CN115884850A

CN115884850A - 具有应变仪的扭矩扳手

Info

Publication number: CN115884850A
Application number: CN202080099003.9A
Authority: CN
Inventors: 是明林; 罗恒廉; 杨成
Original assignee: Apex Brands Inc
Current assignee: Apex Brands Inc
Priority date: 2020-03-25
Filing date: 2020-03-25
Publication date: 2023-03-31
Also published as: WO2021189326A1; CA3176871A1; TW202204101A; EP4121252A1; US20230182272A1; TW202313266A; TWI780619B; AU2020438391A1

Abstract

提供了一种示例性扭矩扳手。示例性扭矩扳手可包括驱动头，该驱动头被构造成与用于旋转紧固件的工具接合。驱动头可具有驱动轴线，当旋转紧固件时驱动头围绕该驱动轴线旋转。扭矩扳手还可包括联接到驱动头的偏转构件，以及在第一加载点和第二加载点处联接到偏转构件的外主体。扭矩扳手还可包括在驱动头与第一加载点之间联接到偏转构件的第一应变仪，以及在第一加载点与第二加载点之间联接到偏转构件的第二应变仪。

Description

具有应变仪的扭矩扳手

技术领域

示例性实施方式总体上涉及扳手，并且特别地涉及电子扭矩扳手技术。

背景技术

扳手通常用于与各种类型的紧固件接合，以通过手柄为用户提供杠杆作用以转动紧固件。在一些应用中，紧固件必须被拧紧到特定的、指定的扭矩。为了确保正确的拧紧，可以使用扭矩扳手，该扭矩扳手是机械地或电气地指示已经向紧固件施加了期望扭矩的扳手。扭矩扳手可被设定到期望扭矩，并且当拧紧紧固件时，扳手可指示何时已达到扭矩设定。

许多电子扭矩扳手使用应变仪来测量由扳手施加到紧固件的扭矩。然而，在常规扭矩扳手中，当实际施加相同扭矩时，施加在手柄上的力的位置(例如，靠近扳手的头部或靠近手柄的端部)可能对应变仪提供的读数具有影响。因此，当手柄上的力从手柄上的理想的施力位置移开时，传统扭矩扳手的测量准确度可能受到限制。此外，在一些应用中，将力放置在手柄上的精确位置处可能是困难的或不可能的，从而导致不正确的扭矩测量值。因此，需要一种扭矩扳手，当施加在手柄上的力的位置移动到不同位置时，其能够更精确地测量扭矩。

发明内容

根据一些示例性实施方式，提供了一种示例性扭矩扳手。扭矩扳手可包括驱动头，该驱动头被构造成与用于旋转紧固件的工具接合。驱动头可具有驱动轴线，当旋转紧固件时驱动头围绕该驱动轴线旋转。此外，扭矩扳手可包括联接到驱动头的偏转构件，以及在第一加载点和第二加载点处联接到偏转构件的外主体。扭矩扳手还可包括在驱动头与第一加载点之间联接到偏转构件的第一应变仪，以及在第一加载点与第二加载点之间联接到偏转构件的第二应变仪。

根据一些示例性实施方式，提供了另一种示例性扭矩扳手。扭矩扳手可包括驱动头，该驱动头被构造成与用于旋转紧固件的工具接合。驱动头可具有驱动轴线，当旋转紧固件时驱动头围绕该驱动轴线旋转。扭矩扳手还可包括联接到驱动头的偏转构件和在第一加载点和第二加载点处联接到偏转构件的手柄。扭矩扳手可进一步包括在驱动头与第一加载点之间联接到偏转构件的第一应变仪，以及在第一加载点与第二加载点之间联接到偏转构件的第二应变仪。另外，扭矩扳手可包括处理电路，该处理电路电联接到第一应变仪和第二应变仪，并且被构造成测量第一应变仪的输出端与第二应变仪的输出端之间的电压。电压可以基于施加到紧固件的扭矩。

根据一些示例性实施方式，还提供了一种用于测量由扭矩扳手的驱动头施加到紧固件的扭矩的示例性方法。扭矩扳手可包括联接到驱动头的偏转构件。该方法可包括通过处理电路测量第一应变仪的输出端和第二应变仪的输出端之间的电压。在这方面，电压可以基于施加到紧固件的扭矩。第一应变仪可在驱动头和第一加载点之间联接到偏转构件，并且第二应变仪可在第一加载点和第二加载点之间联接到偏转构件。第一加载点和第二加载点可以是偏转构件与扭矩扳手的手柄之间的机械联接点。该方法还可以包括将所测量的电压转换成扭矩测量值。

根据一些示例性实施方式，扭矩扳手可包括驱动头，该驱动头被构造成与用于旋转紧固件的工具接合。驱动头可具有驱动轴线，当旋转紧固件时驱动头围绕该驱动轴线旋转。扭矩扳手还可包括联接到驱动头的偏转构件、联接到偏转构件的手柄、以及联接到偏转构件的应变仪组件。应变仪组件可以被构造成测量偏转构件上的应变，作为由扭矩扳手施加到紧固件的扭矩的指示。扭矩扳手可进一步包括联接到手柄的手柄延伸件。手柄延伸件可以被构造成可由用户从手柄移除或由用户安装在手柄上。手柄延伸件可以被构造成相对于在手柄延伸件没有联接到手柄的情况下的手柄长度增加扭矩扳手的手柄长度。另外，手柄可以在第一加载点和第二加载点处联接到偏转构件。此外，应变仪组件可包括在驱动头与第一加载点之间联接到偏转构件的第一应变仪，以及在第一加载点与第二加载点之间联接到偏转构件的第二应变仪。

