CN111811709A - 四柱体扭矩传感器 - Google Patents

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方国震
杨建军
李胜军
张伟东
石月娥
高塑恒
李金亮
孙乐
何娜
刘倩
张继腾
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L3/00Measuring torque, work, mechanical power, or mechanical efficiency, in general
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L25/00Testing or calibrating of apparatus for measuring force, torque, work, mechanical power, or mechanical efficiency
    • G01L25/003Testing or calibrating of apparatus for measuring force, torque, work, mechanical power, or mechanical efficiency for measuring torque

Abstract

本发明涉及一种四柱体扭矩传感器,主要弹性体组成;所述弹性体为整体四柱式弹性体,有四根应变柱对称等距布置;在每个应变柱的应变区对称粘贴应变片;单个柱体上粘贴的应变片进行串联,然后四个应变柱构成惠斯通桥式电路;找出惠斯通桥式电路中电阻温度系数小的桥臂,并在其中串入一个零点温度补偿电阻RT。本发明优化弹性体结构设计,采用整体四柱式结构的弹性体,从而减小传感器整体尺寸,同时提升了传感器的灵敏度。抗偏载能力强、体积小,适用于在狭小空间条件下的扭矩测试,以及狭小空间条件下的扭矩、转矩的原位校准,从而避免了传感器拆卸后校准,只能保证传感器精度,无法确定系统精度的弊端。

