CN104482960A - 集位移与力测试为一体的传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种集位移与力测试为一体的传感器，具有一个与被测构件连结或接触的力传感器，所述力传感器上端通过导向套筒连接导向柱，导向柱上面连接上端盖，上端盖与导向套筒之间装有工作弹簧，用于工作弹簧压缩时引起的力或位移以及当导向柱与导向套筒底座接触时的工作力传递给力传感器。本发明利用传感器的独特结构测试原理，将位移与力传感器组合在一起，能够可靠、方便与精确的同时、同点检测力与位移。
Description
技术领域
本发明涉及一种传感器，尤其是一种集位移与力测试为一体的传感器。
背景技术
位移传感器与力传感器是机械工程中最常见的传感器，其应用范围广泛，大多数的机械工程控制技术中都会使用到这两种传感器。有些可能是单独使用也有些需要同时使用。在实际工程中还有些特殊的应用要求，如在某一个工作点上要求同时检测其工作载荷和工作位移，如某设备中工作汽缸的工作载荷与工作位移。此时传统的位移传感器与力传感器必须联合使用才能满足现场工程要求，这样就必须解决几个问题，一是受到测试点设备空间的影响，难以同时放置两套传感器，二是必须解决同一测试点的问题，如果力测试点与位移测试点不在同一测试位置时就会产生一定的误差。
发明内容
本发明是要提供一种集位移与力测试为一体的传感器，利用传感器的独特结构测试原理，将位移与力传感器组合在一起，能够可靠、方便与精确的同时、同点检测力与位移。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种集位移与力测试为一体的传感器，具有一个与被测构件连结或接触的力传感器，所述力传感器上端通过导向套筒连接导向柱，导向柱上面连接上端盖，上端盖与导向套筒之间装有工作弹簧，用于工作弹簧压缩时引起的力或位移以及当导向柱与导向套筒底座接触时的工作力传递给力传感器。
力传感器包括传感器托台、传感器弹性体、传感器上受力面，传感器上受力面与导向套筒底座接触，传感器弹性体上粘贴有用于测力的应变片，传感器托台与外壳连接，用于防止传感器脱落。
外壳下部设有一圈柔性密封圈，柔性密封圈与力传感器的下部接触密封，上部与上端盖用螺栓连接。
上端盖上部与执行机构连接，侧面与外壳连接，下部与导向柱连接。
导向柱的测力部位布置有一组应变片，用于测试侧向载荷，防止、修正在安装时传感器上、下部件的偏心以及工作中的侧向载荷影响。
本发明的有益效果是：
1．可以满足一个工作点上同时检测其工作载荷和工作位移的要求。
2．可以成为单独的力传感器或单独的位移传感器进行工作以及力传感器、位移传感器同时工作。
3．偏心载荷的测试机构可以方便地进行安装不对中或载荷偏心的检测与修正。
4．安装、使用、与测试物理量选择变换方便。
5．有较高的测试精度与易形成产品的系列化。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是力传感器结构示意图；
图3是导向套筒结构示意图；
图4是外壳结构示意图；
图5是上端盖结构示意图；
图6是导向柱结构示意图；
图7是图6的左视图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种集位移与力测试为一体的传感器，包括力传感器1、导向套筒2、外壳3、工作弹簧4、上端盖5、导向柱6、侧弯力测试应变片7、接线柱8、柔性密封件9、外壳与传感器托台定位螺栓10、外壳与上端盖固定螺栓11。
力传感器1上端通过导向套筒2连接导向柱6，导向柱6上面连接上端盖5，上端盖5与导向套筒2之间装有工作弹簧4，用于工作弹簧压缩时引起的力或/和导向柱与导向套筒底座接触时的工作力传递给力传感器。
（1）力传感器1（图2）：主要承受在位移时由工作弹簧4压缩时力引起的力或和导向柱6与导向套筒2底座接触时的工作力。根据弹簧特性可以知道，弹簧在压缩时会产生压缩力，其力值的大小可根据理论计算公式得知：P=Kx。P为弹簧力，K为弹簧的刚性系数，为弹簧特有的结构参数并为常数。x为弹簧的位移，呈线性关系。因此只要通过力传感器1的测试值就可以知道弹簧的位移即被测对象的位移。当导向柱6与导向套筒2底座接触时传感器测试值为弹簧力与导向柱6与导向套筒2底座接触后的载荷力的叠加。力传感器1上受力面与导向套筒2底座接触。
