CN112834112A - 一种力标准器及液压承载装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种力标准器及液压承载装置，力标准器包括液压承载装置，液压承载装置包括具有液压腔的标准器主体，液压腔的腔口处设置有膜片，力标准器还包括用于检测液压腔内液体压力的压力传感器，膜片上固定有位于所述液压腔内的内压头，内压头临近所述膜片的一端为与所述膜片接触配合的定心配合端，定心配合端与膜片的接触位置外缘形成与所述液压腔的内腔腔壁线接触配合的环状接触线。本发明解决了现有技术中压头尺寸无法与液压腔尺寸做到一致而导致膜片易变形失效的技术问题。

Description

一种力标准器及液压承载装置
技术领域
本发明涉及力值测量领域中的力标准器及液压承载装置。
背景技术
在计量检定领域，需要使用力标准器对各种工具进行力值的校准，大到几千吨的压力机，小到压力传感器，比如说对压力机的输出压力进行校准的力标准器，其包括液压缸，液压缸包括缸体与缸体密封移动配合的活塞，缸体上设置有用于检测缸体内液体压强的液压传感器，在对压力机的输出压力进行校准时，压力机的压头对活塞施压，液压传感器测得缸体内液体压强，然后根据活塞与液体的有效接触面积换算出活塞的受力即压力机的输出压力，从而对压力机进行校准。现有技术中的这种力标准器存在的问题在于：活塞与缸体之间存在摩擦力，这个摩擦了会影响校准精度，尤其是压力机对活塞施压的过程中，该摩擦力为静摩擦力，静摩擦力的不稳定性也会造成液压传感器读数的不稳定，最终都会影响校准精度。
为解决活塞与缸体之间的静摩擦力会影响测量精度的技术问题，中国专利CN1087600097A公开了“一种测力传感器”，该测力传感器包括传感器主体，传感器主体的底部设置有液压腔，传感器主体的底部固定有用于封堵液压腔的腔口的膜片，膜片下侧设置有压块。传感器主体上设置有用于测量液压腔内部液体压强的压力传感器，使用时，外力作用于传感器主体上，压块通过膜片对液压腔施压，压力传感器测量液压腔内部的液体压强，然后根据膜片与液体的有效承压面积来计算膜片所受到的作用力，该作用力与外力大小相同方向相反，从而获得外力值，由上分析可知，膜片自身是否变形是影响测量精度的主要因素，为了减小膜片的变形，现有技术中需要使得压块的横截面的外轮廓边缘与液体腔的横截面的外轮廓边缘相重合或靠近内侧，也就是说，压块的横截面的外轮廓边缘与液压腔的横基面的外轮廓边缘越接近，膜片与液压腔、压块接触位置处所受到的力值越小，膜片自身越不易产生延展变形，但是现有的这种结构，压块和液压腔位于膜片的两侧，压块与液压腔之间不易实现定心安装关系，因此不能将压块的横截面尺寸与液压腔的横截面尺寸做到完全一致，如果将压块的横截面尺寸与液压腔的横截面尺寸做到完全一致，由于压块与液压腔之间的定心关系不易保证，装配精度稍有不慎，就会导致压块与传感器主体在上下方向上有投影重合，压块的作用力作用到传感器主体上，就会导致力值无法测量，为此优选实施方式中的附图中可以明确的看到，压块的外轮廓横截面尺寸要小于液压腔的外轮廓的横截面尺寸，此法降低了对安装精度的需求，实现了压块的作用力仅作用于液体上，但是压块的外轮廓与液压腔的外轮廓之间的这部分膜片就容易产生变形，不仅会影响到测量精度，在进行大力值测量时，液压力会压迫该位置处的膜片产生不能恢复的非弹性变形，导致膜片失效，无法使用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种力标准器，以解决现有技术中压头尺寸无法与液压腔尺寸做到一致而导致膜片易变形失效的技术问题；本发明的目的还在于提供一种该力标准器中使用的液压承载装置。
为解决上述技术问题，本发明中力标准器的技术方案如下：
一种力标准器，包括液压承载装置，液压承载装置包括具有液压腔的标准器主体，液压腔的腔口处设置有膜片，力标准器还包括用于检测液压腔内液体压力的压力传感器，膜片上固定有位于所述液压腔内的内压头，内压头临近所述膜片的一端为与所述膜片接触配合的定心配合端，定心配合端与膜片的接触位置外缘形成与所述液压腔的内腔腔壁线接触配合的环状接触线。
所述液压腔为圆柱形液压腔，所述环状接触线为圆环状接触线，内压头为截头球台结构，内压头的球径自朝向靠近膜片方向逐渐变大，内压头的球心处于液压腔的轴线上。