附图说明

在已经概括地描述了一些示例性实施方式之后，现在将参考附图，附图不一定按比例绘制，并且其中：

图1示出了根据一些示例性实施方式的示例性扭矩扳手。

图2示出了根据一些示例性实施方式的提供偏转构件的视图的图1的扭矩扳手的前部的分解图；

图3示出了根据一些示例性实施方式的处于完全组装构造的图1的扭矩扳手的横截面图；

图4示出了根据一些示例性实施方式的正在经受所施加的力的图1的扭矩扳手的横截面图；

图5示出了根据一些示例性实施方式的由图4中所施加的力产生的驱动头和偏转构件的力图；

图6示出了根据一些示例性实施方式的具有手柄延伸件的扭矩扳手的横截面图；

图7示出了根据一些示例性实施方式的应变传感器的电气配置的示意图；

图8示出了根据一些示例性实施方式的用于图1的扭矩扳手的电子组件的框图；

图9示出了根据一些示例性实施方式的用于测量由扭矩扳手施加至紧固件的扭矩的示例性方法的流程图；

图10示出了在传统扭矩扳手上不同位置处施加力时所获得的扭矩测量值的图；以及

图11示出了根据一些示例性实施方式的在扭矩扳手上的不同位置处施加力时所获得的扭矩测量值的图。

具体实施方式

现在将在下文中参考附图更全面地描述一些示例性实施方式，在附图中示出了一些但不是所有示例性实施方式。实际上，本文描述和描绘的示例不应解释为限制本公开的范围、适用性或配置。相反，提供这些示例性实施方式是为了使本公开满足适用的法律要求。相同的附图标记始终表示相同的元件。此外，如本文所使用的，术语“或”应解释为每当其操作数中的一个或多个为真时就结果为真的逻辑运算符。如本文所使用的，可操作联接应该理解为涉及直接或间接连接，在任一情况下，该直接或间接连接使得能够实现可操作地彼此联接的部件的功能性互连。

根据一些示例性实施方式，在此描述了一种示例性扭矩扳手，其精确地测量施加到紧固件的扭矩，而不管旋转力施加到扭矩扳手的手柄的位置(例如，手的位置)。在这方面，根据一些示例性实施方式，两个或更多个应变仪可以集成到扭矩扳手中，这有助于无论所施加的力的位置如何都能够进行精确的扭矩测量。例如，两个应变仪可以包括在扭矩扳手的固定到驱动头的偏转构件上。偏转构件还可以在两个可被称为加载点的位置处固定到扭矩扳手的手柄，因为施加到手柄的力在这些固定位置处被传递到偏转构件。

应变仪可相对于驱动头的旋转轴线(即，驱动轴线)和两个加载点定位在偏转构件上。根据一些示例性实施方式，第一应变仪可以定位在驱动头的旋转轴线后方和第一加载点前方的偏转构件上。第二应变仪可以在第一加载点的后方和第二加载点的前方定位在偏转构件上。根据一些示例性实施方式，可以基于等效距离比来限定应变仪的定位。在这方面，例如，驱动轴线与第一应变仪之间的距离除以驱动轴线与第一加载点之间的距离的比率可以等于第二加载点与第二应变仪之间的距离除以第一加载点与第二加载点之间的距离的比率。根据一些示例性实施方式，根据这些比率定位应变仪，并且如本文所述电连接应变仪的应变传感器可允许精确测量施加到紧固件的扭矩，而不管施加到手柄的力的位置如何。在这方面，每个应变仪可以包括一个或多个应变传感器。

为了进一步描述这些方面以及其它方面，现在参考图1，其示出了根据一些示例性实施方式的示例性扭矩扳手100。作为参考，扭矩扳手100可具有前端200和后端210。扭矩扳手100包括驱动头110和手柄120。驱动头110可设置在扭矩扳手100的前端200处，并且例如可以是包括驱动柄脚114和换向杆112的棘轮驱动头。在这方面，驱动头110和驱动柄脚114可围绕旋转轴线(即，驱动轴线230)旋转。驱动头110，更具体地说驱动柄脚114可被构造成与工具接合，例如与套筒或驱动钻头接合，所述工具可与相应的紧固件(例如螺栓、螺母、螺钉等)接合并旋转。基于换向杆112的定位，驱动柄脚114可以被构造成在第一旋转方向上施加紧固件驱动力，并且在与第一旋转方向相反的第二旋转方向上自由地啮合。

手柄120可以是沿着扭矩扳手100的纵向轴线240延伸的细长构件。手柄120可设置在驱动头110的后方，并且可在手柄120的前端处经由例如销132和134通过偏转构件150(图2)联接到驱动头110，如下文进一步描述的。手柄120还可包括可设置在手柄120上的用户界面350。在这方面，用户界面350可以包括显示器352和按键354。显示器352可以由处理电路(下面进一步描述)控制以提供视觉信息，例如指示当前由扭矩扳手100施加到紧固件的扭矩量的扭矩测量值。根据一些示例性实施方式，显示器352还可以是例如触摸屏显示器形式的输入设备。键盘354可以包括一个或多个键或按钮，其允许用户输入数据以由处理电路接收。以这种方式，例如，用户可以输入指示扭矩阈值设置的数据。

现在参照图2，示出了扭矩扳手100的前部的分解图，提供了偏转构件150的视图。在这方面，偏转构件150可以是在偏转构件150的前端处联接到驱动头110的细长延伸件。偏转构件150可以包括沿着偏转构件150的长度延伸的四个表面。在这方面，偏转构件150可具有背面241和与背面241相对的正面(不可见)，背面和正面中的每一个设置在正交于驱动轴线230的相应平面上。偏转构件150还可以包括第一侧242和第二侧243。第一侧242可以设置在偏转构件150的与第二侧243相对的一侧上。另外，第一侧242和第二侧243可以被定位成使得当围绕驱动轴线230施加力矩时第一侧242和第二侧243处于应变力下。在这方面，第一侧242和第二侧243可以限定在平行于驱动轴线230的相应平面上。