力传感器1包括传感器下受力面21、传感器托台22、传感器弹性体23、传感器上受力面24。传感器弹性体23部位，是传感器的测力单元，用于粘贴应变片。传感器托台22部位，用于和外壳3的托圈连接防止传感器脱落。传感器下受力面21，用于和被测构件连接或接触。
（2）导向套筒2（图3）：B部与导向柱6滑动配合，A部与测力传感器受力面及受力面侧面接触，进行载荷传递与径向约束。C部套有工作弹簧4。工作时与导向柱6形成相对移动，并将工作弹簧4的弹簧力传递给测力传感器。当导向柱6底部与导向套2底部直接接触时可直接进行载荷传递。
（3）外壳3（图4）：用于力传感器1的保护与接线柱8的固定。在其下部密封处13有一圈柔性密封圈9与力传感器1的下部接触密封并可相对运动。下部的托圈12托住传感器托台22。上部与上端盖5用螺栓连接。下部侧面设有螺纹孔14,用于与外壳与传感器托台定位螺栓10连接。
（4）工作弹簧4：在上端盖5与导向套筒2底座有相对位移时工作弹簧4产生压缩位移，其位移产生的压缩力传递给力传感器1，利用弹簧力特性可间接测试位移。初始状态时其预紧力可防止传感器各部件的松动。
（5）上端盖5（图5）：上部与执行机构连接，侧面与外壳3连接，下部与导向柱6连接。与被测构件连接或接触。
（6）导向柱6（图6、7）：在工作中主要起运动导向作用。其测力部位15布置有一组应变片7用于测试侧向载荷，防止、修正在安装时传感器上、下部件的偏心以及工作中的侧向载荷影响。当导向柱6底部与导向套2底部直接接触时可直接进行载荷传递。
（7）侧弯力测试应变片7：用于测试防止安装时传感器上、下部件的偏心以及工作中的侧向载荷。
（8）柔性密封件9：对力传感器1进行密封。
本发明的工作原理：
a) 直接测力：
下压传感器上盖使导向柱底部与导向套底部直接接触，拧紧定位螺栓，传感器成为一个力传感器。测试时只要扣除由弹簧产生的预紧力值即为载荷力值。
b) 力与位移同时测试：
松开定位螺栓，在弹簧力的作用下传感器恢复初始位置，此时仅有微量预紧力。传感器整体安装在测试工作点上，上下面均与被测机构接触。当工作时被测机构或零部件在测试工作点上有上下相对移动时，导向柱与导向套筒各自跟随被测机构或零部件形成相对移动，工作弹簧也产生压缩或回弹，此时可根据弹簧力变化的测试值可间接测试其位移变化，即：可同时测得同一瞬间的位移变化与该位移变化所需的力值大小。
Claims (5)
1.一种集位移与力测试为一体的传感器，具有一个与被测构件连结或接触的力传感器(1)，其特征在于：所述力传感器(1)上端通过导向套筒(2)连接导向柱(6)，导向柱(6)上面连接上端盖(5)，上端盖(5)与导向套筒(2)之间装有工作弹簧(4)，用于工作弹簧压缩时引起的力或位移以及当导向柱与导向套筒底座接触时的工作力传递给力传感器。
2.根据权利要求1所述的集位移与力测试为一体的传感器，其特征在于：所述力传感器包括传感器托台(22)、传感器弹性体(23)、传感器上受力面(24)，传感器上受力面(24)与导向套筒(2)底座接触，传感器弹性体(23)上粘贴有用于测力的应变片，传感器托台(22)与外壳(3)连接，用于防止力传感器脱落。
3.根据权利要求1所述的集位移与力测试为一体的传感器，其特征在于：所述上端盖(5)上部与执行机构连接，侧面与外壳(3)连接，下部与导向柱(6)连接。
4.根据权利要求1所述的集位移与力测试为一体的传感器，其特征在于：所述导向柱(6)的测力部位布置有一组应变片，用于测试侧向载荷，防止、修正在安装时传感器上、下部件的偏心以及工作中的侧向载荷影响。
5.根据权利要求2或3所述的集位移与力测试为一体的传感器，其特征在于：所述外壳(3)下部设有一圈柔性密封圈(9)，柔性密封圈(9)与力传感器(1)的下部接触密封，上部与上端盖(5)用螺栓连接。
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