CN115876372A - 一种张力传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种张力传感器，涉及张力检测装置领域，包括基座，所述基座的内部安装张力轴，夹持组件，安装在基座的内部，所述夹持组件的数量设置有两组，分别对称设置在张力轴的两侧。本发明所述的一种张力传感器，通过设置控制组件、夹持组件、扭矩组件和驱动组件，控制组件控制两个夹持组件夹持住被测卷材的两端位置，当两端夹持紧之后，控制组件继续控制驱动组件，驱动组件用来控制扭矩组件分别向相反的方向拉动被测卷材，被测卷材的表面挤压在张力轴的表面，以此测出张力的数据，区别于之前的人工配合检测，对于需要在一定时间之内测量多个被测卷材的情况来说，其工作的效率更高，且不需要人工进行施力，减少了人力使用。

Description

一种张力传感器

技术领域

本发明涉及张力检测装置领域，特别涉及一种张力传感器。

背景技术

张力传感器，英文：tension pick-up ，张力传感器是张力控制过程中，用于测量卷材张力值大小的仪器，其主要分为轴台式、穿轴式和悬臂式，在使用张力传感器的过程中，首先需要先将卷材依此穿过压轴-检测轴-压轴，确保卷材挤压在检测轴的表面，检测轴的内部是通过张力应变片和压缩应变片按照电桥方式连接在一起的电路板，当受到外压力时应变片的电阻值也随之改变，改变值的多少将正比于所受张力的大小，压轴的目的是为了对卷材的两端进行导向，确保卷材能够顺利的挤压在检测轴的表面。

专利号为CN 202021736971.X的中国专利公开了一种张力传感器，该传感器是微位移型传感器，通过板簧的位移与差接变压器来进行张力的检测，但是无论是位移型传感器还是应变片式传感器，大多数是需要人工配合使用，使得卷材作用在传感轴的表面。

对于生产厂家来说，同一种卷材的不同材料配比，都对卷材的张力有所影响，因此若是需要检测出材质配比最为合适的卷材，还是需要利用张力传感器进行一一检测，此时人工检测就会导致检测的效率降低，以纸张为例，若是不同配比的一百张纸，那么人工实验检测张力就较为繁琐。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种张力传感器，可以有效解决背景技术中的问题。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

包括基座，所述基座的内部安装张力轴，夹持组件，安装在基座的内部，所述夹持组件的数量设置有两组，分别对称设置在张力轴的两侧，用于夹持被测卷材的两端位置；

扭矩组件，安装在基座的内部，所述扭矩组件的数量设置两组，分别用于使得两个夹持组件在转动方向上产生位移，使得对应的两侧拉动被测卷材；

驱动组件，安装在基座的内部，用于驱动扭矩组件动作；

控制组件，可选用单片机或者PLC进行逻辑控制驱动组件、扭矩组件和夹持组件的相互配合使用，实现全自动的被测卷材张力检测实验。

控制组件的驱动可以通过人工进行按动按钮驱动，或者是在其内部设置有对应的传感器，例如光电传感器，主要目的是为了检测夹持组件的内部已经放置好被测卷材，通过传感器的电信号驱动控制组件的启动，也可将传感器归纳至控制组件的一部分。

所述夹持组件包括上夹持板和下夹持板，所述下夹持板的下表面安装电机一，其输出轴的端部安装螺栓，所述螺栓的表面螺纹连接活动环，所述上夹持板的表面安装连接导向轴，所述导向轴的一端贯穿下夹持板并连接在活动环的表面。

所述上夹持板和下夹持板的相对侧安装有橡胶板，所述橡胶板的形状与上夹持板、下夹持板的形状相适配，相对来说橡胶板的摩擦因数对于常见的普遍材料来说相对较大，且材料价格较为便宜，因此利用橡胶板来使得夹持组件的夹持力更加的稳定。

所述扭矩组件包括安装在基座内部的定轴，所述定轴的表面分别套接有主套管和从套管，所述主套管和从套管均与下夹持板之间安装支撑杆，所述基座的侧壁开设导向槽，所述下夹持板的表面安装导向块，所述导向块卡在导向槽的内部。

所述支撑杆设置为伸缩杆，包括内杆、外杆和连接弹簧，所述连接弹簧安装在外杆的内部，所述内杆安装在外杆的内部，且其一端与连接弹簧的一端进行连接。

所述主套管的长度大于从套管的长度，两个从套管安装在两端位置，均抵在基座的内壁上，两个主套管安装在中间位置，支撑杆是相互错落的设置，保证在转动的过程中，由于两侧的从套管都是挤压在内壁上，夹持组件不会产生偏移的问题，也能保证被测卷材的受力方向保持一致性。