如上所述，为了在使用扭矩扳手100时向用户提供附加的杠杆作用，偏转构件150可联接到外主体或手柄120。在这方面，外主体可以包括手柄120。手柄120可以是管状构件，在手柄120的前端具有纵向开口。偏转构件150可以插入到手柄120的前端中的开口中，并且在第一加载点和第二加载点(例如，机械联接点)处刚性地联接或固定到手柄120。在这方面，加载点可以是偏转构件150联接或固定到手柄120的位置。根据一些示例性实施方式，加载点可以居中地定位在偏转构件150上，以在加载点处将偏转构件150的正面和背面联接到手柄120。根据一些示例性实施方式，偏转构件150与手柄120之间的唯一机械联接是在加载点处。根据一些示例性实施方式，加载点可以定位成彼此线性对准并且与驱动轴线230线性对准。

根据一些示例性实施方式，为了形成加载点，偏转构件150可包括开口152和154，其可从背面241穿过偏转构件150到达正面。手柄120可以具有在手柄120的背面上的对应开口124和126，以及在手柄120的正面上的对应开口。这样，当偏转构件150插入到手柄120的前端中的纵向开口中时，开口152和154可与对应的开口124和126(以及手柄120的正面上的开口)对准。根据一些示例性实施方式，在这些开口对准的情况下，销132可插入穿过手柄120和偏转构件150中的相应开口，并且利用环锁136固定就位，以形成扭矩扳手100的第一加载点252(图4)。类似地，根据一些示例性实施方式，销134可插入穿过手柄120和偏转构件150中的相应开口，并利用环锁138固定就位，以形成第二加载点254(图4)。根据一些示例性实施方式，虽然销132和134的使用可以是将偏转构件150固定到手柄120以形成第一加载点252和第二加载点254的一种方式，但是应当理解，任何类型的机械联接技术都可以用来在两个点处将手柄120固定到偏转构件150以在它们各自的位置处形成第一加载点252和第二加载点254。

根据一些示例性实施方式，多个应变仪可以设置在偏转构件150上或与其集成。虽然本文描述的示例性实施方式包括两个应变仪，但是可以设想，根据一些示例性实施方式，可以利用多于两个应变仪。参考图2所示的示例性实施方式，第一应变仪161和第二应变仪165可设置在偏转构件150上或与其集成。第一应变仪161可包括一个或多个应变传感器，并且第二应变仪165可包括一个或多个应变传感器。在图2至图7中所示的扭矩扳手100的该示例性实施方式中，扭矩扳手100被示出为具有包括两个应变传感器的第一应变仪161和包括两个应变传感器的第二应变仪165。然而，应理解和预期的是，根据一些示例性实施方式，应变仪可包括任何数量的应变传感器，以确定在应变仪的位置处的偏转构件150上的应变。

在这方面，第一应变仪161可包括第一应变传感器160和第二应变传感器162。类似地，第二应变仪165可包括第三应变传感器164和第四应变传感器166。根据一些示例性实施方式，应变传感器中的每一个可以是电阻元件，其与施加到应变传感器的应变量成比例地改变应变传感器上的电阻。因此，当固定到表面(例如，偏转构件150的表面)时，应变传感器的电阻可以基于施加到表面(在该表面上已经应用应变传感器)的应变量而改变。根据一些示例性实施方式，应变传感器可以形成为施加或沉积到偏转构件150上的导电迹线。导电迹线可具有蛇形形状，其导致导电迹线上的电阻根据施加到导电迹线的应变而改变。由于电阻和施加的应变之间的已知关系，可以基于电阻确定施加到应变传感器的应变的测量。

这样，具有第一应变传感器160和第二应变传感器162的第一应变仪161可在驱动轴线230和第一加载点252(如由销132的位置限定的)之间的位置处设置在偏转构件150上。第一应变传感器160可设置在偏转构件150的第一侧242上，并且第二应变传感器162可设置在偏转构件150的第二侧243上。第一应变传感器160和第二应变传感器162可设置成使得第一应变传感器160和第二应变传感器162关于第一应变仪对准轴线167对称，该第一应变仪对准轴线居中地穿过第一应变传感器160、第二应变传感器162和偏转构件150(从第一侧242至第二侧243)并且正交于驱动轴线230。根据一些示例性实施方式，为了保护第一应变传感器160和第二应变传感器162不与手柄120的内表面相互作用，第一应变传感器160和第二应变传感器162可设置在偏转构件150的第一侧242和第二侧243上的相应凹部中。

类似地，具有第三应变传感器164和第四应变传感器166的第二应变仪165可在第一加载点252(如由销132的位置限定)和第二加载点254(如由销134的位置限定)之间的位置处设置在偏转构件150上。第三应变传感器164可以设置在偏转构件150的第一侧242上，并且第四应变传感器166可以设置在偏转构件150的第二侧243上。第三应变传感器164和第四应变传感器166可设置成使得第三应变传感器164和第四应变传感器166关于第二应变仪对准轴线169对称，该第二应变仪对准轴线居中地穿过第三应变传感器164、第四应变传感器166和偏转构件150(从第一侧242至第二侧243)并且正交于驱动轴线230。根据一些示例性实施方式，为了保护第三应变传感器164和第四应变传感器166不与手柄120的内表面相互作用，第三应变传感器164和第四应变传感器166可设置在偏转构件150的第一侧242和第二侧243上的相应凹部中。

现在参照图3，示出了处于完全组装构造的扭矩扳手100的横截面图。因此，第一应变仪161(包括第一应变传感器160和第二应变传感器162)被示出为处于设置在驱动轴线230(由于图3中的扭矩扳手100的取向而由点指示)与第一加载点252之间的位置。另外，第二应变仪165(包括第三应变传感器164和第四应变传感器166)的定位示出为处于设置在第一加载点252和第二加载点254之间的位置。电子组件300也被示出为设置在手柄120内，其中第一应变仪161和第二应变仪165的电连接设置在偏转构件150上。

