CN104791360A - 一种带预紧力和温升监测的智能螺栓 - Google Patents

一种带预紧力和温升监测的智能螺栓 Download PDF

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    • F16B41/00—Measures against loss of bolts, nuts, or pins; Measures against unauthorised operation of bolts, nuts or pins
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Abstract

本发明公开了一种带预紧力和温升监测的智能螺栓，包括螺栓主体，应变片，填充绑定胶，螺栓主体顶部中心位置设置有台阶孔，应变片设置在此台阶孔的小圆孔内，且填充绑定胶填充在此台阶孔的小圆孔内，其特征在于：所述的台阶孔的小圆孔内还设置有温度传感器，且此小圆孔的直径小于2mm，填充绑定胶具有良好的导热功能，台阶孔的大孔内设置有电路板，其电路板上包括信号调理，控制，无线模块，螺栓本体上部设置有天线，天线覆盖了台阶孔的大孔的整个开口部份，天线通过天线连接器与电路板连接。本发明主要涉及工业领域。

Description

一种带预紧力和温升监测的智能螺栓
技术领域
本发明涉及工业领域，尤其涉及一种带预紧力和温升监测的智能螺栓。
背景技术
螺栓预紧力就是在拧螺栓过程中拧紧力矩作用下的螺栓与被联接件之间产生的沿螺栓轴心线方向的预紧力。对于一个特定的螺栓而言，其预紧力的大小与螺栓的拧紧力矩、螺栓与螺母之间的摩擦力、螺母与被联接件之间的摩擦力相关。
预紧可以提高螺栓连接的可靠性、防松能力和螺栓的疲劳强度，增强连接的紧密性和刚性。事实上，大量的试验和使用经验证明：较高的预紧力对连接的可靠性和被连接的寿命都是有益的，特别对有密封要求的连接更为必要。当然，俗话说得好，“物极必反”，过高的预紧力，如若控制不当或者偶然过载，也常会导致连接的失效。因此，准确确定螺栓的预紧力是非常重要的。
采用电阻应变计测量应力的方法，能准确的测量螺栓的预紧力的大小,可以精确到公斤。尤其更适合大型压力容器气密试验前的螺栓的预紧力的检测。
螺栓预紧力测量的现状：
螺栓预紧力传感器分类:
目前市面上常见的螺栓预紧力传感器主要分为两类，一类是直接测量螺栓产生的预紧力，一类是间接测量螺栓预紧力，而间接测量又可衍生出许许多多类型传感器，这里主要介绍针对螺栓预紧力测量的环形垫圈测力传感器。
第一类：测力螺栓/螺栓预紧力传感器
这是一种把螺栓直接作为测力元件的传感器，以最直接的方式将作用在螺栓上的力测量出来，结构简单，测量准确，是科研及力学监测的首选。
第二类：环形垫圈称重传感器
通过增加在螺栓处的垫圈传感器来间接测量螺帽处的压力，从而获得螺栓所受到的预紧力，环形垫圈要有足够的大小以安装感应装置，也是目前螺栓预紧力测试的主要方式之一。
现有方式基本为有线方式，使用不便，另外用于特殊环境的监测，比如高电压环境的紧固螺栓必须保证做到高低电位的隔离，有线方式是无法接受的。另外在振动环境和电气接点环境下，某些情况下螺栓的松动会伴随着发热，单纯的监测螺栓预紧力不足以反应螺栓的工况，现在将预紧力监测和温度监测相结合，能够综合反应螺栓的工况，为故障预警和诊断提供依据。
发明内容
本发明公开了一种带预紧力和温升监测的智能螺栓，用以解决现有技术的不足。
为解决上述问题，本发明的技术解决方案是：
一种带预紧力和温升监测的智能螺栓，包括螺栓主体，应变片，填充绑定胶，螺栓主体顶部中心位置设置有台阶孔，应变片设置在此台阶孔的小圆孔内，且填充绑定胶填充在此台阶孔的小圆孔内，所述的台阶孔的小圆孔内还设置有温度传感器，且此小圆孔的直径小于2mm，填充绑定胶具有良好的导热功能，台阶孔的大孔内设置有电路板，其电路板上包括信号调理，控制，无线模块，螺栓本体上部设置有天线，天线覆盖了台阶孔的大孔的整个开口部份，天线通过天线连接器与电路板连接。
所述的螺栓主体连接有锁紧螺母。