所述驱动组件包括两个主动齿轮和电机二，两个主动齿轮分别固定套接在两个主套管的表面，所述基座的内部安装有两个转轴，两个所述转轴的表面均固定套接有传动齿轮，两个所述传动齿轮互相啮合，两个所述传动齿轮分别与两个主动齿轮啮合，所述电机二用于驱动转轴转动。

所述转轴的表面安装驱动齿轮一，所述电机二安装在基座的内部，所述电机二的输出轴上安装驱动齿轮二，所述驱动齿轮一和驱动齿轮二啮合。

所述基座的表面适配安装顶座，所述基座和顶座的表面对立侧位置开设物料口，所述基座的底部安装支架脚。

所述支架脚的底部安装吸盘，利用吸盘的吸附力，将整个装置牢牢固定在桌面上，防止晃动，保证使用更加的稳定。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1、本发明中，通过设置控制组件、夹持组件、扭矩组件和驱动组件，控制组件控制两个夹持组件夹持住被测卷材的两端位置，当两端夹持紧之后，控制组件继续控制驱动组件，驱动组件用来控制扭矩组件分别向相反的方向拉动被测卷材，被测卷材的表面挤压在张力轴的表面，以此测出张力的数据，区别于之前的人工配合检测，对于需要在一定时间之内测量多个被测卷材的情况来说，其工作的效率更高，且不需要人工进行施力，减少了人力使用。

2、本发明中，通过设置弧形形状的上夹持板和下夹持板，对于的纱线类产品来说，在被夹持至上夹持板和下夹持板之间是通过摩擦力进行拉扯，由于其表面为弧形，对于纱线的拉力包括摩擦力，和垂直于弧形圆心压力向外侧拉扯的分力，此时就会到纱线的夹持的更加稳定，平直的夹持板受到的压强较大，表面容易磨损，可能会产生夹持不稳定的情况。

3、本发明中，通过设置平直的上夹持板和下夹持板，配合可伸缩的支撑杆以及导向槽，对于纸张类产品来说，其内部是横向与纵向纤维杂乱排布而成，因此无论在朝向那个方向卷曲，在上夹持板的边缘位置，仍然是容易造成折痕，或者是在其边缘位置破损，但是对于纱线来说，由于是沿着纤维的纵向方向拉扯，因此纱线不会轻易的产生折痕或者断掉，除非拉扯力超过纱线本身的承受能力，因此平直的上夹持板和下夹持板就能够保证纸张的完整，同时配合使用橡胶板，同样能够保证夹持稳定。

4、本发明中，通过设置驱动齿轮一和驱动齿轮二，电机二使得驱动齿轮一转动，由于驱动齿轮一和驱动齿轮二的连动作用，使得转轴进行转动，充分利用基座的内部空间，同时也减少了整体的占用体积。

5、本发明中，通过设置橡胶板，利用橡胶板的摩擦因数大，且方便制得的特性，增大被测卷材与夹持组件之间的摩擦力，保证夹持时的稳定。

附图说明

图1为本发明一种张力传感器的整体结构示意图；

图2为本发明一种张力传感器的另一视角结构示意图；

图3为本发明一种张力传感器实施例1的结构示意图；

图4为本发明一种张力传感器实施例2的结构示意图；

图5为本发明一种张力传感器的内部结构示意图；

图6为本发明一种张力传感器的驱动组件结构示意图；

图7为本发明一种张力传感器的夹持组件位置结构示意图；

图8为本发明一种张力传感器的橡胶板位置结构示意图。

图中：1、基座；2、张力轴；3、夹持组件；301、上夹持板；302、下夹持板；303、电机一；304、螺栓；305、活动环；306、导向轴；4、扭矩组件；401、定轴；402、主套管；403、从套管；404、支撑杆；4041、内杆；4042、外杆；4043、连接弹簧；405、导向槽；406、导向块；5、驱动组件；501、主动齿轮；502、电机二；503、转轴；504、传动齿轮；6、控制组件；7、橡胶板；8、驱动齿轮一；9、驱动齿轮二；10、顶座；11、物料口；12、支架脚；13、吸盘。

