CN109900414B - 弯矩传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了弯矩传感器，在弹性体的底部设置有与支撑板连接固定的安装法兰，在弹性体顶部设置有用于将导向筒受到的弯矩传导到弹性体上的安装固定面结构；在悬臂梁的正反两面均开设有凹槽，凹槽的底面为弯曲应力感应面，在弯曲应力感应面上贴有用于测量悬臂梁在弯矩作用下的拉、压应力的应变计；上部双悬臂梁结构的四个应变计通过引线组桥后与信号变换器连接；下部双悬臂梁结构的四个应变计通过引线组桥后与信号变换器连接。本发明通过弯矩传感器的独特结构设计，特别地是双悬臂梁结构之间的搭配组合、安装固定面结构的设计，以及应变计的数量、布设位置、可以直接用于控制棒导向筒所受弯矩测量的空间环境，实现两轴弯矩检测。

Description

弯矩传感器

技术领域

本发明属于传感器技术领域，具体涉及弯矩传感器。

背景技术

反应堆中控制链式反应速率在一个预定的水平上，需用吸收中子的材料做成吸收棒，称之为控制棒和安全棒。控制棒用来补偿燃料消耗和调节反应速率。控制棒导向筒在水循环系统中承受着来自水流的横向水力载荷作用。为了评估控制棒导向筒在紧急状况下所受水流作用情况及其损毁程度，需要开展相关试验分析横向水力载荷对控制棒导向筒受力情况的影响，因此需要一款能够实现控制棒导向筒所受横向水力载荷测量的力学传感器。

由于横向水力载荷对导向筒的作用属于力矩，其本质上为弯矩，这要求该力学传感器须具备弯矩测量功能。同时，由于导向筒结构较小，安装密集，所处整体空间狭小，需要在水中长时间使用，这要求该力学传感器还须具备防水、耐腐蚀性能。

经市场调研和查阅文献资料，目前尚无能直接实现控制棒导向筒所受弯矩测量的防水耐腐蚀型力学传感器，而目前能实现力矩测量的传感器通常是采用应变式测量方法的力学传感器。这类传感器采用电阻应变计做为敏感元件，粘贴在特殊结构的弹性体表面，将弹性体表面相应部位的应变转换成电阻相对变化，然后用应变测量仪器将电阻变化转换成电压或电流变化，经放大检波测量记录，由所测应变换算成弹性体所受的力矩。但此类传感器由于结构及安装限制，无法直接用于控制棒导向筒所受弯矩测量的使用环境，更重要的是此类传感器大都无法满足防水耐腐蚀性能要求。

为了解决以上问题我方研发出了弯矩传感器。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供弯矩传感器。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

弯矩传感器，包括弹性体，弹性体包括上、下两组正交布设的双悬臂梁结构,在弹性体的底部设置有与支撑板连接固定的安装法兰，在弹性体顶部设置有用于将导向筒受到的弯矩传导到弹性体上的安装固定面结构；每组双悬臂梁结构均包括两个结构相同且沿弹性体的中心通孔轴线对称的悬臂梁，在悬臂梁的正反两面均开设有凹槽，凹槽的底面为弯曲应力感应面，在弯曲应力感应面上贴有用于测量悬臂梁在弯矩作用下的拉、压应力的应变计；上部双悬臂梁结构的四个应变计通过引线组桥后与信号变换器连接；下部双悬臂梁结构的四个应变计通过引线组桥后与信号变换器连接，信号变换器用于将应变桥路的电阻变化转换成电压变化，并进行放大滤波处理，输出测量电压，再根据该测量电压可以将各个应变换算成弹性体所受的力矩。

本发明的有益效果在于：

本发明的弯矩传感器：

通过独特结构设计，特别地是双悬臂梁结构之间的搭配组合、安装固定面结构的设计，以及应变计的数量、布设位置、可以直接用于控制棒导向筒所受弯矩测量的空间环境，实现两轴弯矩检测。

附图说明

图1为本发明的主视图；

图2为本发明中A-A剖面结构示意图；

图3为本发明的仰视图；

图4为本发明的俯视图；

图5是本发明中实施例10的主视图；

图6是本发明中实施例10的右视图；

图7是本发明中实施例10的仰视图；

图8是本发明中实施例10的俯视图。

图中：1—弹性体，2—腰孔密封盖板，3—防水电缆密封芯，4—贴片区密封盖板，5—应变计，6—弯曲应力感应面，7—腰部过线孔，81—过线通孔，82—连接通孔，9—信号变换器，10—底部密封盖板，11—底部安装槽，12—充气检漏孔堵头，13—工艺孔堵头。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

