CN112710418A - 一种串联式传感器及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种串联式传感器及测量方法，由大量程传感器、高精度小量程传感器、传感器保护装置、各部件连接结构以及防水装置构成。本发明将高精度小量程传感器与大量程传感器通过独特的连接结构加以连接，并设置传感器保护装置对高精度小量程传感器加以保护，除此之外还通过设置防水装置对传感器加以防水保护。本发明的有益效果是：有效解决测定大量程轴向力时，小量程范围轴向力测定不精确的问题，能有效测量各量程范围内的轴向力；对于提高高压状态下土工三轴试验的测试精度具有重要的价值。采用不同量程的传感器，设计不同的机械结构，可以满足各种水上或水下环境条件下测量压力或拉压力的要求。

Description

一种串联式传感器及测量方法

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，具体为一种串联式传感器。尤其是涉及到串联式传感器的组成部件、组装形式、保护及防水密封处理、传感器使用方法方面，均涉及该领域。该发明能应用于岩土工程及力学方面的仪器研发，以及该领域的相关测试。

背景技术

依照现行传感器测试误差规定可知，量程越大，传感器的误差值越大，尤其是在小量程范围内，将会产生不可忽视的误差。小量程传感器的测试精度较高，但是测试范围有限，不能测试较大的外载荷。基于上述需求，急需一种能够测试任意量程的力学传感器，且测试精度需满足一定的要求。因此，本发明提出了一种串联式传感器，能满足测试精度和量程要求，且兼具防水保护功能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种串联式传感器，以解决上述背景技术中提出的问题。

本发明的第一个目的是为了解决单一拉压力传感器测试量程和测试精度不高的问题，而提出了一种串联式传感器。

本发明的第二个目的是为了组装串联式传感器而提供了一种串联式传感器的连接结构。

本发明的第三个目的是为了解决串联式传感器水下高压环境下工作漏水问题以及小量程传感器过载问题，提出了一种串联式传感器的小量程传感器保护装置和密封结构。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种串联式传感器，包括底座、连接帽、加载杆、旋转小柱、吊环螺栓、扣盖、吊柱螺栓、底盖、主体、连接轴A、连接轴B、顶柱球、传感器支撑座、垫片、大量程传感器、小量程传感器、弹簧、O型圈、泛塞封；

所述连接帽外部固定设置环形翼缘；所述加载杆为中空结构，所述加载杆的杆身分布有出线孔；所述扣盖中心内部设置有贯通的台阶孔；所述吊柱螺栓环向等间距分布贯通孔，所述底盖中部贯通，四周等间距分布贯通安装孔，所述底盖一侧加工成倒角；所述底座内部中空且贯通，所述底座外部的凹槽内设置有O型圈；

所述大量程传感器的一端通过内螺纹与连接帽外部的外螺纹进行连接；所述大量程传感器的另一端通过内螺纹与吊柱螺栓外部的外螺纹进行连接；所述吊环螺栓贯穿扣盖，所述吊环螺栓边缘位置的环形边缘卡放在扣盖内部；螺丝将吊柱螺栓的贯通孔与扣盖的螺丝孔固定连接；旋转小柱的内螺纹与吊柱螺栓上的外螺纹通过螺钉固定连接，所述旋转小柱的外螺纹与加载杆靠近出线孔处的内螺纹螺纹连接，所述主体上的外螺纹与加载杆远离出线孔端的内螺纹螺纹连接，所述传感器支撑座中间的贯通孔和小量程传感器上的内螺纹通过螺钉连接，所述传感器支撑座其余两个贯通孔与主体内部的螺丝孔螺钉连接，达到将带有小量程传感器的传感器支撑座与主体连接；所述连接轴B的外螺纹与小量程传感器的内螺纹螺纹连接；所述连接轴A带有外螺纹的一端穿过底座中间的孔，所述弹簧一端抵在连接轴B的外部凸台面，所述底座的外螺纹与主体的内螺纹螺纹连接，所述底座外部的沟槽内放置泛塞封，所述连接轴A依次穿过垫片和底盖，螺丝依次穿过底盖和垫片的贯通安装孔并于底座的螺丝孔拧紧连接；所述顶柱球的内螺纹与连接轴A的外螺纹螺纹连接。

加载杆与主体连接处的沟槽放置O型圈，主体与底座连接处的沟槽放置O型圈，底座底部贯通孔处的密闭沟槽和半密闭沟槽分别放置O型圈和泛塞封。小量程传感器通过连接轴B、弹簧、连接轴A与顶柱球连接，且弹簧被压紧时产生的弹力不超过小量程传感器的量程值，当弹簧被压紧时，顶柱球的环形翼缘与底盖压紧，此时小量程传感器受力恒定，处于被保护状态。