实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

如图1-8所示，一种张力传感器，包括基座1，基座1的内部安装张力轴2，如图2所示，张力轴2的内部检测电路连接数字显示板，数字显示板直接安装在基座1的表面，夹持组件3，安装在基座1的内部，夹持组件3的数量设置有两组，分别对称设置在张力轴2的两侧，用于夹持被测卷材的两端位置；扭矩组件4，安装在基座1的内部，扭矩组件4的数量设置两组，分别用于使得两个夹持组件3在转动方向上产生位移，使得对应的两侧拉动被测卷材；驱动组件5，安装在基座1的内部，用于驱动扭矩组件4动作；控制组件6，可选用单片机或者PLC进行逻辑控制驱动组件5、扭矩组件4和夹持组件3的相互配合使用，实现全自动的被测卷材张力检测实验。

在进行使用时，将被测卷材穿过张力轴2的上方和夹持组件3之间，通过控制组件6控制两个夹持组件3夹持住被测卷材的两端位置，此时的被测卷材是处于放松的状态，当两端夹持紧之后，控制组件6继续控制驱动组件5，驱动组件5用来控制扭矩组件4分别向相反的方向拉动被测卷材，被测卷材的表面挤压在张力轴2的表面，以此测出张力的数据，控制组件6的驱动可以通过人工进行按动按钮驱动，或者是在其内部设置有对应的传感器，例如光电传感器，主要目的是为了检测夹持组件3的内部已经放置好被测卷材，通过传感器的电信号驱动控制组件6的启动，也可将传感器归纳至控制组件6的一部分。

由于被测卷材的种类不同，因此对于夹持组件3的选择是各不相同的，例如纱线或者是纸张，其宽度和材料都不相同，因此为适应不同种类的卷材，针对夹持组件3提出以下两种实施例：

实施例

如图3所示，夹持组件3包括上夹持板301和下夹持板302，上夹持板301和下夹持板302的形状均设置为弧形状，纱线在被夹持至上夹持板301和下夹持板302之间是通过摩擦力进行拉扯，由于其表面为弧形，对于纱线的拉力包括摩擦力，和垂直于弧形圆心压力向外侧拉扯的分力，此时就会到纱线的夹持的更加稳定；

下夹持板302的下表面安装电机一303，其输出轴的端部安装螺栓304，螺栓304的表面螺纹连接活动环305，螺栓304远离电机一303的一端安装有防脱板，用于防止活动环305的脱落，上夹持板301的表面安装连接导向轴306，导向轴306的形状为V字形状，其中一段贯穿上夹持板301，另一段贯穿下夹持板302并连接在活动环305的表面。

使用时，启动电机一303，电机一303的输出轴带动螺栓304转动，由于导向轴306的限位作用，以及活动环305与螺栓304进行连接，因此活动环305会带动导向轴306沿着螺栓304的轴向方向进行移动，从而带动上夹持板301的上下运动，来实现为被测卷材的夹持以及松弛，松弛时就可以将被测卷材取出，更换新的被测卷材。

上夹持板301和下夹持板302的相对侧安装有橡胶板7，如图8所示，橡胶板7的形状与上夹持板301、下夹持板302的形状相适配，根据摩擦力的计算公式f=μ*N（μ为摩擦因数，N为垂直作用在物体上的压力），相对来说橡胶板7的摩擦因数对于常见的普遍材料来说相对较大，且材料价格较为便宜，因此利用橡胶板7来使得夹持组件3的夹持力更加的稳定。

扭矩组件4包括安装在基座1内部的定轴401，定轴401的表面分别套接有主套管402和从套管403，主套管402和从套管403均与下夹持板302之间安装支撑杆404，基座1的侧壁开设导向槽405，下夹持板302的表面安装导向块406，导向块406卡在导向槽405的内部，导向槽405的形状也设置为弧形状，利用内壁面对导向块406做支撑，分散全部施加在支撑杆404上的力。

实施例

如图4所示，夹持组件3包括上夹持板301和下夹持板302，上夹持板301和下夹持板302的形状均设置为平面状，由于纸张与纱线不同，虽然纸张与纱线同样能柔软能够弯曲，但是对于纸张来说，其内部是横向与纵向纤维杂乱排布而成，因此无论在朝向那个方向卷曲，在上夹持板301的边缘位置，仍然是容易造成折痕，或者是在其边缘位置破损，但是对于纱线来说，由于是沿着纤维的纵向方向拉扯，因此纱线不会轻易的产生折痕或者断掉，除非拉扯力超过纱线本身的承受能力，因此平直的上夹持板301和下夹持板302就能够保证纸张的完整，同时配合使用橡胶板7，同样能够保证夹持稳定；