实施例1，如图1、3、4所示：

弯矩传感器，包括弹性体1，弹性体1包括上、下两组正交布设的双悬臂梁结构,在弹性体1的底部设置有与支撑板连接固定的安装法兰，在弹性体1顶部设置有用于将导向筒受到的弯矩传导到弹性体1上的安装固定面结构；每组双悬臂梁结构均包括两个结构相同且沿弹性体1的中心通孔轴线对称的悬臂梁，在悬臂梁的正反两面均开设有凹槽，凹槽的底面为弯曲应力感应面6，在弯曲应力感应面6上贴有用于测量悬臂梁在弯矩作用下的拉、压应力的应变计5；上部双悬臂梁结构的四个应变计5通过引线组桥后与信号变换器9连接；下部双悬臂梁结构的四个应变计5通过引线组桥后与信号变换器9连接，信号变换器9用于将应变桥路的电阻变化转换成电压变化，并进行放大滤波处理，输出测量电压，再根据该测量电压可以将各个应变换算成弹性体1所受的力矩。

上、下两组正交布设的双悬臂梁结构为两个结构相同且沿中心通孔轴线对称的悬臂梁，其每个悬臂梁均为弯曲应力感应梁；悬臂梁的正反两面均开设有凹槽，凹槽的底面为弯曲应力感应面6，在弯曲应力感应面6上贴有用于测量悬臂梁在弯矩作用下的拉、压应力的应变计5，构成敏感元件。本实施例能够将受到的弯矩变化通过弹性体1内嵌的应变计5及其组成桥路精确转换为相应电压的线性变化；使得本申请具备两轴弯矩测量功能，可以精确测量导向筒在横向水力载荷下所受的弯矩。

实施例2，如图2、3、4所示：

本实施例与实施例1的区别在于：

弹性体1还包括位于两组双悬臂梁结构之间的腰部结构，在腰部结构的侧面设置有四个腰部过线孔7，四个腰部过线孔7围绕腰部结构的中轴线均匀布设，相邻腰部过线孔7之间通过连接通孔82连通，每个腰部过线孔7通过一过线通孔81上接上部一个邻近的悬臂梁的凹槽，每个腰部过线孔7通过另一过线通孔81下接下部一个邻近的悬臂梁的凹槽；在弹性体1的底部还设置有底部安装槽11，底部安装槽11通过四个过线通孔81分别与下部的悬臂梁的凹槽连通，信号变换器9设置在底部安装槽11内；上部四个应变计5的引线分别通过四个过线通孔81穿入四个腰部过线孔7，四个引线再穿过四个连接通孔82完成组桥后经一下部悬臂梁的凹槽、过线通孔81后与信号变换器9连接，下部四个应变计5的引线分别通过四个过线通孔81穿入底部安装槽11完成组桥后与信号变换器9连接。

把上组双悬臂梁结构凹槽中的应变计5引线导引通过过线通孔81、连接通孔82后在腰部过线孔7中组桥，把下组双悬臂梁结构凹槽中的应变计5引线导引通过过线通孔81后在底部安装槽11中组桥，组桥后再与信号变换器9进行信号连接，使得整个传感器结构紧凑、整洁美观。

实施例3：

本实施例与实施例2的区别在于：

在腰部过线孔7和底部安装槽11内设置有用于引线排布的排布引线端子。

排布引线端子的作用是用于应变计组桥并将各引线排布的更加规整美观。

实施例4：如图1所示；

本实施例与实施例2的区别在于：

在悬臂梁的左右朝向上设置有中部腰孔。

实施例5：如图1和图3所示；

本实施例与实施例2的区别在于：

弯矩传感器还包括：

用于悬臂梁的凹槽密封的贴片区密封盖板4；

用于腰部过线孔7密封的腰孔密封盖板2；

用于底部安装槽11密封的底部密封盖板10。

采用贴片区密封盖板4、腰孔密封盖板2和底部密封盖板10把敏感元件(应变计5)及信号变换器9全部密封到弹性体1内部，使整个传感器结构紧凑，外表简洁、美观。

实施例6：如图1和图2所示；

本实施例与实施例2的区别在于：

弯矩传感器还包括防水电缆密封芯3，防水电缆密封芯3包括防水屏蔽线缆和密封芯体结构，信号变换器9与防水屏蔽线缆相连。

防水屏蔽线缆用于将信号变换器9的数据信息输出；防水电缆密封芯3由防水屏蔽线缆和密封芯体结构组成，可以实现传感器出线部位的密封防水；

实施例7：

本实施例与实施例6的区别在于：

防水屏蔽线缆为具备耐腐蚀性能的六芯超细防水屏蔽线缆，密封芯体结构、弹性体1均为耐腐蚀型不锈钢材料制成。

采用具有耐腐蚀性能的不锈钢材料加工制作传感器本体(包括弹性体1、各种密封盖板及堵头、防水电缆密封芯3体等所有外露零部件)，把敏感元件(应变片)、信号变换器9等全部置入到弹性体1内部，再采用激光焊接工艺将各种密封盖板、堵头与相应的槽孔、工艺孔进行焊接密封，使得整个传感器具备防水耐腐蚀性能。

实施例8：

本实施例与实施例1的区别在于：

在弹性体1上设置有用于加工过线通孔81的工艺孔，工艺孔堵头13用于工艺孔的密封。

实施例9：

本实施例与实施例1的区别在于：

在弹性体1上设置有用于加注气体以检测传感器密封结构的充气检漏孔，充气检漏孔堵头12用于充气检漏孔的密封。

在完成各密封盖板与相应槽孔之间的焊接密封后，采用激光焊接工艺将工艺孔堵头13与普通工艺孔进行焊接密封，然后在水中利用气体检漏法通过充气检漏孔对传感整体进行防水密封性能检测，待确认传感器的整体防水密封性能符合使用要求后，采用焊接工艺将充气检漏孔堵头12与充气检漏孔进行焊接密封，以实现传感器的整体密封以及防水密封性能检测。