参考图4和图5，示出了扭矩扳手100和偏转构件150的示例性实施方式，其与由施加到手柄120的转动力F产生的力相关联。另外，定义各种元件之间的距离以便于描述元件之间的定位和关系。关于元件之间的距离，a限定驱动轴线230与第一应变仪161(或更具体地，第一应变仪对准轴线167)之间的距离；b限定第二加载点254和第二应变仪165(或更具体地，第二应变仪对准轴线169)之间的距离；m限定驱动轴线230与第一加载点252之间的距离；l限定第一加载点252和第二加载点254之间的距离。

关于所施加的力F，X限定驱动轴线230与手柄120上施加力F的点250之间的距离。在扭矩扳手100与例如紧固件接合的情况下施加力F，以在驱动轴线230处产生力矩M，其中力系导致平衡(即力矩和力平衡)。如图4所示，由于力F沿向下方向施加，力F通过手柄120的传递导致F的分力在第一加载点252和第二加载点254处施加到偏转构件150。在这方面，由手柄120在第一加载点252处施加的分力F1也被向下引导。此外，由手柄120在第二加载点254处施加的分力被定义为F2，并且基于力F的向下取向而被向上引导。

基于扭矩扳手100的力矩平衡，第一加载点252处的关系可由下式表示：

F*(X-m)＝F2*l (1)。

类似地，由于系统的力平衡，力的关系可以由下式表示：

F2＝F+F1 (2)

基于(1)和(2)，可以如下定义以下关系：

以及：

现在参考图5，示出了相对于偏转构件150的力图，并且注意，力F1和F2相对于图4中由手柄120施加的力定向在相反方向中。因此，第一应变仪161和第二应变仪165处的力矩可以参照第一应变仪对准轴线167和第二应变仪对准轴线169来定义。在这方面，在第一应变仪对准轴线167处的弯矩M1可被定义为：

M1＝F2*(l+m–a)–F1*(m–a) (5)。

将(3)和(4)代入等式(5)得到：

M1＝F*(X–a) (6)。

类似地，在第二应变仪对准轴线169处的弯矩M2可被定义为：

M2＝F2*b (7)。

将(4)代入等式(7)得到：

M2＝F*(X–m)*b/l (8)。

这样，使用等式(7)和(8)中定义的关系，力矩的差可以被定义为：

另外，由于由扭矩扳手100施加的扭矩可被定义为T＝F*X，因此根据一些示例性实施方式，项

可被设置为等于零，并且因此所得到的关系可被定义为：

基于等式(10)，如果如以下提供的，则施加到第一应变仪161的应变与施加到第二应变仪165的应变之间的差不依赖于力F的位置：

因此，根据一些示例性实施方式，当扭矩扳手100的架构满足如等式(11)中提供的该条件时，扭矩测量值可例如根据施加到第一应变仪161和第二应变仪165的弯矩被准确地确定，而不考虑在第一加载点252后方的手柄120上施加的力F的位置。

在这方面，根据一些示例性实施方式，即使在使用手柄延伸件(例如，加长杆)的情况下，也可以准确地测量扭矩。在这方面，参照图6，扭矩扳手100被示出为具有联接到扭矩扳手100的手柄120的手柄延伸件180。手柄延伸件180可以是当例如需要将附加的杠杆作用施加到紧固件时添加到扭矩扳手100的可移除构件。因此，手柄延伸件180可被构造成当用户希望增加手柄120的长度时可由用户从手柄120移除或由用户安装在手柄120上。因此，手柄延伸件180可以被构造成相对于在手柄延伸件180没有联接到手柄120的情况下的手柄长度增加扭矩扳手100的手柄长度。在这方面，手柄长度可以被限定为从驱动轴线230到扭矩扳手100的后端的长度，当没有手柄延伸件180安装在扭矩扳手100上时，该后端可以是手柄120的后端210，或者当手柄延伸件180安装在扭矩扳手100上时，该后端可以是手柄延伸件180的后端250。在这方面，手柄延伸件180可以被构造成增加扭矩扳手100的手柄长度。

手柄延伸件180例如可以是端部开口的管，其可以将手柄120的后端210容纳到手柄延伸件180的开口中。根据一些示例性实施方式，手柄延伸件180可以经由销182和184联接到手柄120，所述销可以穿过手柄延伸件180和手柄120以将手柄延伸件固定到手柄120。用于将手柄延伸件180可移除地联接到手柄120的其它装置，例如，手柄120和手柄延伸件180之间的棘爪接合，手柄延伸件180可以压配合到手柄120上，手柄延伸件180可以具有螺纹，使得手柄延伸件180旋拧到手柄120上，等等。手柄延伸件180可以使扭矩扳手100的长度延伸距离h，并且可以允许力F在手柄延伸件300上被置于进一步远离驱动轴线230(即，允许距离X延伸到手柄延伸件180上)。然而，因为可以精确地确定扭矩测量值、而不考虑在第一加载点252后方的手柄120上或者甚至在手柄延伸件180上的作用力F的位置，所以手柄延伸件180和在手柄延伸件180上的作用力F的使用不会影响扭矩测量值的准确度。

因此，根据一些示例性实施方式，扭矩扳手100的架构可与上述距离以及距离之间的关系相关联地限定。在这方面，第一比率(a/m)可被定义为限定在驱动轴线230和第一应变仪161(例如，第一应变仪对准轴线167)之间的第一距离(a)除以限定在驱动轴线230和第一加载点252之间的第二距离(m)。第一比率(a/m)可等于限定在第二加载点254和第二应变仪165(例如，第二应变仪对准轴线169)之间的第三距离(b)除以限定在第一加载点252和第二加载点254之间的第四距离(l)的第二比率(b/l)。

如上所述，第一应变仪161和第二应变仪165可包括相应的应变传感器，其可实施为电阻元件，其与施加在传感器上的应变成比例地改变电阻。图7示出了第一应变仪161和第二应变仪165(统称为应变仪组件163)的电示意构造。在这方面，第一应变仪161可包括表示为电阻值R1的第一应变传感器160和表示为电阻值R2的第二应变传感器162。第二应变仪165可包括表示为电阻值R3的第三应变传感器164和表示为电阻值R4的第四应变传感器166。

