CN104374497B - 一种双向测力传感器系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种双向测力传感器系统，包括拉力传感器、内框架、外框架和铰制螺栓，其中：所述拉力传感器位于整个结构的中间，所述内框架位于所述拉力传感器和所述外框架之间，即所述外框架位于最外层；所述内框架与所述拉力传感器通过连接件固定并锁紧；所述外框架与所述拉力传感器也通过连接件固定并锁紧成一个结构体；在所述内框架一侧安装有一所述铰制螺栓，在所述外框架的一侧也安装有一所述铰制螺栓，测量时被测力作用于所述铰制螺栓。本发明所述系统结构简单，简单可行，扩大了单项力传感器使用用途的作用。
Description
技术领域
本发明涉及测试技术领域，具体地，涉及一种双向测力传感器系统。
背景技术
当前在工程上遇到单个方向的力(拉力或压力)需要测量时，解决的方法之一是使用拉力传感器或是使用压力传感器，如果遇到的是即有拉力也有压力的测量问题时，则只能使用拉压力传感器进行测量。如果某单位现在仅拥有单向测力传感器，那么，如果需要测量双向力时，一般情况下只能去采购双向测力传感器,经过一定的周期后才能开始测量工作。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种双向测力传感器系统，该系统在不改变传感器内部测量电路和传感器本身结构的条件下，仅使用单向测力(拉力或压力)传感器就可以进行双向力(既可以测量拉力也可测量压力)的测量，即在这个单向力传感器的基础上仅通过增加若干个非常简单的零件即可实现双向力测量。
为实现以上目的，本发明提供一种双向测力传感器系统，包括拉力传感器、内框架、外框架和铰制螺栓，其中：所述拉力传感器位于整个结构中间，所述内框架位于所述拉力传感器和所述外框架之间，即所述外框架位于最外层；所述内框架与所述拉力传感器固定并锁紧；所述外框架与所述拉力传感器固定并锁紧成一结构体；在所述外框架的一侧设置有U型开口，并在该开口处安装一铰制螺栓；在所述内框架的与所述内框架相对的另一侧也设置有U型开口，并在该开口处安装一铰制螺栓；测量时被测力作用于两个所述铰制螺栓上。
优选地，所述拉力传感器的左右两端分别设置有一螺纹孔，所述内框架、所述外框架的左右两侧中间位置分别设置有通孔，连接件分别穿过内、外框架的通孔后再分别拧入所述拉力传感器上的螺纹孔，从而实现所述拉力传感器与所述内框架、所述外框架的连接固定。
优选地，所述内、外框架为方形框架但不限于方形框架，可以是其他结构形式。
优选地，所述连接件可以是相互配合的螺栓、螺母等，但不限于螺栓、螺母。
优选地，所述拉力传感器可以为S型拉力传感器等，但不限于S型拉力传感器。
本发明的测量原理：
假设被测力分别作用在两个所述铰制螺栓的螺杆上，并垂直于螺栓轴线，被测力的方向远离所述拉力传感器(←传感器→)或指向所述拉力传感器(→传感器←)；
受力情况一：当被测力为远离所述拉力传感器的方向时，即作用力方向垂直于两个所述铰制螺栓的轴线，对于所述外框架来说，运动趋势是向左，即通过固定于外框架上的铰制螺栓将力传递到所述外框架上,所述外框架又通过其用于与所述拉力传感器连接固定的螺栓、螺母将力作用到所述拉力传感器的左侧，即所述拉力传感器的左侧受力是向左的；与此同时，对所述内框架来说，运动趋势是向右，即通过固定于内框架上的铰制螺栓将力传递到所述内框架上,所述内框架又通过其用于与所述拉力传感器连接固定的螺栓、螺母将力作用到所述拉力传感器的右侧，即所述拉力传感器的右侧受力是向左的，那么，此时所述拉力传感器受到一对拉伸力；
受力情况二：当被测力为指向所述拉力传感器的方向时，即作用力方向垂直与两个所述铰制螺栓的轴线，对于所述外框架来说，运动趋势是向右的，即通过固定于外框架上的铰制螺栓将力传递到所述外框架上,所述外框架又通过其用于与所述拉力传感器连接固定的螺栓、螺母将力作用到所述拉力传感器的右侧，即所述拉力传感器的右侧受力方向是向右的；与此同时，对所述内框架来说，固定于内框架上的铰制螺栓将力传递到所述内框架上，所述内框架又通过其用于与所述拉力传感器连接固定的螺栓、螺母将力作用到所述拉力传感器的左侧，即所述拉力传感器的左侧受力方向是向左的，这时，所述拉力传感器受到的仍是一对拉伸力；
这样，无论外部作用力是拉力还是压力，通过本系统均可将所受到的力转变为拉力传感器能接受的拉力。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明简单可行，成本低廉，特别是在应急时，如果手上只有单向测力传感器而没有双向测力传感器的情况下，不失为一种有效的测力方法和解决方案，这样还具有扩大单项力传感器使用用途的作用。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1a、图1b为本发明一实施例的结构示意图；
图2为图1所示结构左视图；
图3a、图3b为本发明一实施例S型拉力传感器结构示意图；
图4a、图4b、图4c为本发明一实施例内框架结构示意图；
图5a、图5b、图5c为本发明一实施例外框架结构示意图。
