CN110118524A - 一种附着式电阻应变传感器总成及其安装工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种附着式电阻应变传感器总成，包括传感器本体，所述传感器本体下端面两端均安装有基板，两块所述基板之间设有隔热层，所述隔热层覆盖传感器本体下端面，所述传感器本体上方罩设有外罩，所述外罩两端分别安装于两个基板上，所述外罩一侧设有接线端子。可通过电焊将传感器总成安装到结构件上，使传感器总成的现场安装工作大为简化，同时减小了焊接时高温对传感器本体内弹性件性能的影响，使传感器的输出值依旧在预期的范围内，进而可得到较为准确的载荷测量值。提高了传感器总成的可靠性和使用寿命。

Description

一种附着式电阻应变传感器总成及其安装工艺

技术领域

本发明涉及传感器，具体涉及一种附着式电阻应变传感器总成及其安装工艺。

背景技术

一般电阻式应变传感器按载荷值分档系列化，只能用于载荷计量，工作时传感器必须串联接入载荷链中，承受所计量的全载荷。故在选用传感器时，经常需要选用大载荷的传感器。而大载荷的传感器势必尺寸会较大。导致传感器进行现场安装费时、费力，非常麻烦。

为了解决该问题，本申请人于2011年申请了授权公告号为CN102269634B的发明专利，该发明专利公开了 一种附着式电阻应变传感器，包括基座，弹性体，全桥式测量电桥，弹性体上设有六个弹性桥，弹性体沿中轴线划分成上区段、中区段、下区段，且各区段的结构呈左右对称分布，中区段左部和右部形状分别呈工字形，设定左工字的第二笔处为第三弹性桥，右工字的第二笔处为第四弹性桥，全桥式测量电桥的电阻应变片分别布置在第三弹性桥和第四弹性的两侧。

当结构物受载变形时使附着在结构物表面上的传感器获得一个初始信号，该信号通过二次仪表获得一电信号输出，用来对载荷或挠度参数的测量与监控。该种检测方法，在同等测点条件下，一次输出值提高 20％-50％，可选择相对较小承载的传感器。

传感器只能在现场的使用设备结构测点上分两步进行安装：首先用电焊焊接两块基板的两侧缺口处将基板焊接在结构上，待基板温度自然冷却至室温后才能在基板上安装传感器及外罩等组件。安装时间较长，并且必须在设备停工时进行，经常会影响生产。另外，由于现场条件的限制，也会影响传感器的安装质量而影响其工作可靠性。

基于现有结构尺寸弹性体的传感器不能满足现场设备结构测点变形值变化范围大及测点安装尺寸的条件限制。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种附着式电阻应变传感器总成，使传感器安装到结构物上后可得到较为准确的检测结果。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种附着式电阻应变传感器总成，包括传感器本体，所述传感器本体下端面两端均安装有基板，两块所述基板之间设有隔热层，所述隔热层覆盖传感器本体下端面，所述传感器本体上方罩设有外罩，所述外罩两端分别安装于两个基板上，所述外罩一侧设有接线端子。

通过采用上述技术方案，在安装时不需要分步骤安装，直接通过将基板焊接到结构上后，就完成了整个传感器总成的安装，提高到安装效率。同时由于传感器本体、外罩等均是在工厂内就安装好，不需要在现场安装，故提高了传感器的安装质量，使其具有较好的工作可靠性。由于传感器总成工作时承受很小分载荷，仅需很小的焊点即可满足传递变形要求。传感器与焊点之间设有热绝缘良好的隔热层。根据规定的焊接工艺安装传感器总成，可确保传感器帖片区的贴片质量不受影响。