如图7的应变仪组件163中所示，第一应变仪161可与第二应变仪165并联电连接。此外，第一应变传感器160可与第二应变传感器162串联电连接。类似地，第三应变传感器164可与第四应变传感器166电串联连接。第一应变仪161还可限定在第一应变传感器160和第二应变传感器162之间的第一测量节点172，并且第二应变仪165可限定在第三应变传感器164和第四应变传感器166之间的第二测量节点174。

在操作中，已知电压U_in 176可以施加在并联连接的第一应变仪161和第二应变仪165上。已知电压U_in 176可以由例如电池等提供。电压U_out 178可以是基于施加到第一应变仪161和第二应变仪165的应变的输出。根据一些示例性实施方式，应变仪组件163的输出或输出电压可以是电压U_out 178。此外，第一应变仪161的输出电压可以是在第一测量节点172和电子组件300的接地节点之间测量的电压。第二应变仪165的输出电压可以是在第二测量节点174和电子组件300的接地节点之间测量的电压。如下面进一步描述的，处理电路可以跨第一测量节点172和第二测量节点174电连接，以测量来自应变仪组件163的电压U_out178，以用于确定指示由扭矩扳手100施加在紧固件上的扭矩量的扭矩测量值。

由于应变传感器的电气架构，可以定义以下关系。在这方面，由于第一应变传感器160在偏转构件150的相对侧上与第二应变传感器162直接相对地设置，R1的电阻值可与R2相同，但具有相反的方向或符号。类似地，由于第三应变传感器164在偏转构件150的相对侧上与第四应变传感器166直接相对地设置，R3的电阻值可与R4相同，但具有相反的方向或符号。基于这些关系，可以进行适当的替换以确定应变传感器上的应变与电压U_out 178之间的关系。在这方面，U_out可以被定义为：

U_out＝U_ab＝U_a-U_b (12)。

在这方面，U_a是第一测量节点172和地面之间的电压，U_b是第二测量节点174和地面之间的电压，并且U_ab是U_a和U_b的差的符号。将电阻值代入(12)得到：

在这方面，R是应变传感器在无偏转条件下的电阻，ΔR1是应变传感器160和162中的电阻变化，ΔR3是应变传感器164和166的电阻变化，并且U_in是在176处施加在节点上的电压。

进一步简化(13)电阻值产生：

在这方面，ε1是偏转构件150在第一应变仪161的位置处的应变，并且ε3是偏转构件150在第二应变仪165的位置处的应变。另外，K是应变仪(即，第一应变仪161和第二应变仪165)的灵敏度。

此外，进一步的代入在弯矩方面产生：

在这方面，M1是在第一应变仪161的位置处的弯曲力矩，M2是在第二应变仪165的位置处的弯曲力矩。此外，W是偏转构件150的弯曲时的截面模量，E是偏转构件150的弹性模量。

最后，从(10)中代入，得到：

这样，电压U_out 178与扭矩T之间的关系可以被限定并且用于例如由扭矩扳手100的处理电路确定所施加的扭矩的测量值。因此，扭矩T可以被确定为在第一测量节点172和第二测量节点174两端测量的电压(即，电压U_out 178)的函数。这样，扭矩T可以与所测量的电压具有限定的关系。

现在参照图8，示出了扭矩扳手100的电子组件300，其可被构造成执行与扭矩扳手100的操作相关联的各种功能。在这方面，电子组件300，并且更具体地，处理电路310，可以被构造成测量应变仪组件163的输出电压(即，电压U_out 178)并且将电压测量值转换为用于扭矩扳手100的扭矩测量值。

在这方面，图8示出了根据一些示例性实施方式的电子组件300的框图。电子组件300包括处理电路310，其可以包括处理器320、存储器330和用户界面350。此外，电子组件300不受限制并且可以包括图8中未示出的附加部件，并且处理电路310可以可操作地联接到扭矩扳手100的图8中未示出的其它部件。

根据一些示例性实施方式，处理电路310可以与存储器330、处理器320和用户界面350可操作地通信或实施它们。通过存储器330、处理器320和用户界面350的配置和操作，处理电路310可以被构造成执行如本文所述的各种操作，包括关于扭矩扳手100和应变仪组件163描述的操作和功能。在这方面，根据示例性实施方式，处理电路310可以被构造成执行计算处理、存储器管理、用户界面控制和监视等。在一些实施方式中，处理电路310可以被实现为芯片或芯片组。换句话说，处理电路310可以包括一个或多个物理封装(例如，芯片)，其包括结构组件(例如，基板或印刷电路板)上的材料、部件或布线。处理电路310可以被配置为接收输入(例如，经由外围组件)，基于输入执行动作，并且生成输出(例如，用于提供给外围组件)。在示例性实施方式中，处理电路310可以包括处理器320、相关联的电路和存储器330的一个或多个实例。这样，处理电路310可以被实现为(例如，利用硬件、软件或硬件和软件的组合)被构造成执行本文描述的操作的电路芯片(例如，集成电路芯片，诸如现场可编程门阵列(FPGA))。

在示例性实施方式中，存储器330可以包括一个或多个非瞬态存储器设备，诸如例如可以是固定的或可移除的易失性或非易失性存储器。存储器330可以被构造成存储信息、数据、应用、指令等，以便实现例如关于扭矩扳手100描述的功能。存储器330可以操作以在处理电路310的操作期间缓冲指令和数据，以支持更高级功能，并且还可以被配置为存储用于由处理电路310执行的指令。存储器330还可以存储各种信息，包括扭矩测量值、扭矩阈值设置等。根据一些示例性实施方式，可以基于其他数据生成存储在存储器330中的各种数据，并且将其存储在存储器330中，例如电压测量值。