需要补充说明的一点，由于橡胶板7的本身具有弹性，且纱线与橡胶板7的接触面积很小，根据压强的计算公式：p=f/s（f为垂直作用在物体上的力，s为物体的作用面积），以此在相同的作用力下，其产生的压强就会增大，就会更加容易导致橡胶板7产生形变，因此相对于纸张来说，其实纸张的夹持组件3更适合安装橡胶板7，但是具体的实施情况，还需要配合实际使用生产，可根据情况进行选择。

扭矩组件4包括安装在基座1内部的定轴401，定轴401的表面分别套接有主套管402和从套管403，主套管402和从套管403均与下夹持板302之间安装支撑杆404，基座1的侧壁开设导向槽405，如图4所示，导向槽405的形状为直线状，下夹持板302的表面安装导向块406，导向块406卡在导向槽405的内部，此时的导向块406与导向槽405的配合是进行限位的作用。

支撑杆404设置为伸缩杆，包括内杆4041、外杆4042和连接弹簧4043，连接弹簧4043安装在外杆4042的内部，内杆4041安装在外杆4042的内部，且其一端与连接弹簧4043的一端进行连接，在驱动组件5的驱动作用下，由于支撑杆 404是连接在主套管402的表面进行转动的，因此其转动的痕迹就是以主套管402位圆心的圆弧，但是要确保其拉动的方向为直线，就是利用支撑杆404的伸缩属性，由于配合导向槽405的导向作用，会保证夹持组件3的移动方向为一个特性的直线方向，同时也可以利用连接弹簧4043的弹簧回弹力，使得夹持组件3回到初始的位置。

主套管402的长度大于从套管403的长度，两个从套管403安装在两端位置，均抵在基座1的内壁上，两个主套管402安装在中间位置，如图7所示，支撑杆404是相互错落的设置，保证在转动的过程中，由于两侧的从套管403都是挤压在内壁上，夹持组件3不会产生偏移的问题，也能保证被测卷材的受力方向保持一致性。

驱动组件5包括两个主动齿轮501和电机二502，如图6所示，两个主动齿轮501分别固定套接在两个主套管402的表面，两个主动齿轮501的相对位置距离偏近，基座1的内部安装有两个转轴503，两个转轴503的表面均固定套接有传动齿轮504，两个传动齿轮504互相啮合，两个传动齿轮504错落放置，两个传动齿轮504分别与两个主动齿轮501啮合，传动齿轮504与主动齿轮501的啮合一一对应，不能相互交错啮合，电机二502用于驱动转轴503转动。

在使用时，电机二502驱动转轴503转动，在两个传动齿轮504的啮合作用下，另外一个转轴503也进行转动，再通过一一对应的传动齿轮504和主动齿轮501的啮合，使得两个主套管402向相反的方向进行转动，以此带动两个夹持组件3向两侧拉动被测卷材，进行检测。

转轴503的表面安装驱动齿轮一8，电机二502安装在基座1的内部，电机二502的输出轴上安装驱动齿轮二9，驱动齿轮一8和驱动齿轮二9啮合由于将电机二502安装在基座 1的内部，就通过驱动齿轮一8和驱动齿轮二9的连动作用，使得转轴503进行转动，充分利用基座1的内部空间，同时也减少了整体的占用体积。

如图1所示，基座1的表面适配安装顶座10，使得整个装置都形成一个密闭的空间，基座1和顶座10的表面对立侧位置开设物料口11，被测卷材通过物料口11贯穿过夹持组件3以及张力轴2的上方，基座1的底部安装支架脚12，由于物料口11的方向在上下方，因此安装支架脚12保证下方有一部分空间，可以留用足够的被测卷材的余料，防止在夹持转动的过程中，被测卷材的一边位置不够使用。

