＝(0.8~1)H₁。

h₂＝H₁/(2~3)，B₂＝B₁/(1.2~2)。h₁＝(D₁-D₂)/4。

传感器头部安装槽(圆形槽)，d₁＝H₂+(1~2)mm。其余与T形槽相同。

紧固螺栓M＝D₂/(8~10)。数量为4个。

(2)传感器弹性体——传感器弹性体一端为矩形，H₃与H₂采用间隙配合。如图12至图16所示：

B₃＝B₁-(1~2)mm。传感器弹性体另一端为椭圆拄形。分为纵向椭圆球形与横向椭圆球形两种。纵向椭圆球形是测拉、压力的，横向椭圆球形是测弯(扭)的。纵向椭圆球长轴l₁＝d₁，短轴l₂＝d₁-(1~2)mm。横向椭圆球长轴l₁＝d₁，短轴l₂＝d₁-(1~2)mm。传感器中间弹性梁部分中测拉、压力的为矩形截面，b₁＝b₂＝h₁/(2~2.5)。L₀＝b₁(3~5)。传感器中间弹性梁部分中测弯的为矩形截面，b₃＝b₁，b₄＝2 b₃。L₀′＝L₀+(1.2~1.5)mm。

Claims

1.一种卡环式力传感器，包括半圆环，传感器弹性体，电阻应变片，二个半圆环用螺栓连接组成卡环，二个卡环之间通过传感器弹性体连接，传感器弹性体上粘贴有电阻应变片，其特征在于：测拉、压力时，弹性体的一端头部为T形，与一个半圆环中的T形槽纵向相配连接，另一端为纵向椭圆形与另一个半圆环中的圆形槽纵向相配连接，电阻应变片在传感器弹性体上与轴线平行四个面各贴一片，两片纵向两片横向，对应面方向相同，并在同一横截面上，纵向位置在距矩形头部顶端h₂+H₂+(3~4)mm处；测扭矩力时，弹性体的一端头部为T形，与一个半圆环中的T形槽纵向相配连接，另一端为横向椭圆形与另一个半圆环中的圆形槽横向相配连接，电阻应变片在传感器弹性体上截面高度处的两个对应面上各帖两片，方向相同，并在同一横截面上。

2.根据权利要求1所述的卡环式力传感器，其特征在于：所述传感器头部安装T形槽：厚度H₂＝H₁/(1.5~2)，宽度B₁＝(0.8~1)H₁，深度h₁＝(D₁-D₂)/4；；直槽高度h₂＝H₁/(2~3)，直槽宽度B₂＝B₁/(1.2~2)。

3.根据权利要求1所述的卡环式力传感器，其特征在于：所述传感器头部安装圆形槽：直径d₁＝H₂+(1~2)mm，其余与T形槽相同。

4.根据权利要求1所述的卡环式力传感器，其特征在于：所述传感器弹性体一端T形厚度H₃与传感器头部安装T形槽厚度H₂间隙配合，宽度B₃＝B₁-(1~2)mm。

5.根据权利要求1所述的卡环式力传感器，其特征在于：所述传感器弹性体纵向椭圆球长轴l₁＝d₁，短轴l₂＝d₁-(1~2)mm，横向椭圆球长轴l₁＝d₁，短轴l₂＝d₁-(1~2)mm。

6.根据权利要求1所述的卡环式力传感器，其特征在于：在所述卡环内圆壁上处开有用于增加滑动阻力的微型防滑动尖齿，微型防滑动尖齿底径D2’＝D2+(0.1~02)mm。