如上所述，处理电路310可以以多种不同的方式来实现。例如，处理电路310可以被实现为各种处理装置，诸如可以是微处理器或其他处理元件、协处理器、控制器或包括诸如ASIC(专用集成电路)、FPGA等的集成电路的各种其他计算或处理设备的形式的一个或多个处理器320。在示例性实施方式中，处理电路310可以被构造成执行存储在存储器330中的指令或者处理电路310可访问的指令。这样，无论是由硬件还是由硬件和软件的组合来配置，处理电路310可以表示能够根据示例性实施方式执行操作的实体(例如，物理地体现在电路中-以处理电路310的形式)，同时被相应地配置。因此，例如，当处理电路310被实现为ASIC、FPGA等等时，处理电路310可以是用于进行本文描述的操作的专门配置的硬件。可替换地，作为另一示例，当处理电路310被体现为软件指令的执行器时，指令可以具体地配置处理电路310以执行本文描述的操作。

用户界面350可由处理电路310控制以与扭矩扳手100的可接收来自用户的输入或向用户提供输出的外围部件或装置相互作用。在这方面，经由用户界面350，处理电路310可以被构造成从输入设备接收输入，该输入设备可以是例如触摸屏显示器(例如，显示器352)、按键354、麦克风、相机等。用户界面350还可以被构造成向诸如例如显示器352、听觉/触觉反馈装置356等的外围设备提供控制和输出。用户界面350还可以产生输出，例如，作为显示器上的视觉输出、经由扬声器的音频输出等。听觉/触觉反馈装置356可以是发声器、扬声器、振动器等，其可以向用户提供感官反馈。在这方面，根据一些示例性实施方式，听觉/触觉反馈装置356可被构造成当扭矩扳手100的测量扭矩等于或超过扭矩阈值设置时通过提供听觉音调或振动来警告用户，该扭矩阈值设置可经由按键354和显示器352通过使用来输入。

这样，根据一些示例性实施方式，处理电路310可以可操作地联接到应变仪组件163，以测量应变仪组件163的输出电压。更具体而言，根据一些示例性实施方式，处理电路310可以以第一测量节点172和第二测量节点174的形式电连接到第一应变仪161和第二应变仪165的输出。在这方面，处理电路310可以被构造成经由至第一测量节点172及第二测量节点174的电连接测量电压(例如，电压U_out178)。

另外，根据一些示例性实施方式，处理电路310可被构造成基于从应变仪组件163的输出测量的或跨第一测量节点172和第二测量节点174测量的电压来生成扭矩测量值。所测量的电压可以与上述关系和方程结合使用，以例如作为所测量的电压的函数转换或计算扭矩测量值根据一些示例性实施方式，处理电路310可以被构造成经由用户界面350控制显示器352以在显示器352上输出扭矩测量值。

此外，根据一些示例性实施方式，处理电路310可以被构造成例如经由键盘354从用户接收扭矩阈值设置。处理电路310可以被构造成将扭矩阈值设置存储在例如存储器330中。此外，处理电路310可以被配置为周期性地确定由扭矩扳手100施加到紧固件的当前扭矩测量值，并且将当前扭矩测量值与扭矩阈值设置进行比较，例如，以确定由扭矩扳手100施加到紧固件上的扭矩何时等于或超过扭矩阈值设置。根据一些示例性实施方式，扭矩阈值设置可以以能够直接与从应变仪组件163的输出测量的电压进行比较的形式存储在存储器330中，这可以避免每次执行比较时必须转换电压测量值。这样，所测量的电压或所测量的电压的转换可以与扭矩阈值设置进行比较。根据一些示例性实施方式，响应于所测量的电压或所测量的电压的转换等于或超过扭矩阈值设置，处理电路310可以被构造成例如经由听觉/触觉反馈装置356或用户界面350的显示器352输出反馈警报(例如，声音、振动、视觉指示器等)。

现在参考图9，提供了用于测量由扭矩扳手的驱动头施加到紧固件的扭矩的示例性方法的流程图。在这方面，扭矩扳手(例如，扭矩扳手100)可包括联接到驱动头的偏转构件。示例性方法可包括在400处，通过处理电路测量第一应变仪的输出端(例如，第一测量节点172)和第二应变仪的输出端(例如，第二测量节点174)之间的电压。所测量的电压可以基于施加到紧固件的扭矩。第一应变仪可在驱动头和第一加载点之间联接到偏转构件。第二应变仪可在第一加载点和第二加载点之间联接到偏转构件。第一加载点和第二加载点可以是偏转构件与扭矩扳手的手柄之间的机械联接点。根据一些示例性实施方式，示例性方法还可以包括在410处将所测量的电压转换成扭矩测量值。

根据一些示例性实施方式，示例性方法还可以包括，在420，在显示器上输出扭矩测量值。附加地或可替代地，示例性方法可包括，在430处，将所测量的电压或所测量的电压的转换与扭矩阈值设置进行比较，并且，在440处，当所测量的电压或所测量的电压的转换等于扭矩阈值设置时，控制用户界面以向用户输出反馈警报。

基于前述内容，根据一些示例性实施方式，提供了一种改进的扭矩扳手100，其可在力施加在扭矩扳手100上的不同位置处时改进扭矩测量值的准确度。在这方面，图10示出了图500，其示出了使用传统扭矩扳手可能发生的测量值的变化，该扭矩扳手不包括在此描述的示例性实施方式的方面。如图10所示，当施加的力移动到更靠近驱动器/驱动轴线的中心时，扭矩测量值的准确度开始迅速降低。

图11示出了诸如扭矩扳手100的扭矩扳手的性能，其结合了本文所述的示例性实施方式的方面。在这方面，图11示出了在扭矩扳手上的不同位置处和在不同的施加扭矩下获得的扭矩测量值的图600。可以看出，与图500不同，即使当力位置移动得更靠近驱动器/驱动轴线的中心时，扭矩测量值也保持一致的准确性。