Description

四柱体扭矩传感器
技术领域
本发明属于传感器领域,具体涉及一种四柱体扭矩传感器。
背景技术
扭矩、转矩传感器在航天、航空、车辆和船舶等各行业均有广泛的应用。目前,传动部件试验台多采用转矩传感器,且转矩是一项主要参数。现采用的扭矩、转矩传感器弹性体均为单柱体,并且大部分机构采用的转矩转速传感器以及扭矩传感器均是采用的单柱体结构,存在抗扭能力不强和结构尺寸大的缺点,传统扭矩传感器弹性体的长度尺寸为(400~500)mm,在狭小空间内使用条件比较局限,不能实现现有试验台的转矩转速传感器的原位校准;而转矩转速传感器拆卸后送实验室校准只能确保传感器本身的精度,无法保证试验台系统转矩的精度是否满足系统精度。
发明内容
本发明提供一种四柱体扭矩传感器,要解决的技术问题是:解决狭小空间条件下的大扭矩、转矩的原位校准问题,确保系统扭矩、转矩的精度符合使用要求。
为了解决以上技术问题,本发明提供了一种四柱体扭矩传感器,其特征在于:主要弹性体组成;所述弹性体为整体四柱式弹性体,有四根应变柱对称等距布置;在每个应变柱的应变区对称粘贴应变片;单个柱体上粘贴的应变片进行串联,然后四个应变柱构成惠斯通桥式电路;找出惠斯通桥式电路中电阻温度系数小的桥臂,并在其中串入一个零点温度补偿电阻RT
有益效果:本发明优化弹性体结构设计,采用整体四柱式结构的弹性体,从而减小传感器整体尺寸,同时提升了传感器的灵敏度。抗偏载能力强、体积小,适用于在狭小空间条件下的扭矩测试,以及狭小空间条件下的扭矩、转矩的原位校准,从而避免了传感器拆卸后校准,只能保证传感器精度,无法确定系统精度的弊端。
附图说明
图1为现有单柱体扭矩传感器剖面图;
图2为整体四柱式弹性体外形结构示意图。
图3为本发明三维示意图。
图4为零点漂移补偿电路。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容和优点更加清楚,下面对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
本发明提出的一种四柱体扭矩传感器,主要由连接头、弹性体和外部防护装置组成;连接头分别固定在弹性体两端,与弹性体采用整体下料、整体加工;外部防护装置与弹性体上下端面进行焊接,对弹性体进行密封、防护。弹性体为整体四柱式弹性体,由圆柱加工成四杆式,形成四根应变柱对称等距布置的形式;四根应变柱均匀、对称分布,根据传感器的量程调整应变柱的尺寸、距离,从而使弹性体有适中的抗弯截面距,不会因应变柱的分布影响整体传感器的技术指标;
弹性体材料为高弹合金,其屈服强度达到835MPa。
弹性体材料的疲劳强度:最大应变值在0~2000微应变脉动循环时,循环次数大于107而不发生疲劳破坏。
弹性体材料采用40CrNiMoA,具有屈服极限高、弹性模量的温度系数小、线膨胀系数小、弹性模量接近于常数、材料的弹性滞后小、加工方便和加工后的残余应力小的特点。
优化弹性体结构设计,采用整体四柱式结构的弹性体,从而减小传感器整体尺寸,同时提升了传感器的灵敏度。把感受力变形的四根柱子距离平均拉开到最合适的距离,这样可以增加抗扭的截面矩,理论上可以避免四根柱子距离太近造成的截面矩集中。如果四根柱子距离太远又会增加弹性体的挠度,也同样影响传感器的技术指标。
弹性元件在机械加工过程中,由于表面变形的不均匀产生较大的残余应力,切削用量越大,残余应力就越大,磨削加工产生的残余应力最大,因此对加工完的弹性体进行淬火,淬火表面硬度为HRC38-42,以保证弹性体在受力时,不产生塑性变形。
防止合金钢材料在常温环境下腐蚀,在弹性体表面进行镀镍。同时对应变区的镀层进行打磨,排除镀层对应变区的影响,即将应变区受力产生的微应变直接作用在应变片上,同时防止因镀层脱落导致应变片脱落。
通过仿真分析初步确定整体四柱式弹性体的应变区,然后根据试验选择应变柱受扭后变形最灵敏的区域作为应变区,即应变片的粘贴位置,在每个应变柱上粘贴两个应变片,对称布置,并把单个柱体上的应变片进行串联,通过增大电路中的阻值,提升传感器的整体精度和稳定性,然后四柱构成惠斯通桥式电路,同时进行温度补偿。贴片位置见图2。
引起传感器零点温度漂移的各种因素,归根到底都可以看作组成传感器的惠斯通电桥四个桥臂电阻的温度系数不一致而造成的,其解决的办法就是找出电桥电路中电阻温度系数小的桥臂,并在其中串入一个温度系数较大的零点温度补偿电阻RT,以提高该桥臂总的电阻温度系数。只要选择合适的补偿电阻RT的阻值,如图4所示,就可以起到对零点温度漂移的抵消作用。通过计算确定选择直径为(0.1~0.12)mm、长10mm的纯铜导线作为补偿电阻。
弹性体采用整体四柱式结构,整体下料、整体加工,增大抗弯截面距。
单个柱体上粘贴的应变片进行串联,增大阻值,从而提升了传感器的稳定性和精度。
通过仿真分析,当承受30000Nm扭矩时,弹性体的最大变形量为0.56mm,为弹性变形。当承受30000Nm扭矩时,应变片粘贴处为705个微应变,满足弹性体设计要求。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明技术原理的前提下,还可以做出若干改进和变形,这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种四柱体扭矩传感器,其特征在于:主要弹性体组成;所述弹性体为整体四柱式弹性体,有四根应变柱对称等距布置;在每个应变柱的应变区对称粘贴应变片;单个柱体上粘贴的应变片进行串联,然后四个应变柱构成惠斯通桥式电路;找出惠斯通桥式电路中电阻温度系数小的桥臂,并在其中串入一个零点温度补偿电阻RT
2.根据权利要求1所述的一种四柱体扭矩传感器,其特征在于:弹性体由圆柱加工成四杆式。
3.根据权利要求1所述的一种四柱体扭矩传感器,其特征在于:根据传感器的量程调整应变柱的尺寸、距离,使弹性体有适中的抗弯截面距。
4.根据权利要求1所述的一种四柱体扭矩传感器,其特征在于:弹性体材料为高弹合金。
5.根据权利要求4所述的一种四柱体扭矩传感器,其特征在于:弹性体材料采用40CrNiMoA。
6.根据权利要求1所述的一种四柱体扭矩传感器,其特征在于:对加工完的弹性体进行淬火,淬火表面硬度为HRC38-42。
7.根据权利要求1所述的一种四柱体扭矩传感器,其特征在于:在弹性体表面进行镀镍。
8.根据权利要求1所述的一种四柱体扭矩传感器,其特征在于:选择直径为0.1~0.12mm、长10mm的纯铜导线作为零点温度补偿电阻。
9.根据权利要求1所述的一种四柱体扭矩传感器,其特征在于:还包括分别设置在弹性体两端的连接头。
10.根据权利要求1-9任一项所述的一种四柱体扭矩传感器,其特征在于:外部防护装置与弹性体上下端面进行焊接,对弹性体进行密封、防护。
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Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1735031A1 (ru) * 1990-10-24 1992-05-23 Коми Отделение Центрального Научно-Исследовательского Института Материаловедения Устройство дл вращени и зат жки гаек литьевой машины
JPH0772026A (ja) * 1993-05-22 1995-03-17 Kyowa Electron Instr Co Ltd 起歪体構造物およびこの起歪体構造物を用いた多軸力検出センサ
CN101216359A (zh) * 2008-01-09 2008-07-09 南京航空航天大学 框架式解耦六分量传感器及使用方法
JP2009257992A (ja) * 2008-04-18 2009-11-05 Wacoh Corp 力検出装置
CN201554464U (zh) * 2009-11-05 2010-08-18 杨书江 新型耐磨滚刀刀体
CN202471310U (zh) * 2012-03-04 2012-10-03 中航电测仪器股份有限公司 大量程柱式拉压双向测力传感器
CN103644837A (zh) * 2013-12-18 2014-03-19 黑龙江华安精益计量技术研究院有限公司 一种拉扭双分量应变传感器
CN106500902A (zh) * 2016-12-03 2017-03-15 中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所 一种具有自解耦功能的应变式多维力传感器
CN106768217A (zh) * 2016-12-07 2017-05-31 锐马(福建)电气制造有限公司 一种应变式传感器温度补偿方法
CN107860507A (zh) * 2017-10-31 2018-03-30 南京卓砾智测控技术有限公司 压力传感器校准用力传感器及其校准方法
CN210346954U (zh) * 2019-06-24 2020-04-17 常州坤维传感科技有限公司 一种一体式三维力传感器