本发明的进一步设置为：传感器本体包括弹性体和全桥式测量电桥，弹性体上设有六个弹性桥，弹性体沿中轴线划分成上区段、中区段、下区段，且各个区段的结构呈左右对称分布，中区段左部和右部形状分别呈工字型，上区段左边缘设有一个与中区段左部工字第一笔划起始处相连接的第一弹性桥，上区段右部设有一个与第一弹性桥相左右对称的第二弹性桥，设定中区段左部工字第二笔划为第三弹性桥，中区段右部设有一个与第三弹性桥相左右对称的第四弹性桥，下区段左部设有一个与第一弹性桥上下对称的第五弹性桥，下区段右部设有一个与第五弹性桥相左右对称的第六弹性桥；全桥式测量电桥的应变片分别布置在第三弹性桥和第四弹性桥的两侧；每一个弹性桥的两端与弹性体的连接处必须采用圆弧过渡。

本发明的进一步设置为：传感器本体包括弹性体和全桥式测量电桥，弹性体上设有六个弹性桥，弹性体沿中轴线划分成上区段、中区段、下区段，且各个区段的结构呈左右对称分布，中区段左部和右部形状分别呈工字型，上区段沿中轴线左部设有一个与中区段左部工字第一笔划末尾处相连接的第一弹性桥，上区段右部设有一个与第一弹性桥相左右对称的第二弹性桥，设定中区段左部工字第二笔划为第三弹性桥，中区段右部设有一个与第三弹性桥相左右对称的第四弹性桥，下区段左部设有一个与第一弹性桥上下对称的第五弹性桥，下区段右部设有一个与第五弹性桥相左右对称的第六弹性桥；全桥式测量电桥的应变片分别布置在第三弹性桥和第四弹性桥的两侧；每一个弹性桥的两端与弹性体的连接处必须采用圆弧过渡。

通过采用上述技术方案，改变结构后的弹性体宽度尺寸得到有效利用。使弹性体中区段贴片区具有更大一次输出的设计成为可能，从而扩大了附着式电阻应变传感器一次输出值的高输出端范围，为传感器的变形放大比ψ值分档系列化提供了条件。

本发明的进一步设置为：所述基板两侧侧壁均通过螺栓固定连接有侧定位板。

通过采用上述技术方案，方便了传感器的安装和定位，从而保证其具有良好的安装质量。

本发明的进一步设置为：所述基板两侧均开设有焊接槽。

通过采用上述技术方案，从而使焊点可与基板有更大的接触面积，使传感器总成可被更稳定的焊接在结构件上。

本发明的进一步设置为：所述基板一侧侧壁沿传感器本体长度方向开设有两个焊接槽。

通过采用上述技术方案，从而使整个总成和结构件之间有8个连接点，使总成可更稳定的连接在结构件上。

本发明的进一步设置为：所述焊接槽呈半腰型。

通过采用上述技术方案，从而使焊点可与基板有更大的接触面积，使传感器总成可被更稳定的焊接在结构件上。

本发明的进一步设置为：所述外罩通过螺栓固定连接于基板。

通过采用上述技术方案，可使外罩稳定的安装于基板，同时也可方便了外罩的拆卸，从而可更方便的对外罩内的传感器本体进行检测或维修。

本发明的另一个目的在于提供一种传感器总成的安装工艺。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种用于如上述权利要求1的附着式电阻应变传感器总成的安装工艺，包括如下步骤，

S1、计算结构测点的变形值、测点安装尺寸；

S2、根据公式，变形放大比，为安装在设备上的传 感器总成工作时的一次输出信号值，E为传感器所附着结构的材料弹性模量，为传感器总 成基长，为测量电桥电压，为常数（试验值），为设备工作时结构测点的应变平均值，为在基长的标定装置上标定时传感器中段测量电桥贴片处应变绝对值的输 出总值，为传感器在基长的标定装置上标定时给定的应变均值，选择合适的 传感器总成，使安装在设备上的传感器总成在设备满载工作时的一次输出信号值达到 30-60mV/10V；

