CN105823580A - 带有过载保护功能的开口型大横向刚度剪切式载荷传感器 - Google Patents

Abstract

带有过载保护功能的开口型大横向刚度剪切式载荷传感器，包括底座，底座上的刚性柱、弹性梁、承力柱、保险凸台，粘贴在弹性梁中线上，沿±45°分布的应变片，安装在上方的传感器上罩壳、承力凸台，以及布置在传感器罩壳内的测量电路；本发明传感器具有过载保险功能，依据测量载荷上限合理设计保险凸台与底座之间的浮空间隙，保证过载工况下保险凸台与底座接触，阻止弹性梁的进一步剪切变形，从而使传感器工作在设定的区间内，防止发生过载破坏；本发明在保证传感器测量精度的同时，使用剪切梁作为测量的弹性元件，大幅提升了传感器的横向刚度，提升了传感器的稳定性与可靠性；传感器±45°的应变片布置方式与全桥测量电路接法具有温度补偿功能，改善了传感器的测量精度。

Description

带有过载保护功能的开口型大横向刚度剪切式载荷传感器

技术领域

本发明涉及一种检测油田游梁式抽油机光杆载荷的传感器，具体涉及一种带有过载保护功能的开口型大横向刚度剪切式载荷传感器。

背景技术

游梁式抽油机是目前石油开采中应用最为广泛的采油设备，为了能够掌握抽油机系统的工作状态，常采用功图的方法进行测量，光杆实时载荷测量是其中必不可少的一个环节，目前所使用的光杆载荷传感器，多采用测量柱形弹性元件受压应变的方式进行载荷测量，而单纯的弹性柱在大载荷测量中无法抵抗复杂工况所带来的偏心加载、非法向加载。轻者产生难以估计的测量误差，重者甚至造成传感器破坏酿成生产事故。因此迫切需要一种具有大横向刚度的载荷传感器，

发明内容

为了满足上述需求，本发明的目的在于提出一种带有过载保护功能的开口型大横向刚度剪切式载荷传感器，传感器采用横向刚度更高，稳定性更好的梁式弹性结构替代现有传感器中的柱式弹性结构，采用全桥电路测量，测量系统自身具有温度补偿的特性，且增加了过载保险的设计，大幅提升了传感器工作的稳定性与可靠性，同时根据不同测量需求具有较强的可设计性。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种带有过载保护功能的开口型大横向刚度剪切式载荷传感器，具有左右对称的几何形式，包括底座1，设置在底座1上的两个侧向刚性柱2-1和中心刚性柱2-2，跨连在侧向刚性柱2-1和中心刚性柱2-2间、浮空于底座1上的弹性梁3，位于每个弹性梁中间的承力柱4，位于承力柱4下方、浮空于底座1上的保险凸台5，以及沿+45°、-45°布置、粘贴在弹性梁3两侧，处于承力柱4与侧向刚性柱2-1和中心刚性柱2-2之间的应变片6，还包括传感器上罩壳7，安装在传感器上罩壳7内部的测量电路8，安装在罩壳7上方，与承力柱4通过螺纹连接的承载凸台9。

中心刚性柱2-2两侧的弹性梁3形成两组梁式弹性元件，通过两组梁式弹性元件的剪切变形来测量传感器所受到的载荷。

所述两组梁式弹性元件，根据需要设计成不同的夹角布置，使得传感器在平面内的两个方向上都有预设的横向刚度。

所述保险凸台5与底座1之间的间隙根据传感器的量程上限进行设计，达到设计载荷上限时保险凸台5恰好与底座1接触，防止对传感器造成破坏，具有过载保险功能。

所述底座1上开有中心缺口，所述侧向刚性柱2-1、弹性梁3以及承力柱4对称地分别在中心缺口的两侧。

所述底座1与侧向刚性柱2-1、中心刚性柱2-2、弹性梁3、承力柱4以及保险凸台5由一整块材料一体加工而成，以保证连接可靠、耐用。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1、横向刚度大，梁式弹性元件相比于柱形弹性元件具有更好的横向稳定性，梁式弹性元件呈一定角度布置能更有效的提升平面内x、y两个方向的横向刚度，可以抵抗难以预料的非法向加载、偏心加载等复杂工况。

2、在剪切梁中间设计有过载保险，过载情况下弹性梁与底座接触，防止进一步破坏变形，提升了传感器的可靠性。

3、梁式结构相比于传统的柱式结构，纵向上的几何尺寸更小，因此传感器的高度更低，可以设计成更为轻薄，便于安装的形式。

4、本发明的载荷传感器采用开口式设计，便于快速的进行现场安装，拆卸维护，具有很强的便捷性。

5、+45°，-45°分布的应变片为拉压对称的形式，采用全桥电路方法进行测量，提升传感器灵敏度的同时自身具有温度补偿功能，能够在不同环境温度下保证传感器测量结果的精确性。