在已经描述了示例性实施方式的各个方面之后，现在将描述一些另外的示例性实施方式。根据一些示例性实施方式，提供了一种示例性扭矩扳手。扭矩扳手可包括驱动头，该驱动头被构造成与用于旋转紧固件的工具接合。驱动头可具有驱动轴线，当旋转紧固件时驱动头围绕该驱动轴线旋转。此外，扭矩扳手可包括联接到驱动头的偏转构件，以及在第一加载点和第二加载点处联接到偏转构件的外主体。扭矩扳手还可包括在驱动头与第一加载点之间联接到偏转构件的第一应变仪，以及在第一加载点与第二加载点之间联接到偏转构件的第二应变仪。

另外，根据一些示例性实施方式，驱动轴线与第一应变仪之间的第一距离除以驱动轴线与第一加载点之间的第二距离的第一比率等于第二加载点与第二应变仪之间的第三距离除以第一加载点和第二加载点之间的第四距离的第二比率。附加地或可替代地，根据一些示例性实施方式，第一应变仪可包括第一应变传感器和第二应变传感器。第二应变仪可包括第三应变传感器和第四应变传感器。第一应变传感器可设置在偏转构件的第一侧上，并且第二应变传感器可设置在偏转构件的第二侧上。偏转构件的第一侧可以与偏转构件的第二侧相对。此外，第三应变传感器可设置在偏转构件的第一侧上，并且第四应变传感器可设置在偏转构件的第二侧上。

附加地或可替代地，根据一些示例性实施方式，第一应变传感器和第二应变传感器可关于第一应变仪对准轴线对称，并且第三应变传感器和第四应变传感器关于第二应变仪对准轴线对称。附加地或可替代地，第一、第二、第三或第四应变传感器的电阻可与在相应的应变传感器联接到偏转构件的位置处施加到偏转构件的应变量成比例地变化。附加地或可替代地，第一应变传感器与第二应变传感器串联电连接，并且第三应变传感器与第四应变传感器串联电连接。附加地或可替代地，第一应变仪可限定电性地设置在第一应变传感器和第二应变传感器之间的第一测量节点，并且第二应变仪可限定电性地设置在第三应变传感器和第四应变传感器之间的第二测量节点。附加地或可替代地，扭矩扳手可包括可操作地联接到第一测量节点和第二测量节点的处理电路。处理电路可以被构造成基于在第一测量节点与第二测量节点之间测量的电压来生成扭矩测量值。附加地或可替代地，第一应变仪和第二应变仪可并联电连接。附加地或可替代地，外主体可以包括细长手柄。细长手柄可以联接到手柄延伸件。手柄延伸件可以被构造成增加扭矩扳手的手柄长度。附加地或可替代地，外主体可以通过穿过外主体中的第一开口和偏转构件中的第一开口的第一销在第一加载点处联接到偏转构件，并且外主体可以通过穿过外主体中的第二开口和偏转构件中的第二开口的第二销在第二加载点处联接到偏转构件。

根据一些示例性实施方式，提供了另一种示例性扭矩扳手。扭矩扳手可包括驱动头，该驱动头被构造成与用于旋转紧固件的工具接合。驱动头可具有驱动轴线，当旋转紧固件时驱动头围绕该驱动轴线旋转。扭矩扳手还可包括联接到驱动头的偏转构件和在第一加载点和第二加载点处联接到偏转构件的手柄。扭矩扳手可进一步包括在驱动头与第一加载点之间联接到偏转构件的第一应变仪，以及在第一加载点与第二加载点之间联接到偏转构件的第二应变仪。另外，扭矩扳手可包括处理电路，该处理电路电联接到第一应变仪和第二应变仪，并且被构造成测量第一应变仪的输出端与第二应变仪的输出端之间的电压。电压可以基于施加到紧固件的扭矩并且与施加到紧固件的扭矩具有定量关系。

另外，根据一些示例性实施方式，处理电路可以被构造成将所测量的电压转换为扭矩测量值，并且在显示器上输出扭矩测量值。附加地或可替代地，根据一些示例性实施方式，处理电路还可以被构造成将所测量的电压或所测量的电压的转换与扭矩阈值设置进行比较，并且当所测量的电压或所测量的电压的转换等于扭矩阈值设置时，控制用户界面以输出反馈警报。附加地或可替代地，根据一些示例性实施方式，驱动轴线与第一应变仪之间的第一距离除以驱动轴线与第一加载点之间的第二距离的第一比率等于第二加载点与第二应变仪之间的第三距离除以第一加载点和第二加载点之间的第四距离的第二比率。附加地或可替代地，根据一些示例性实施方式，第一应变仪和第二应变仪并联电连接。附加地或可替代地，第一应变仪和第二应变仪可包括电阻元件，该电阻元件具有与施加到电阻元件的应变量成比例地变化的电阻。附加地或可替代地，根据一些示例性实施方式，手柄可以包括管，并且偏转构件可以设置在该管内。附加地或可替代地，根据一些示例性实施方式，手柄可以联接到手柄延伸件。手柄延伸件可以被构造成增加扭矩扳手的手柄长度。

另外，根据一些示例性实施方式，该方法还可以包括在显示器上输出扭矩测量值，将所测量的电压或所测量的电压的转换与扭矩阈值设置进行比较，以及当所测量的电压或所测量的电压的转换等于扭矩阈值设置时，控制用户界面以向用户输出反馈警报。附加地或可替代地，根据一些示例性实施方式，驱动头的驱动轴线与第一应变仪之间的第一距离除以驱动轴线与第一加载点之间的第二距离的第一比率等于第二加载点与第二应变仪之间的第三距离除以第一加载点和第二加载点之间的第四距离的第二比率。

受益于在前述描述和相关附图中呈现的教导，本发明所属领域的技术人员将想到本文阐述的本发明的许多修改和其它实施方式。因此，应当理解，本发明不限于所公开的具体实施方式，并且修改和其它实施方式旨在包括在所附权利要求的范围内。此外，虽然前面的描述和相关联的附图在元件和/或功能的某些示例性组合的上下文中描述了示例性实施方式，但是应当理解，在不脱离所附权利要求的范围的情况下，可以通过替代实施方式来提供元件和/或功能的不同组合。在这方面，例如，与上文明确描述的那些不同的元件和/或功能的组合也被预期为可以在所附权利要求中的一些中阐述。在本文描述了优点、益处或问题的解决方案的情况下，应当理解，这些优点、益处和/或解决方案可以适用于一些示例性实施方式，但不一定适用于所有示例性实施方式。因此，本文所述的任何优点、益处或解决方案不应被认为对所有实施方式或本文所要求保护的实施方式是关键的、必需的或必要的。尽管在此使用了特定术语，但是它们仅在一般性和描述性意义上使用，而不是为了限制的目的。