S3、采用电焊工艺，将传感器总成焊接在结构测点上，焊点位于焊接槽处；

S4、拆掉侧定位板；

S5、通过接线端子连接好二次仪表。

通过采用上述技术方案，根据不同结构测点条件，不同技术要求（（如测点允许安 装尺寸范围、测点的应变平均值、载荷检测精度等），选配相应ψ值的传感器及总成基长 ， 使传感器总成满载工作。设备满载工作时的单个传感器总成的一次输出信号值达30~ 60mV/10V，为检测同等载荷值条件下采用一般电阻应变式技术时的 2~3 倍，使系统具有高 检测精度。传感器总成安装采用电焊工艺，使安装工作大为简化，不论所检测载荷值多大， 均可在不影响设备正常运转情况下进行；传感器总成附着在构件表面测点上，仅承受极小 分力，因而具有很好的安全性和动态工作适应性。

本发明具有以下优点：1）可用小尺寸传感器测量大载荷；2）可用于载荷的超载、欠 载限制，和结构挠度，变形等参数的监测；3）传感器总成通过基板附着在结构表面测点上， 承受极小分力，动态工作十分安全，可用小尺寸传感器测量大载荷；同时也具有很好的使用 安全性、进一步提高了其使用可靠性和寿命；4）满载工作时一次输出信号值达 30~ 60mV/10V，为相同载荷条件下，采用一般电阻应变式传感器的 2~3 倍；5）建立在传感器总 成技术基础上的电焊安装工艺，使传感器总成的现场安装工作大为简化，同时也改善了传 感器总成各零件之间配合及总成密封防潮、隔热等安装质量，从而提高了其可靠性和使用 寿命；6）传感器总成装配由使用现场改为在制造厂内进行，确保了各零件之间配合要求及 总成密封防潮、隔热等安装质量，从而提高了其可靠性和使用寿命。

附图说明

图1为实施例1的结构示意图；

图2为实施例1中弹性体的结构示意图；

图3为实施例1的俯视图；

图4为实施例2中弹性提的结构示意图。

附图标记：1、传感器本体；2、弹性体；2a、第一弹性桥；2b、第二弹性桥；2c、第三弹性桥；2d、第四弹性桥；2e、第五弹性桥；2f、第六弹性桥；3、全桥式测量电桥；4、基板；5、焊接槽；6、隔热层；7、外罩；8、接线端子；9、侧定位板。

具体实施方式

实施例1：

如图1和图2所示，一种附着式电阻应变传感器总成，包括传感器本体1。传感器本体1包括包括弹性体2和全桥式测量电桥3 。弹性体2上设有六个弹性桥，弹性体2沿中轴线划分成上区段、中区段、下区段，且各个区段的结构呈左右对称分布，中区段左部和右部形状分别呈工字形，上区段左边缘设有一个与中区段左部工字第一笔划起始处相连接的第一弹性桥2a，上区段右部设有一个与第一弹性桥2a相对称的第二弹性桥2b，设定中区段左部工字第二笔划为第三弹性桥2c，中区段右部设有一个与第三弹性桥2c相对称的第四弹性桥2d，下区段左部设有一个与第一弹性桥2a上下对称的第五弹性桥2e，下区段右部设有一个与第五弹性桥2e相对称的第六弹性桥2f；全桥式测量电桥3的应变片分别布置在第三弹性桥2c和第四弹性桥2d的两侧；每一个弹性桥的两端与弹性体2的连接处必须采用圆弧过渡。

如图1和图3所示，弹性体2下端面两端均固定安装有基板4。基板4两侧侧壁均沿传感器本体1长度方向开设有两个焊接槽5。焊接槽5呈半腰型。两块基板4之间设有隔热层6，隔热层6覆盖传感器本体1下端面。传感器本体1上方罩设有外罩7，外罩7两端分别安装于两个基板4上，外罩7通过螺栓固定连接于基板4。外罩7一侧设有接线端子8。

每个传感器总成都有其对应的变形放大比，，为在基长L0 =100mm 的标定装置上标定时传感器中段测量电桥贴片处应变绝对值的输出总值，为传感器在基 长的标定装置上标定时给定的应变均值。与第一弹性桥2a、第二弹性桥2b、第 三弹性桥2c、第四弹性桥2d、第五弹性桥2e和第六弹性桥2f的结构尺寸相关。通过不同的设 计，可获得不同的传感器本体。目前我们已经将上述两种不同弹性体结构的附着式电阻 应变传感器按其变形放大比值分8档进行系列化，值分别为6.0～23.0。