图中：1、15为铰制螺栓，2、4、5、6、10、11、13、14为M8螺母(包括M8垫圈)，3、12为普通螺栓，7为S型拉力传感器，8为内框架，9为外框架。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
本实施例提供一种双向测力传感器系统，其中的S型拉力传感器7使用的是上海某公司的NS型号的拉力传感器，即只能测量拉力，结构尺寸图如图3a、图3b所示，基本信息如下：
量程:0～50kg
供电:24V
输出:0～5V
精度等级(％F.S):0.3
其他组成部件包括：两个M8×50铰制螺栓1和15，两个连接用的M8×75普通螺栓3和12，内框架8(结构示意图如图4a、图4b、图4c所示)，外框架9(结构示意图如图5a、图5b、图5c所示)，八个M8螺母(包括M8垫圈)2、4、5、6、10、11、13、14。
上述部件相互连接与位置关系如图1a、图1b、图2所示：
S型拉力传感器7位于整个结构中间，内框架8位于S型拉力传感器7和外框架9之间(即外框架9位于最外层)；S型拉力传感器7两端分别设置有一个M8螺纹孔，普通螺栓3分别从外框架9和内框架8左侧中间的Φ9孔中穿过后，再拧入S型拉力传感器7左侧的螺纹孔中；同理，普通螺栓12分别从外框架9和内框架8的右侧中间的Φ9孔中穿过后，再拧入S型拉力传感器7右侧的螺纹孔中；为了将内、外框架8、9与S型拉力传感器7连接在一起，使用螺母6和10分别将普通螺栓3和12与S型拉力传感器7固定在一起并锁紧，使用螺母5和11通过普通螺栓3和12将内框架8与S型拉力传感器7固定在一起，使用螺母4和13通过普通螺栓3和12将外框架9与S型拉力传感器7固定在一起并锁紧成为一个结构体；为了能够测量力，在内框架8的一侧(如图1b右侧)U形开口处安装有铰制螺栓1和螺母2，同理在外框架9的一侧(如图1b左侧)U形开口处安装有铰制螺栓15和螺母14，测量时被测力可作用在铰制螺栓1和15上。
测试结果:
假设被测力20kg，分别作用在M8×50铰制螺栓1和15的螺杆上，即垂直于螺栓轴线，加载数据如下:
标准载荷(kg):20 40
输出值(V):2.010 3.989
受力情况一：当被测力为远离S型拉力传感器7的方向时，即作用力方向垂直与铰制螺栓1和15的轴线。对于外框架9来说，运动趋势是向左，即通过铰制螺栓1将力传递到外框架9上，外框架9又通过螺母4和螺栓3将力作用到S型拉力传感器7的左侧，即S型拉力传感器7的左侧受力是向左的；与此同时，对内框架8来说，运动趋势是向右，即通过铰制螺栓15将力传递到内框架8上，内框架8又通过螺母11和螺栓12将力作用到S型拉力传感器7的右侧，即S型拉力传感器7的右侧受力是向左的，那么，此时S型拉力传感器7受到一对拉伸力。
受力情况二：当被测力为指向S型拉力传感器7的方向时，即作用力方向垂直与铰制螺栓1和15的轴线。对于外框架9来说，运动趋势是向右的，即通过铰制螺栓1将力传递到外框架9上，外框架9又通过螺母13和螺栓12将力作用到S型拉力传感器7的右侧，即S型拉力传感器7的右侧受力方向是向右的；与此同时，对内框架8来说，铰制螺栓15将力传递到内框架8上，内框架8又通过螺母4和螺栓3将力作用到S型拉力传感器7的左侧，即S型拉力传感器7的左侧受力方向是向左的，这时，S型拉力传感器7受到的仍是一对拉伸力。
本发明在不改变S型拉力传感器内部测量电路和传感器本身结构的条件下，仅使用单向测力(拉力或压力)传感器就可以进行双向力(既可以测拉力也可测量压力)的测量，即在单向力传感器的基础上仅通过增加若干个非常简单的零件而实现双向力测量。本发明简单可行，成本低廉。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。
Claims (5)
1.一种双向测力传感器系统，其特征在于，包括拉力传感器、内框架、外框架和铰制螺栓，其中：所述拉力传感器位于整个结构中间，所述内框架位于所述拉力传感器和所述外框架之间，即所述外框架位于最外层；所述内框架与所述拉力传感器固定并锁紧；所述外框架与所述拉力传感器固定并锁紧成一结构体；在所述外框架的一侧设置有U型开口，并在该开口处安装一铰制螺栓；在所述内框架的与所述外框架相对的另一侧也设置有U型开口，并在该开口处安装一铰制螺栓；测量时被测力作用于两个所述铰制螺栓上。
2.根据权利要求1所述的一种双向测力传感器系统，其特征在于，所述拉力传感器的左右两端分别设置有一螺纹孔，所述内框架、所述外框架的左右两侧中间位置分别设置有通孔，连接件分别穿过内、外框架的通孔后再分别拧入所述拉力传感器上的螺纹孔，从而实现所述拉力传感器与所述内框架、所述外框架的连接固定。
3.根据权利要求1所述的一种双向测力传感器系统，其特征在于，所述内、外框架为方形框架。
4.根据权利要求2所述的一种双向测力传感器系统，其特征在于，所述连接件包括相互配合的螺栓、螺母。
5.根据权利要求1所述的一种双向测力传感器系统，其特征在于，所述拉力传感器为S型拉力传感器。
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