CN105424239A - 一种π型二分力传感器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种π型二分力传感器，包括：π型的支架和两个应变片组合，每个所述应变片组合包含多个应变片；其中，第一应变片组合中的所有应变片均匀分布于支架腿部的外侧壁上，第二应变片组合中的所有应变片均匀分布于所述支架腿部的两个内侧壁上，每个所述应变片上均覆有软质防水胶；所述第一应变片组合和所述第二应变片组合中的所有应变片均分别进行桥式连接。本发明制作简易、结构简单、成本低廉、精度高、可以在水下使用且可以同时进行两个方向的受力测量。

Description

一种π型二分力传感器

技术领域

本发明涉及测力仪器技术领域，特别涉及一种π型二分力传感器。

背景技术

在各种水槽模型实验中，经常需要测量被测模型在水下的各种受力。对于体积质量都比较小、细微或柔性的被测模型，如网片上的网线，如果需要传感器与网线直接在水下相连接测量网线的张力的话，通常是需要测量横向(X方向)和纵向(Y方向)两个分力并且能独立测量。

多分力仪中，六分力仪相对笨重，用于测量细微柔性构件诸如网线时并不能达到良好的效果，甚至可能不适用。而三分力仪的话，有些体积也不小，体积小的通常价格昂贵。如果选用两个普通力传感器，则会给安装设计带来新的困难，且也会占据较大空间。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能够进行二分力测量的π型二分力传感器。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种π型二分力传感器，包括：π型的支架和两个应变片组合，每个所述应变片组合包含多个应变片；

其中，第一应变片组合中的所有应变片均匀分布于支架腿部的外侧壁上，第二应变片组合中的所有应变片均匀分布于所述支架腿部的两个内侧壁上，每个所述应变片上均覆有软质防水胶；

所述第一应变片组合和所述第二应变片组合中的所有应变片均分别进行桥式连接。

本发明的有益效果是：本发明是对传感器的结构进行特别设计的应变式电阻传感器，第一应变片组合中的所有应变片均匀分布于支架腿部的外侧壁上，第二应变片组合中的所有应变片均匀分布于所述支架腿部的两个内侧壁上，能够提高测量精度，并且结构简单，制作工艺简单，成本低廉；由于每个所述应变片上均覆有软质防水胶，所以适用于水下的网渔具及网线的受力测量，也适用于其他各种二分力测量的情况。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，每个所述应变片组合包含四个应变片，其中，每两个应变片设置于同一个支架腿部。

采用上述进一步方案的有益效果是便于连接成电桥，且提高测量精度。

进一步，所述支架的支架腿部的末端设置有用于固定所述π型二分力传感器的第一固定孔。

采用上述进一步方案的有益效果是方便固定传感器，便于使用。

进一步，每个所述支架腿部还设置有用于固定测量物体的第二固定孔。

采用上述进一步方案的有益效果是方便固定测量物体，便于使用。

附图说明

图1为本发明主视图；

图2为本发明仰视图；

图3为本发明右视图；

图4为本发明第一应变片组合的电路原理图；

图5为本发明第二应变片组合的电路原理图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、支架，2、应变片，3、支架腿部，4、支架横梁，5、第一固定孔，6、第二固定孔。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1所示，在本公开的一个实施例中，提供一种π型二分力传感器，包括：π型的支架1和两个应变片组合，每个所述应变片组合包含多个应变片2。

在本公开实施例中，每个所述应变片组合包含四个应变片，其中，每两个应变片设置于同一个支架腿部3。

在实际应用中，可以通过控制π型二分力传感器的尺寸以及支架腿部的厚度、长度来调节传感器的量程和敏感度，“π”型传感器中两条支架腿部3的粗细长短可以影响和控制传感器的灵敏度以及量程，支架腿部3越细越长，则灵敏度相对越高，量程相对越小。

其中，第一应变片组合中的所有应变片2均匀分布于支架腿部的外侧壁上，如图1中G22、G21、G12和G11所示，第二应变片组合中的所有应变片2均匀分布于所述支架腿部3的两个内侧壁上，如图1中N22、N21、N12和N11所示，每个所述应变片2上均覆有软质防水胶。

在实际应用中，第一应变片组合可以用于利用π型二分力传感器横向拉伸测量横向力，在两条支架腿部3的外侧中心线位置分别上下各贴一个；第二应变片组合可以利用π型二分力传感器垂直受力的弯矩测量纵向力，在两条支架腿部3的内侧中心线位置分别上下各贴一个。