本发明的有益效果是：通过同时监测所连接物体的温度及预紧力，通过将预紧力监测和温度监测相结合，能够综合反应螺栓的工况，为故障预警和诊断提供依据。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的结构示意图；
图中：1-螺栓主体，2－锁紧螺母，3－应变片，4－温度传感器，5－电路板，6－电池，7－处理电路，8－天线，9－填充绑定胶，10-天线连接器，11－台阶孔,12－小圆孔。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。
参见附图1－2，本发明包括螺栓主体1，应变片3，填充绑定胶9，螺栓主体1顶部中心位置设置有台阶孔11，应变片3设置在此台阶孔11的小圆孔12内，且填充绑定胶9填充在此台阶孔11的小圆孔12内，所述的台阶孔11的小圆孔12内还设置有温度传感器4，且此小圆孔12的直径小于2mm，填充绑定胶9具有良好的导热功能，台阶孔11的大孔内设置有电路板5，其电路板5上包括信号调理，控制，无线模块，螺栓本体1上部设置有天线8，天线8覆盖了台阶孔11的大孔的整个开口部份，天线8通过天线连接器10与电路板5连接。
所述的螺栓主体1连接有锁紧螺母2。
在实际应用中，台阶孔11的小圆孔12内还设置有温度传感器4，此小圆孔12的直径小于2mm,当直径小于2mm时，经过实验证明，所测得的温度与预紧力的误差值较小，数据参考性价值较高，而随着直径的增大，误差值也进一步增大，且填充绑定胶9具有良好的导热功能，台阶孔11的大孔内设置有电路板5，其电路板5上包括信号调理，控制，无线模块，螺栓本体1上部设置有天线8，天线8覆盖了台阶孔11的大孔的整个开口部份，天线8通过天线连接器10与电路板5连接，因此，此发明中的智能螺栓，不仅可以监测螺栓的预紧力，而且可以同时监测智能螺栓的温度，通过螺栓预紧力和螺栓温度综合判断是否由螺栓松动造成温升状况。
通常此智能螺栓有两种实现方式，一种为有源方式，如图1，小圆孔12内埋入应变片3及温度传感器4，加入填充绑定胶9固化，信号线引出，上端模块包括，信号调理，控制器，无线信号发射模块，电池6，天线8构成。应变片3和温度传感器4输出均为模拟信号，应变力3和温度输出与对应阻值相关，信号调理电路对信号进行放大，之后由控制器的AD将模拟信号转化为数字信号后，通过无线信号发射模块发出，后端接收器接收后转化为对应的螺栓预紧力和螺栓温度，通过螺栓预紧力和螺栓温度综合判断是否由螺栓松动造成温升状况。
第二种方式为无源方式，如图2小圆孔12内埋入应变片3及温度传感器4，加入填充绑定胶9固化，信号线引出，上端模块包括电桥，RFID芯片，天线8构成。应变片3和温度传感器4输出均为模拟信号，应变力和温度输出与对应阻值相关，信号调理电路将信号转化成差分信号，之后输入RFID芯片，由RFID内部的AD将模拟信号转化为数字信号，定期通过读卡器天线发送无线信号查询应变片3和温度信号，后转化为对应的螺栓预紧力和螺栓温度，通过螺栓预紧力和螺栓温度综合判断是否由螺栓松动造成温升状况，此方式配固定的读取装置可以应用于螺栓状况的在线监测，配手持读取装置可以用于定期的巡检，方式灵活。
上述具体实施方式为本发明的优选实施例，并不能对本发明进行限定，其他的任何未背离本发明的技术方案而所做的改变或其它等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种带预紧力和温升监测的智能螺栓，包括螺栓主体，应变片，填充绑定胶，螺栓主体顶部中心位置设置有台阶孔，应变片设置在此台阶孔的小圆孔内，且填充绑定胶填充在此台阶孔的小圆孔内，其特征在于：所述的台阶孔的小圆孔内还设置有温度传感器，且此小圆孔的直径小于2mm，填充绑定胶具有良好的导热功能，台阶孔的大孔内设置有电路板，其电路板上包括信号调理，控制，无线模块，螺栓本体上部设置有天线，天线覆盖了台阶孔的大孔的整个开口部份，天线通过天线连接器与电路板连接。
2.根据权利要求1所述的带预紧力和温升监测的智能螺栓，其特征在于：所述的螺栓主体连接有锁紧螺母。
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