一种串联式传感器的测量方法，包括如下步骤：

(1)将串联传感器组装，将大量程传感器和小量程传感器串联；

(2)设置小量程传感器和大量程传感器的工作载荷切换点；

(3)加载初期，小量程传感器和大量程传感器同时进行工作，此时只采集小量程传感器的载荷数据；

(4)当载荷值达到步骤设置的工作载荷切换点，小量程传感器被保护，并切换至大量程传感器，此时只采集大量程传感器的载荷数据。

有益效果

本发明提供了一种串联式传感器，具备以下有益效果：

解决了单一量程拉压力传感器测试范围及测试精度不高的问题；设计了传感器水下工作的防水保护结构，以及小量程传感器保护结构，是串联传感器能在水下以及任意载荷范围内工作；该发明在材料在各种载荷范围内的力学性能测试、力学仪器研发与更新等方面具有重要的意义。

附图说明

图1为本发明底座结构示意图；

图2为本发明连接帽结构示意图；

图3为本发明加载杆结构示意图；

图4为本发明旋转小柱结构示意图；

图5为本发明吊环螺栓结构示意图；

图6为本发明扣盖结构示意图；

图7为本发明吊柱螺栓组件结构示意图；

图8为本发明底盖结构示意图；

图9为本发明主体结构示意图；

图10为本发明连接轴A结构示意图；

图11为本发明连接轴B结构示意图；

图12为本发明顶柱球结构示意图；

图13为本发明传感器支撑座结构示意图；

图14为本发明垫片结构示意图；

图15为本发明弹簧、O型圈、泛塞封结构示意图；

图16为本发明自适应装置示意图；

图17为本发明主体、小量程传感器、底座组合示意图；

图18为本发明串联式传感器整体图；

图19为本发明串联式传感器剖面图；

图20为本发明串联式传感器的使用方法简图。

图中：底座1、连接帽2、环形翼缘201、加载杆3、出线孔302、旋转小柱4、吊环螺栓5、扣盖6、吊柱螺栓7、底盖8、倒角801、主体9、连接轴A10、连接轴B11、顶柱球12、传感器支撑座13、垫片14、大量程传感器15、小量程传感器16、弹簧17、O型圈18、泛塞封19。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-20，本发明提供一种技术方案：一种串联式传感器，包括底座1、连接帽2、加载杆3、旋转小柱4、吊环螺栓5、扣盖6、吊柱螺栓7、底盖8、主体9、连接轴A10、连接轴B11、顶柱球12、传感器支撑座13、垫片14、大量程传感器15、小量程传感器16、弹簧17、O型圈18、泛塞封19；

所述连接帽2外部固定设置环形翼缘201；所述加载杆3为中空结构，所述加载杆3的杆身分布有出线孔302；所述扣盖6中心内部设置有贯通的台阶孔；所述吊柱螺栓7环向等间距分布贯通孔，所述底盖8中部贯通，四周等间距分布贯通安装孔，所述底盖8一侧加工成倒角801；所述底座1内部中空且贯通，所述底座1外部的凹槽内设置有O型圈18；

所述大量程传感器15的一端通过内螺纹与连接帽2外部的外螺纹进行连接；所述大量程传感器15的另一端通过内螺纹与吊柱螺栓7外部的外螺纹进行连接；所述吊环螺栓5贯穿扣盖6，所述吊环螺栓5边缘位置的环形边缘卡放在扣盖6内部；螺丝将吊柱螺栓7的贯通孔与扣盖6的螺丝孔固定连接；旋转小柱4的内螺纹与吊柱螺栓7上的外螺纹通过螺钉固定连接，所述旋转小柱4的外螺纹与加载杆3靠近出线孔302处的内螺纹螺纹连接，所述主体9上的外螺纹与加载杆3远离出线孔302端的内螺纹螺纹连接，所述传感器支撑座13中间的贯通孔和小量程传感器16上的内螺纹通过螺钉连接，所述传感器支撑座13其余两个贯通孔与主体9内部的螺丝孔螺钉连接，达到将带有小量程传感器16的传感器支撑座13与主体9连接；所述连接轴B11的外螺纹与小量程传感器16的内螺纹螺纹连接；所述连接轴A10带有外螺纹的一端穿过底座1中间的孔，所述弹簧17一端抵在连接轴B11的外部凸台面，所述底座1的外螺纹与主体9的内螺纹螺纹连接，所述底座1外部的沟槽内放置泛塞封19，所述连接轴A10依次穿过垫片14和底盖8，螺丝依次穿过底盖8和垫片14的贯通安装孔并于底座1的螺丝孔拧紧连接；所述顶柱球12的内螺纹与连接轴A10的外螺纹螺纹连接。