附图说明

图1为本发明传感器的爆炸示意图，

图2为本发明传感器的局部示意图，

图3为本发明传感器的局部侧视图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

如图1和图2、图3所示，本发明一种带有过载保护功能的开口型大横向刚度剪切式载荷传感器，具有左右对称的几何形式，包括底座1，设置在底座1上的两个侧向刚性柱2-1和中心刚性柱2-2，跨连在侧向刚性柱2-1和中心刚性柱2-2间、浮空于底座1上的弹性梁3，位于每个弹性梁中间的承力柱4，位于承力柱4下方、浮空于底座1上的保险凸台5，以及沿+45°、-45°布置、粘贴在弹性梁3两侧，处于承力柱4与侧向刚性柱2-1和中心刚性柱2-2之间的应变片6，还包括传感器上罩壳7，安装在传感器上罩壳7内部的测量电路8，安装在罩壳7上方，与承力柱4通过螺纹连接的承载凸台9。中心刚性柱2-2两侧的弹性梁3形成两组梁式弹性元件，通过两组梁式弹性元件的剪切变形来测量传感器所受到的载荷。所述两组梁式弹性元件，根据需要设计成不同的夹角布置，使得传感器在平面内的两个方向上都有预设的横向刚度。所述保险凸台5与底座1之间的间隙根据传感器的量程上限进行设计，达到设计载荷上限时保险凸台5恰好与底座1接触，防止对传感器造成破坏，具有过载保险功能。

作为本发明的优选实施方式，所述底座1上开有中心缺口，所述侧向刚性柱2-1、弹性梁3以及承力柱4对称地分别在中心缺口的两侧。

作为本发明的优选实施方式，所述底座1与侧向刚性柱2-1、中心刚性柱2-2、弹性梁3、承力柱4以及保险凸台5由一整块材料一体加工而成，以保证上述几个部分之间的连接可靠、耐用。

进行载荷测量时，本发明的测量原理如下：

承载凸台9受到上方载荷的作用，将载荷传递到承力柱4上，由于保险凸台5与弹性梁3浮空在底座1上，弹性梁3依靠梁端的侧向刚性柱2-1和中心刚性柱2-2固定，因此载荷对弹性梁3造成剪切作用，依据材料力学可以推导出，弹性梁3在剪切作用下在中线附近的应变形式为沿+45°、-45°方向分布的拉压正应变。该正应变与弹性梁上所承受的载荷呈线性关系，因此保证了传感器具有良好的线性度。当载荷达到所设计的载荷测量值上限时，弹性梁3发生的形变恰好使保险凸台5接触于底座1上，从而阻止了结构的进一步变形，保证弹性梁3及表面所贴应变片6工作在预设的安全范围之内。

Claims (6)

1.一种带有过载保护功能的开口型大横向刚度剪切式载荷传感器，其特征在于：具有左右对称的几何形式，包括底座(1)，设置在底座(1)上的两个侧向刚性柱(2-1)和中心刚性柱(2-2)，跨连在侧向刚性柱(2-1)和中心刚性柱(2-2)间、浮空于底座(1)上的弹性梁(3)，位于每个弹性梁中间的承力柱(4)，位于承力柱(4)下方、浮空于底座(1)上的保险凸台(5)，以及沿+45°、-45°布置、粘贴在弹性梁(3)两侧，处于承力柱(4)与侧向刚性柱(2-1)和中心刚性柱(2-2)之间的应变片(6)，还包括传感器上罩壳(7)，安装在传感器上罩壳(7)内部的测量电路(8)，安装在罩壳7上方，与承力柱(4)通过螺纹连接的承载凸台(9)。

2.根据权利要求1所述的带有过载保护功能的开口型大横向刚度剪切式载荷传感器，其特征在于：中心刚性柱(2-2)两侧的弹性梁(3)形成两组梁式弹性元件，通过两组梁式弹性元件的剪切变形来测量传感器所受到的载荷。

3.根据权利要求2所述的带有过载保护功能的开口型大横向刚度剪切式载荷传感器，其特征在于：所述两组梁式弹性元件，根据需要设计成不同的夹角布置，使得传感器在平面内的两个方向上都有预设的横向刚度。

4.根据权利要求1所述的带有过载保护功能的开口型大横向刚度剪切式载荷传感器，其特征在于：所述保险凸台(5)与底座(1)之间的间隙根据传感器的量程上限进行设计，达到设计载荷上限时保险凸台(5)恰好与底座(1)接触，防止对传感器造成破坏，具有过载保险功能。

5.根据权利要求1所述的带有过载保护功能的开口型大横向刚度剪切式载荷传感器，其特征在于：所述底座(1)上开有中心缺口，所述侧向刚性柱(2-1)、弹性梁(3)以及承力柱(4)对称地分别在中心缺口的两侧。

6.根据权利要求1所述的带有过载保护功能的开口型大横向刚度剪切式载荷传感器，其特征在于：所述底座(1)与侧向刚性柱(2-1)、中心刚性柱(2-2)、弹性梁(3)、承力柱(4)以及保险凸台(5)由一整块材料一体加工而成，以保证连接可靠、耐用。