如图8所示，支架脚12的底部安装吸盘13，利用吸盘13的吸附力，将整个装置牢牢固定在桌面上，防止晃动，保证使用更加的稳定。

需要说明的是，本发明为一种张力传感器，在使用时，将被测卷材穿过张力轴2的上方、上夹持板301和下夹持板302之间，启动电机一303，电机一303的输出轴带动螺栓304转动，由于导向轴306的限位作用，以及活动环305与螺栓304进行连接，因此活动环305会带动导向轴306沿着螺栓304的轴向方向进行移动，从而带动上夹持板301的向下运动，此时将被测卷材夹紧，控制组件6就会控制电机二502驱动转轴503转动，在两个传动齿轮504的啮合作用下，另外一个转轴也进行转动，再通过一一对应的传动齿轮504和主动齿轮501的啮合，使得两个主套管402向相反的方向进行转动，以此带动两个夹持组件3向两侧拉动被测卷材，进行检测，检测完毕，反向驱动上述步骤，最后直接通过物料口11将被测卷材取出就好。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。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等效物界定。

Claims (10)

1.一种张力传感器，包括基座（1），所述基座（1）的内部安装张力轴（2），其特征在于：夹持组件（3），安装在基座（1）的内部，所述夹持组件（3）的数量设置有两组，分别对称设置在张力轴（2）的两侧，用于夹持被测卷材的两端位置；

扭矩组件（4），安装在基座（1）的内部，所述扭矩组件（4）的数量设置两组，分别用于使得两个夹持组件（3）在转动方向上产生位移，使得对应的两侧拉动被测卷材；

驱动组件（5），安装在基座（1）的内部，用于驱动扭矩组件（4）动作；

控制组件（6），可选用单片机或者PLC进行逻辑控制驱动组件（5）、扭矩组件（4）和夹持组件（3）的相互配合使用，实现全自动的被测卷材张力检测实验。

2.根据权利要求1所述的一种张力传感器，其特征在于：所述夹持组件（3）包括上夹持板（301）和下夹持板（302），所述下夹持板（302）的下表面安装电机一（303），其输出轴的端部安装螺栓（304），所述螺栓（304）的表面螺纹连接活动环（305），所述上夹持板（301）的表面安装连接导向轴（306），所述导向轴（306）的一端贯穿下夹持板（302）并连接在活动环（305）的表面。

3.根据权利要求2所述的一种张力传感器，其特征在于：所述上夹持板（301）和下夹持板（302）的相对侧安装有橡胶板（7），所述橡胶板（7）的形状与上夹持板（301）、下夹持板（302）的形状相适配。

4.根据权利要求1所述的一种张力传感器，其特征在于：所述扭矩组件（4）包括安装在基座（1）内部的定轴（401），所述定轴（401）的表面分别套接有主套管（402）和从套管（403），所述主套管（402）和从套管（403）均与下夹持板（302）之间安装支撑杆（404），所述基座（1）的侧壁开设导向槽（405），所述下夹持板（302）的表面安装导向块（406），所述导向块（406）卡在导向槽（405）的内部。

5.根据权利要求4所述的一种张力传感器，其特征在于：所述支撑杆（404）设置为伸缩杆，包括内杆（4041）、外杆（4042）和连接弹簧（4043），所述连接弹簧（4043）安装在外杆（4042）的内部，所述内杆（4041）安装在外杆（4042）的内部，且其一端与连接弹簧（4043）的一端进行连接。

6.根据权利要求4所述的一种张力传感器，其特征在于：所述主套管（402）的长度大于从套管（403）的长度，两个从套管（403）安装在两端位置，均抵在基座（1）的内壁上，两个主套管（402）安装在中间位置。

7.根据权利要求1所述的一种张力传感器，其特征在于：所述驱动组件（5）包括两个主动齿轮（501）和电机二（502），两个主动齿轮（501）分别固定套接在两个主套管（402）的表面，所述基座（1）的内部安装有两个转轴（503），两个所述转轴（503）的表面均固定套接有传动齿轮（504），两个所述传动齿轮（504）互相啮合，两个所述传动齿轮（504）分别与两个主动齿轮（501）啮合，所述电机二（502）用于驱动转轴（503）转动。

8.根据权利要求7所述的一种张力传感器，其特征在于：所述转轴（503）的表面安装驱动齿轮一（8），所述电机二（502）安装在基座（1）的内部，所述电机二（502）的输出轴上安装驱动齿轮二（9），所述驱动齿轮一（8）和驱动齿轮二（9）啮合。

9.根据权利要求1所述的一种张力传感器，其特征在于：所述基座（1）的表面适配安装顶座（10），所述基座（1）和顶座（10）的表面对立侧位置开设物料口（11），所述基座（1）的底部安装支架脚（12）。

10.根据权利要求9所述的一种张力传感器，其特征在于：所述支架脚（12）的底部安装吸盘（13）。

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