由于在实际应用中可能进行水下的二分力测量，因此在完成应变片的贴片放置24小时后，需要对π型二分力传感器进行防水处理。一般对应变片做防水处理的时候通常采用涂抹玻璃胶封护，因该π型二分力传感器贴片处较薄且反应敏感，采用过多的硬质玻璃胶反而会影响应变片的正常变形，导致撤销受力之后应变片不能迅速恢复，所以在π型二分力传感器的两腿贴片处均匀涂以适量的软质防水胶。涂完胶后，可以放置一天等待胶质固化。完成这些之后，再对π型二分力传感器进行防水测试，接通电路，让π型二分力传感器在水中试运作一天，期间偶尔进行拉伸与弯曲检验，检查π型二分力传感器是否运作正常，防水胶有否漏水现象。π型二分力传感器的材质可以使用青铜。

所述第一应变片组合和所述第二应变片组合中的所有应变片2均分别进行桥式连接。

如图2所示，所述支架的支架腿部3的末端设置有用于固定所述π型二分力传感器的第一固定孔5。如图3所示，每个所述支架腿部还设置有用于固定测量物体的第二固定孔6。

如图4和图5所示，第一应变片组合和第二应变片组合均为四臂全桥连接方式，ABCD四个端点是与电桥盒相连接的，通常AC为一组，BD为一组，若AC两端加电压，则BD两端进行测量；若BD两端加电压，则AC两端进行测量。

第一应变片组合和第二应变片组合中的所有应变片均使用同一规格，即所有应变片的原电阻相同。

根据ABCD四个端点的测量值计算横向力和纵向力方法:

若BD端加电压，AC端进行测量，在电压值为U，每个应变片电阻为R，则(1)对π型传感器的测力连接点受到水平拉伸(X方向)时，则测量电压值变化为：

${\mathrm{\ΔU}}_T=\frac{U}{4R}(\mathrm{\Δ}G22-\mathrm{\Δ}G21+\mathrm{\Δ}G12-\mathrm{\Δ}G11)$

(2)当π型传感器的测力连接点垂直受力(Y方向)时，则测量电压值变化为：

${\mathrm{\ΔU}}_B=\frac{U}{4R}(\mathrm{\Δ}N22-\mathrm{\Δ}N12+\mathrm{\Δ}N21-\mathrm{\Δ}N11)$

采取这样连接的原因在于：

当对π型传感器拉伸(X方向)时，ΔU_T的测量值的变化会非常敏感，而ΔU_B几乎没有变化；

当π型传感器垂直按压受力(Y方向)时，ΔU_B的测量值的变化会非常敏感，而ΔU_T几乎没有影响。

因此采用以上方式实现对X方向力和Y方向力的同步测量。

在实际应用中，可以在空气中和水下进行测试，做拉伸与弯曲的检验，检测传感器是否运作正常。

检测方法如下：分别对π型二分力传感器的水平受力和垂向受力进行标定测试。固定一端，另一端加砝码。做垂向受力标定时，每次砝码增量为100g，受力依次为0.98N、1.96N、2.94N、3.92N；然后依次逐步拿掉砝码，降到0。做水平向的标定时，每次砝码增量为500g,受力依次为4.9N、9.8N、14.7N、19.6N，然后依次逐步拿掉砝码，降到0。在标定中，逐步减少砝码的回复过程，其曲线与逐渐增加砝码的应力应变曲线相重合，回复效果非常好。无论水平受力还是垂向受力，标定线性系数均达到R2≥0.9999，且精度很高。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种π型二分力传感器，其特征在于，包括：π型的支架和两个应变片组合，每个所述应变片组合包含多个应变片；

其中，第一应变片组合中的所有应变片均匀分布于支架腿部的外侧壁上，第二应变片组合中的所有应变片均匀分布于所述支架腿部的两个内侧壁上，每个所述应变片上均覆有软质防水胶；

所述第一应变片组合和所述第二应变片组合中的所有应变片均分别进行桥式连接。

2.根据权利要求1所述的π型二分力传感器，其特征在于，每个所述应变片组合包含四个应变片，其中，每两个应变片设置于同一个支架腿部。

3.根据权利要求1所述的π型二分力传感器，其特征在于，所述支架的支架腿部的末端设置有用于固定所述π型二分力传感器的第一固定孔。

4.根据权利要求1所述的π型二分力传感器，其特征在于，每个所述支架腿部还设置有用于固定测量物体的第二固定孔。