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1735031A1 (ru) * 1990-10-24 1992-05-23 Коми Отделение Центрального Научно-Исследовательского Института Материаловедения Устройство дл вращени и зат жки гаек литьевой машины
JPH0772026A (ja) * 1993-05-22 1995-03-17 Kyowa Electron Instr Co Ltd 起歪体構造物およびこの起歪体構造物を用いた多軸力検出センサ
CN101216359A (zh) * 2008-01-09 2008-07-09 南京航空航天大学 框架式解耦六分量传感器及使用方法
JP2009257992A (ja) * 2008-04-18 2009-11-05 Wacoh Corp 力検出装置
CN201554464U (zh) * 2009-11-05 2010-08-18 杨书江 新型耐磨滚刀刀体
CN202471310U (zh) * 2012-03-04 2012-10-03 中航电测仪器股份有限公司 大量程柱式拉压双向测力传感器
CN103644837A (zh) * 2013-12-18 2014-03-19 黑龙江华安精益计量技术研究院有限公司 一种拉扭双分量应变传感器
CN106500902A (zh) * 2016-12-03 2017-03-15 中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所 一种具有自解耦功能的应变式多维力传感器
CN106768217A (zh) * 2016-12-07 2017-05-31 锐马(福建)电气制造有限公司 一种应变式传感器温度补偿方法
CN107860507A (zh) * 2017-10-31 2018-03-30 南京卓砾智测控技术有限公司 压力传感器校准用力传感器及其校准方法
CN210346954U (zh) * 2019-06-24 2020-04-17 常州坤维传感科技有限公司 一种一体式三维力传感器

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
叶明超: "《自动检测与转换技术》", 31 January 2017 *
易伟,陈世超,徐尹杰: "整体四柱式力传感器弹性体的有限元分析", 《中国测试》 *

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