采用具有耐腐蚀性能的不锈钢材料加工制作弹性体1、密封盖板、充气检漏孔堵头12、工艺孔堵头13以及防水电缆密封芯3体，对弹性体1各个弯曲应力感应面6进行打磨，粘贴应变片并组桥，将组桥后的引线清理、归置入相应槽孔及通孔中，并在底部安装槽11中与信号变换器9的输入端进行连接，再将信号变换器9的输出端与防水电缆密封芯3的防水屏蔽线缆相连，再将防水电缆密封芯3安装密封妥当，然后采用激光熔融焊接工艺将工艺孔堵头13与工艺孔、各密封盖板与相应槽孔之间进行密封焊接，再在水中用气体检漏法对传感器整体进行防水密封检漏，确认防水密封性能满足使用要求后采用焊接工艺用充气检漏孔堵头12将充气检漏孔密封，这样即可制成全防水的耐腐蚀型两轴弯矩传感器。

实施例10，如图5-8所示；

本实施例为单轴弯矩传感器，为实施例1-9两轴传感器的单轴版本，其内部结构设计大致相同，主要是在一组双悬臂梁结构弹性体1的底部设置有与支撑板连接固定的安装法兰，在同一组双悬臂梁结构弹性体1顶部设置有用于将导向筒受到的弯矩传导到弹性体1上的安装固定面结构。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其效物界定。

Claims (7)

1.弯矩传感器，其特征在于，包括弹性体，弹性体包括上、下两组正交布设的双悬臂梁结构,在弹性体的底部设置有与支撑板连接固定的安装法兰，在弹性体顶部设置有用于将导向筒受到的弯矩传导到弹性体上的安装固定面结构；每组双悬臂梁结构均包括两个结构相同且沿弹性体的中心通孔轴线对称的悬臂梁，在悬臂梁的正反两面均开设有凹槽，凹槽的底面为弯曲应力感应面，在弯曲应力感应面上贴有用于测量悬臂梁在弯矩作用下的拉、压应力的应变计；上部双悬臂梁结构的四个应变计通过引线组桥后与信号变换器连接；下部双悬臂梁结构的四个应变计通过引线组桥后与信号变换器连接，信号变换器用于将应变桥路的电阻变化转换成电压变化，并进行放大滤波处理，输出测量电压，再根据该测量电压可以将各个应变换算成弹性体所受的力矩；

弹性体还包括位于两组双悬臂梁结构之间的腰部结构，在腰部结构的侧面设置有四个腰部过线孔，四个腰部过线孔围绕腰部结构的中轴线均匀布设，相邻腰部过线孔之间通过连接通孔连通，每个腰部过线孔通过一过线通孔上接上部一个邻近的悬臂梁的凹槽，每个腰部过线孔通过另一过线通孔下接下部一个邻近的悬臂梁的凹槽；在弹性体的底部还设置有底部安装槽，底部安装槽通过四个过线通孔分别与下部的悬臂梁的凹槽连通，信号变换器设置在底部安装槽内；上部四个应变计的引线分别通过四个过线通孔穿入四个腰部过线孔，四个引线再穿过四个连接通孔完成组桥后经一下部悬臂梁的凹槽、过线通孔后与信号变换器连接，下部四个应变计的引线分别通过四个过线通孔穿入底部安装槽完成组桥后与信号变换器连接；

在悬臂梁的左右朝向上设置有中部腰孔。

2.根据权利要求1所述的弯矩传感器，其特征在于：在腰部过线孔和底部安装槽内设置有用于引线排布的排布引线端子。

3.根据权利要求1所述的弯矩传感器，其特征在于，弯矩传感器还包括：

用于悬臂梁的凹槽密封的贴片区密封盖板；

用于腰部过线孔密封的腰孔密封盖板；

用于底部安装槽密封的底部密封盖板。

4.根据权利要求1所述的弯矩传感器，其特征在于，弯矩传感器还包括防水电缆密封芯，防水电缆密封芯包括防水屏蔽线缆和密封芯体结构，信号变换器与防水屏蔽线缆相连。

5.根据权利要求4所述的弯矩传感器，其特征在于，防水屏蔽线缆为具备耐腐蚀性能的六芯超细防水屏蔽线缆，密封芯体结构、弹性体均为耐腐蚀型不锈钢材料制成。

6.根据权利要求1所述的弯矩传感器，其特征在于，在弹性体上设置有用于加工过线通孔的工艺孔，工艺孔堵头用于工艺孔的密封。

7.根据权利要求1所述的弯矩传感器，其特征在于，在弹性体上设置有用于加注气体以检测传感器密封结构的充气检漏孔，充气检漏孔堵头用于充气检漏孔的密封。