串联式传感器的防水保护结构，其结构形式为：如图17所示，加载杆3与主体9连接部分加装O型圈18，主体9与底座1连接部分加装O型圈18，底座1与连接轴A10的连接部分加装O型圈18，达到防水密封的目的。通过在底座1外部的沟槽101内放置泛塞封19，达到连接轴A10、垫片14、底盖8和底座1的连接和防水密封。小量程传感器16与主体9通过传感器支撑座13进行连接，小量程传感器16与连接轴B11进行连接，连接轴A10与顶柱球12进行连接，连接轴A10与连接轴B11通过弹簧17进行连接，当弹簧被压紧时，顶柱球12的环形翼缘201与底盖8压紧，此时小量程传感器16受力恒定，处于被保护状态。

一种串联式传感器的使用方法，包括如下步骤：

(1)将串联传感器组装，将大量程传感器15和小量程传感器16串联；

(2)设置小量程传感器16和大量程传感器15的工作载荷切换点；

(3)加载初期，小量程传感器16和大量程传感器15同时进行工作，此时只采集小量程传感器16的载荷数据；

(4)当载荷值达到步骤2设置的工作载荷切换点，小量程传感器16被保护，并切换至大量程传感器15，此时只采集大量程传感器15的载荷数据。

本发明将高精度小量程传感器与大量程传感器通过独特的连接结构加以连接，并设置传感器保护装置对高精度小量程传感器加以保护，除此之外还通过设置防水装置对传感器加以防水保护。有效解决测定大量程轴向力时，小量程范围轴向力测定不精确的问题，能有效测量各量程范围内的轴向力；对于提高高压状态下土工三轴试验的测试精度具有重要的价值。采用不同量程的传感器，设计不同的机械结构，可以满足各种水上或水下环境条件下测量压力或拉压力的要求。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种串联式传感器，包括底座、连接帽、加载杆、旋转小柱、吊环螺栓、扣盖、吊柱螺栓、底盖、主体、连接轴A、连接轴B、顶柱球、传感器支撑座、垫片、大量程传感器、小量程传感器、弹簧、O型圈、泛塞封，其特征在于：

所述连接帽外部固定设置环形翼缘；所述加载杆为中空结构，所述加载杆的杆身分布有出线孔；所述扣盖中心内部设置有贯通的台阶孔；所述吊柱螺栓环向等间距分布贯通孔，所述底盖中部贯通，四周等间距分布贯通安装孔，所述底盖一侧加工成倒角；所述底座内部中空且贯通，所述底座外部的凹槽内设置有O型圈；

所述大量程传感器的一端通过内螺纹与连接帽外部的外螺纹进行连接；所述大量程传感器的另一端通过内螺纹与吊柱螺栓外部的外螺纹进行连接；所述吊环螺栓贯穿扣盖，所述吊环螺栓边缘位置的环形边缘卡放在扣盖内部；螺丝将吊柱螺栓的贯通孔与扣盖上的螺丝孔固定连接；旋转小柱的内螺纹与吊柱螺栓上的外螺纹通过螺钉固定连接，所述旋转小柱的外螺纹与加载杆靠近出线孔处的内螺纹螺纹连接，所述主体上的外螺纹与加载杆远离出线孔端的内螺纹螺纹连接，所述传感器支撑座中间的贯通孔和小量程传感器上的内螺纹通过螺钉连接，所述传感器支撑座其余两个贯通孔与主体内部的螺丝孔螺钉连接，达到将带有小量程传感器的传感器支撑座与主体连接；所述连接轴B的外螺纹与小量程传感器的内螺纹螺纹连接。

2.根据权利要求1所述的一种串联式传感器，其特征在于，所述连接轴A带有外螺纹的一端穿过底座中间的孔，所述弹簧一端抵在连接轴B的外部凸台面，所述底座的外螺纹与主体的内螺纹螺纹连接，所述底座外部的沟槽内放置泛塞封。

3.根据权利要求1所述的一种串联式传感器，其特征在于，所述连接轴A依次穿过垫片和底盖，螺丝依次穿过底盖和垫片的贯通安装孔并于底座的螺丝孔拧紧连接；所述顶柱球的内螺纹与连接轴A的外螺纹螺纹连接。

4.根据权利要求1所述的一种串联式传感器，其特征在于，当弹簧(17)被压紧时，顶柱球(12)的环形边缘与底盖(8)压紧，此时小量程传感器(16)受力恒定，处于被保护状态。

5.一种如权利要求1和2任意一项所述的串联式传感器的测量方法，包括如下步骤：

(1)将串联传感器组装，将大量程传感器(15)和小量程传感器(16)串联；

(2)设置小量程传感器(16)和大量程传感器(15)的工作载荷切换点；

(3)加载初期，小量程传感器(16)和大量程传感器(15)同时进行工作，此时只采集小量程传感器(16)的载荷数据；

(4)当载荷值达到步骤(2)设置的工作载荷切换点，小量程传感器(16)被保护，并切换至大量程传感器(15)，此时只采集大量程传感器(15)的载荷数据。

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