该总成的安装工艺如下：

S1、计算结构测点的变形值、测点安装尺寸；

S2、根据公式，变形放大比，为安装在设备上的传 感器总成工作时的一次输出信号值，E为传感器所附着结构的材料弹性模量，为传感器总 成基长，为测量电桥电压，为常数（试验值），为设备工作时结构测点的应变平均值， 选择合适的传感器本体，使安装在设备上的传感器总成在设备满载工作时的一次输出信号 值达到30-60mV/10V；

S3、采用电焊工艺，将传感器总成焊接在结构测点上，焊点位于焊接槽5处；

S4、拆掉侧定位板；

S5、通过接线端子8连接好二次仪表。

传感器总成基长L₀与其变形放大比良好的匹配，将会获得传感器总成满载时最 佳的一次高输出。本技术在不同工业领域的多年实际应用证明，当现场使用的传感器满载 时其一次输出值范围为30～60mV。为采用传统称量传感器一次输出值的2～3倍。

实施例2：实施例2和实施例1的区别在于，如图4所示，弹性体2不同。弹性体2上设有六个弹性桥，弹性体沿中轴线划分成上区段、中区段、下区段，且各个区段的结构呈左右对称分布，中区段左部和右部形状分别呈工字型，上区段沿中轴线左部设有一个与中区段左部工字第一笔划末尾处相连接的第一弹性桥2a，上区段右部设有一个与第一弹性桥2a相左右对称的第二弹性桥2b，设定中区段左部工字第二笔划为第三弹性桥2c，中区段右部设有一个与第三弹性桥相左右对称的第四弹性桥2d，下区段左部设有一个与第一弹性桥2a上下对称的第五弹性桥2e，下区段右部设有一个与第五弹性桥2e相左右对称的第六弹性桥2f；全桥式测量电桥3的应变片分别布置在第三弹性桥2c和第四弹性桥2d的两侧；每一个弹性桥的两端与弹性体2的连接处必须采用圆弧过渡。

实施例3：

一种附着式电阻应变传感器，用于沙钢35t桥式起重机，进行超载限制及实时工 艺计量。采用 FWZ-C-35t型仪表，传感器安装在定滑轮轴两端托板槽孔上表面中部。。

实施例4：

一种附着式电阻应变传感器，用于加纳360t桥式起重机，进行大梁中断面挠度监控。采 用 FWZ-C-360t型仪表，传感器安装在定滑轮梁上表面中部。。

实施例5：

一种附着式电阻应变传感器，用于新疆阿尔塔什水电站2×1000t固定式闸门启闭机， 进行超载及欠载限制。采用 FWZ-C-1000t型仪表，传感器安装在定滑轮两外侧支架槽上表 面中部。。

实施例6：

一种附着式电阻应变传感器，用于向家坝水电站桥式起重机，进行超载限制及定滑轮 梁中断面强度监控。采用 FWZ-C-800（200）t型仪表，传感器安装在定滑轮梁上表面中部。。

实施例7：

一种附着式电阻应变传感器，用于菲律宾kquswagah火电站100t桥式起重机，进行超载限制。采用 FWZ-C-100t型仪表，传感器安装在定滑轮梁上表面中部。

。

说明：-传感器本体变形放大比；-传感器总成基长；-设备满载工作时，传感 器总成一次输出信号值（电桥电压为10V）；-设备承载满载值；-设备欠载值；△m-设备 满载工作时大梁挠度；-设备满载时定滑轮梁中断面上表面应力值。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种附着式电阻应变传感器总成，包括传感器本体（1），其特征是：所述传感器本体（1）下端面两端均安装有基板（4），两块所述基板（4）之间设有隔热层（6），所述隔热层（6）覆盖传感器本体（1）下端面，所述传感器本体（1）上方罩设有外罩（7），所述外罩（7）两端分别安装于两个基板（4）上，所述外罩（7）一侧设有接线端子（8）。