膜片背离所述标准器主体的一侧固定有环形压板，环形压板的内孔中设置有于通过连接段与所述内压头相连的外压头，膜片的中部设置有供连接段穿过的连接段穿孔，外压头的外轮廓尺寸小于环形压板的内腔的外轮廓尺寸，环形压板的内腔与液压腔同轴线布置，液压腔的外轮廓与环形压板的内腔外轮廓在轴向上的投影重合。
液压腔具有相对布置的上腔口和下腔口，上腔口、下腔口处均设置有所述膜片。
环形压板、膜片外缘通过螺栓固定于标准器主体上，环形压板与外压头之间具有安装空间，安装空间内设有一端与膜片接触配合的传力块，环形压板背离所述膜片的一侧设置有与所述传力块另外一端接触配合的测力块，测力块上贴有应变计。
本发明中液压承载装置的技术方案为：
液压承载装置，包括具有液压腔的标准器主体，液压腔的腔口处设置有膜片，膜片上固定有位于所述液压腔内的内压头，内压头临近所述膜片的一端为与所述膜片接触配合的定心配合端，定心配合端与膜片的接触位置外缘形成与所述液压腔的内腔腔壁线接触配合的环状接触线。
所述液压腔为圆柱形液压腔，所述环状接触线为圆环状接触线，内压头为截头球台结构，内压头的球径自朝向靠近膜片方向逐渐变大，内压头的球心处于液压腔的轴线上。
膜片背离所述标准器主体的一侧固定有环形压板，环形压板的内孔中设置有于通过连接段与所述内压头相连的外压头，膜片的中部设置有供连接段穿过的连接段穿孔，外压头的外轮廓尺寸小于环形压板的内腔的外轮廓尺寸，环形压板的内腔与液压腔同轴线布置，液压腔的外轮廓与环形压板的内腔外轮廓在轴向上的投影重合。
液压腔具有相对布置的上腔口和下腔口，上腔口、下腔口处均设置有所述膜片。
环形压板、膜片外缘通过螺栓固定于标准器主体上，环形压板与外压头之间具有安装空间，安装空间内设有一端与膜片接触配合的传力块，环形压板背离所述膜片的一侧设置有与所述传力块另外一端接触配合的测力块，测力块上贴有应变计。
本发明的有益效果为：本发明中内压头位于液压腔内，即内压头、液压腔处于膜片的一侧，在加工时，定心配合端的环状接触线尺寸可以与液压腔的内腔尺寸完全一致，安装时，定心配合端装入到液压腔中即可，由于内压头位于液压腔内，因此在本发明中无需担心装配精度问题，才可以将环接触线的尺寸做到与液压腔的内腔尺寸完全一致，这样膜片只用于起到密封作用，而不用于承担力，因此膜片不会出现如现有技术中的因受力不平衡而出现的延展变形问题，环状接触线与液压腔线接触配合，接触面积可以忽略，定心配合端与液压腔之间的静摩擦力很小，基本可以忽略，从而保证测量精度。
附图说明
图1是本发明中力标准器的实施例1的结构示意图；
图2是本发明中力标准器的实施例2的结构示意图；
图3是本发明中力标准器的实施例3的结构示意图。
具体实施方式
本发明中力标准器的实施例1如图1所示：包括液压承载装置和压力传感器（图中未示出），液压承载装置包括上端设有液压腔11的标准器主体1，液压腔的腔口处设有膜片2，膜片2的上侧设有环形压板3，环形压板、膜片和标准器主体上穿装有实现其三者固定的固定螺栓12，液压腔11为圆柱形液压腔，液压腔11的直径与环形压板3的内孔直径一致，环形压板与液压腔同轴线布置，优选的，膜片为不锈钢片。压力传感器通过油道与液压腔相连以测量液压腔内液体的压强。
膜片2为中心开设有连接段穿孔的环形结构，液压承载装置还包括外压头7和内压头10，外压头7通过连接段6与内压头10相连，连接段6穿设于连接段穿孔中。外压头7的直径小于环形压板的内孔直径，在本实施例中，外压头包括上下布置的柱形段5和锥形段4。内压头10临近膜片2的一端为与膜片接触配合的定心配合端，定心配合端与膜片接触位置的外缘形成与液压腔的内腔腔壁线接触配合的环状接触线8。环状接触线为圆环状接触线，内压头10为截头球台结构，内压头的球径自朝向膜片方向逐渐变大，内压头的球心处于液压腔的轴线上，环状接触线的圆环直径即为内压头的直径。标准器主体的侧面贴设有主体应变片9。
使用时，需要对测力设备比如说液压机进行测力时，液压机的压头对外压头5施加压力，本发明相比现有技术的主要区别在于：内压头10的最大尺寸处即环状接触线处可以做到与液压腔内腔尺寸一致，从而保证在外压头、内压头受向下作用力时，膜片不受液压反方向的作用力，膜片不会被挤压变形，从而保证测力的准确性和产品的使用寿命，膜片在本发明中仅起到密封液体的作用，不受力；截头球台结构的内压头既保证了内压头与液压腔内腔壁的接触面积较小，又保证了内压头最大直径处的结构强度。在本发明的其它实施例中，内压头还可以是上大下小的梯形结构，内压头的上端外边沿形成与液压腔的内腔壁线接触配合的环状接触线；本实施例中的环状接触线中的环指的是在圆周方向上封闭，其在其它实施例中可以是方环状，也可以是椭圆环状等其他环状。