2.根据权利要求1所述的一种附着式电阻应变传感器总成，其特征是：传感器本体（1）包括弹性体（2）和全桥式测量电桥（3），弹性体（2）上设有六个弹性桥，弹性体沿中轴线划分成上区段、中区段、下区段，且各个区段的结构呈左右对称分布，中区段左部和右部形状分别呈工字型，上区段左边缘设有一个与中区段左部工字第一笔划起始处相连接的第一弹性桥（2a），上区段右部设有一个与第一弹性桥（2a）相左右对称的第二弹性桥（2b），设定中区段左部工字第二笔划为第三弹性桥（2c），中区段右部设有一个与第三弹性桥相左右对称的第四弹性桥（2d），下区段左部设有一个与第一弹性桥（2a）上下对称的第五弹性桥（2e），下区段右部设有一个与第五弹性桥（2e）相左右对称的第六弹性桥（2f）；全桥式测量电桥（3）的应变片分别布置在第三弹性桥（2c）和第四弹性桥（2d）的两侧；每一个弹性桥的两端与弹性体（2）的连接处必须采用圆弧过渡。

3.根据权利要求1所述的一种附着式电阻应变传感器总成，其特征是：传感器本体（1）包括弹性体（2）和全桥式测量电桥（3），弹性体（2）上设有六个弹性桥，弹性体沿中轴线划分成上区段、中区段、下区段，且各个区段的结构呈左右对称分布，中区段左部和右部形状分别呈工字型，上区段沿中轴线左部设有一个与中区段左部工字第一笔划末尾处相连接的第一弹性桥（2a），上区段右部设有一个与第一弹性桥（2a）相左右对称的第二弹性桥（2b），设定中区段左部工字第二笔划为第三弹性桥（2c），中区段右部设有一个与第三弹性桥相左右对称的第四弹性桥（2d），下区段左部设有一个与第一弹性桥（2a）上下对称的第五弹性桥（2e），下区段右部设有一个与第五弹性桥（2e）相左右对称的第六弹性桥（2f）；全桥式测量电桥（3）的应变片分别布置在第三弹性桥（2c）和第四弹性桥（2d）的两侧；每一个弹性桥的两端与弹性体（2）的连接处必须采用圆弧过渡。

4.根据权利要求1所述的一种附着式电阻应变传感器总成，其特征是：所述基板（4）两侧侧壁均通过螺栓固定连接有侧定位板（9）。

5.根据权利要求1所述的一种附着式电阻应变传感器总成，其特征是：所述基板（4）两侧均开设有焊接槽（5）。

6.根据权利要求2所述的一种附着式电阻应变传感器总成，其特征是：所述基板（4）一侧侧壁沿传感器本体（1）长度方向开设有两个焊接槽（5）。

7.根据权利要求2所述的一种附着式电阻应变传感器总成，其特征是：所述焊接槽（5）呈半腰型。

8.根据权利要求1所述的一种附着式电阻应变传感器总成，其特征是：所述外罩（7）通过螺栓固定连接于基板（4）。

9.一种用于如上述权利要求1的附着式电阻应变传感器总成的安装工艺，其特征是：包括如下步骤，

S1、计算结构测点的变形值、测点安装尺寸；

S2、根据公式，变形放大比，为安装在设备上的传感器总成工作时的一次输出信号值，E为传感器所附着结构的材料弹性模量，为传感器总成基长，为测量电桥电压，为常数（试验值），为设备工作时结构测点的应变平均值，为在基长的标定装置上标定时传感器中段测量电桥贴片处应变绝对值的输出总值，为传感器在基长的标定装置上标定时给定的应变均值，选择合适的传感器总成，使安装在设备上的传感器总成在设备满载工作时的一次输出信号值达到30-60mV/10V；

S3、采用电焊工艺，将传感器总成焊接在结构测点上，焊点位于焊接槽（5）处；

S4、拆掉侧定位板（9）；

S5、通过接线端子（8）连接好二次仪表。