一种力标准器的实施例2如图2所示：实施例2与实施例1不同的是，液压腔11沿上下方向贯穿标准器主体，液压腔具有相对布置的上腔口和下腔口，上腔口、下腔口处均设置有膜片2、内压头10和外压头7。
一种力标准器的实施例3如图3所示，其特征在于：实施例3与实施例1不同的是，环形压板3的内孔尺寸大于液压腔11的内腔直径，环形压板3与外压头7之间具有安装空间，安装空间内设有一端与膜片接触配合的传力块15，传力块为环形结构，环形压板3背离所述膜片的一侧设置有与所述传力块另外一端接触配合的测力块13，测力块上贴有应变计14，测力块13、环形压板和膜片通过螺栓12固定于标准器主体1上。本实施例的额外效果为：当有部分液体经环状接触线与液压腔的接触位置泄露至环状接触线上侧时，该位置的膜片会向上变形，变形力通过传力块传递给测力块，测力块产生变形，应变计测力该力，通过该测量力和内压头的受力补偿，从而准确计算出外压头的受力。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
液压承载装置的实施例如图1~3所示：液压承载装置的具体结构与上述各力标准器实施例中所述的液压承载装置相同，在此不再详述。

Claims (10)

1.一种力标准器，包括液压承载装置，液压承载装置包括具有液压腔的标准器主体，液压腔的腔口处设置有膜片，力标准器还包括用于检测液压腔内液体压力的压力传感器，其特征在于：膜片上固定有位于所述液压腔内的内压头，内压头临近所述膜片的一端为与所述膜片接触配合的定心配合端，定心配合端与膜片的接触位置外缘形成与所述液压腔的内腔腔壁线接触配合的环状接触线。
2.根据权利要求1所述的力标准器，其特征在于：所述液压腔为圆柱形液压腔，所述环状接触线为圆环状接触线，内压头为截头球台结构，内压头的球径自朝向靠近膜片方向逐渐变大，内压头的球心处于液压腔的轴线上。
3.根据权利要求1或2所述的力标准器，其特征在于：膜片背离所述标准器主体的一侧固定有环形压板，环形压板的内孔中设置有于通过连接段与所述内压头相连的外压头，膜片的中部设置有供连接段穿过的连接段穿孔，外压头的外轮廓尺寸小于环形压板的内腔的外轮廓尺寸，环形压板的内腔与液压腔同轴线布置，液压腔的外轮廓与环形压板的内腔外轮廓在轴向上的投影重合。
4.根据权利要求1所述的力标准器，其特征在于：液压腔具有相对布置的上腔口和下腔口，上腔口、下腔口处均设置有所述膜片。
5.根据权利要求3所述的力标准器，其特征在于：环形压板、膜片外缘通过螺栓固定于标准器主体上，环形压板与外压头之间具有安装空间，安装空间内设有一端与膜片接触配合的传力块，环形压板背离所述膜片的一侧设置有与所述传力块另外一端接触配合的测力块，测力块上贴有应变计。
6.液压承载装置，包括具有液压腔的标准器主体，液压腔的腔口处设置有膜片，其特征在于：膜片上固定有位于所述液压腔内的内压头，内压头临近所述膜片的一端为与所述膜片接触配合的定心配合端，定心配合端与膜片的接触位置外缘形成与所述液压腔的内腔腔壁线接触配合的环状接触线。
7.根据权利要求6所述的液压承载装置，其特征在于：所述液压腔为圆柱形液压腔，所述环状接触线为圆环状接触线，内压头为截头球台结构，内压头的球径自朝向靠近膜片方向逐渐变大，内压头的球心处于液压腔的轴线上。
8.根据权利要求6或7所述的液压承载装置，其特征在于：膜片背离所述标准器主体的一侧固定有环形压板，环形压板的内孔中设置有于通过连接段与所述内压头相连的外压头，膜片的中部设置有供连接段穿过的连接段穿孔，外压头的外轮廓尺寸小于环形压板的内腔的外轮廓尺寸，环形压板的内腔与液压腔同轴线布置，液压腔的外轮廓与环形压板的内腔外轮廓在轴向上的投影重合。
9.根据权利要求6所述的液压承载装置，其特征在于：液压腔具有相对布置的上腔口和下腔口，上腔口、下腔口处均设置有所述膜片。
10.根据权利要求8所述的液压承载装置，其特征在于：环形压板、膜片外缘通过螺栓固定于标准器主体上，环形压板与外压头之间具有安装空间，安装空间内设有一端与膜片接触配合的传力块，环形压板背离所述膜片的一侧设置有与所述传力块另外一端接触配合的测力块，测力块上贴有应变计。
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