Claims

1.一种扭矩扳手，包括：

驱动头，其被构造成与用于旋转紧固件的工具接合，所述驱动头具有驱动轴线，当旋转所述紧固件时，所述驱动头围绕所述驱动轴线旋转；

偏转构件，其联接到所述驱动头；

外主体，其在第一加载点和第二加载点处联接到所述偏转构件；

第一应变仪，其在所述驱动头与所述第一加载点之间联接到所述偏转构件；以及

第二应变仪，其在所述第一加载点和所述第二加载点之间联接到所述偏转构件。

2.根据权利要求1所述的扭矩扳手，其中所述驱动轴线与所述第一应变仪之间的第一距离除以所述驱动轴线与所述第一加载点之间的第二距离的第一比率等于所述第二加载点与所述第二应变仪之间的第三距离除以所述第一加载点和所述第二加载点之间的第四距离的第二比率。

3.根据权利要求1所述的扭矩扳手，其中所述第一应变仪包括至少第一应变传感器和第二应变传感器；

其中，所述第二应变仪包括第三应变传感器和第四应变传感器；

其中，所述第一应变传感器设置在所述偏转构件的第一侧上，并且所述第二应变传感器设置在所述偏转构件的第二侧上，所述偏转构件的所述第一侧与所述偏转构件的所述第二侧相对；以及

其中，所述第三应变传感器设置在所述偏转构件的所述第一侧上，并且所述第四应变传感器设置在所述偏转构件的所述第二侧上。

4.根据权利要求3所述的扭矩扳手，其中所述第一应变传感器和所述第二应变传感器关于第一应变仪对准轴线对称；以及

其中，所述第三应变传感器和所述第四应变传感器关于第二应变仪对准轴线对称。

5.根据权利要求3所述的扭矩扳手，其中所述第一应变传感器的电阻与在所述第一应变传感器联接到所述偏转构件的位置处施加到所述偏转构件的应变量成比例地变化。

6.根据权利要求3所述的扭矩扳手，其中所述第一应变传感器与所述第二应变传感器串联电连接；以及

其中，所述第三应变传感器与所述第四应变传感器串联电连接。

7.根据权利要求6所述的扭矩扳手，其中所述第一应变仪限定电性地设置在所述第一应变传感器和所述第二应变传感器之间的第一测量节点；以及

其中，所述第二应变仪限定电性地设置在所述第三应变传感器与所述第四应变传感器之间的第二测量节点。

8.根据权利要求7所述的扭矩扳手，还包括可操作地联接到所述第一测量节点和所述第二测量节点的处理电路；

其中，所述处理电路被构造成基于在所述第一测量节点与所述第二测量节点之间测量的电压来生成扭矩测量值。

9.根据权利要求1所述的扭矩扳手，其中所述第一应变仪和所述第二应变仪并联电连接。

10.根据权利要求1所述的扭矩扳手，其中所述外主体包括联接到手柄延伸件的细长手柄，所述手柄延伸件被构造成增加所述扭矩扳手的手柄长度。

11.根据权利要求1所述的扭矩扳手，其中所述外主体在所述第一加载点处通过第一销联接到所述偏转构件，所述第一销穿过所述外主体中的第一开口和所述偏转构件中的第一开口；以及

其中，所述外主体在所述第二加载点处通过第二销联接到所述偏转构件，所述第二销穿过所述外主体中的第二开口和所述偏转构件中的第二开口。

12.一种扭矩扳手，包括：

偏转构件，其联接到所述驱动头；

手柄，其在第一加载点和第二加载点处联接到所述偏转构件；

第一应变仪，其在所述驱动头与所述第一加载点之间联接到所述偏转构件；

第二应变仪，其在所述第一加载点和所述第二加载点之间联接到所述偏转构件；

处理电路，其电联接到所述第一应变仪和所述第二应变仪并且被构造成测量所述第一应变仪的输出端与所述第二应变仪的输出端之间的电压，所测量的电压基于施加到所述紧固件的扭矩。

13.根据权利要求12所述的扭矩扳手，其中所述处理电路被构造成将所测量的电压转换成扭矩测量值，并且在显示器上输出所述扭矩测量值。

14.根据权利要求12所述的扭矩扳手，其中所述处理电路还被构造成：

将所述所测量的电压或所述所测量的电压的转换与扭矩阈值设置进行比较；以及

当所述所测量的电压或所述所测量的电压的转换等于所述扭矩阈值设置时，控制用户界面以输出反馈警报。

15.根据权利要求12所述的扭矩扳手，其中所述驱动轴线与所述第一应变仪之间的第一距离除以所述驱动轴线与所述第一加载点之间的第二距离的第一比率等于所述第二加载点与所述第二应变仪之间的第三距离除以所述第一加载点和所述第二加载点之间的第四距离的第二比率。

16.根据权利要求12所述的扭矩扳手，其中所述第一应变仪和所述第二应变仪并联电连接。

17.根据权利要求12所述的扭矩扳手，其中所述第一应变仪和所述第二应变仪包括电阻元件，所述电阻元件具有与施加到所述电阻元件的应变量成比例变化的电阻。

18.根据权利要求12所述的扭矩扳手，其中所述手柄联接到手柄延伸件，所述手柄延伸件被构造成增加所述扭矩扳手的手柄长度。

19.一种用于测量由扭矩扳手的驱动头施加到紧固件的扭矩的方法，所述扭矩扳手包括联接到所述驱动头的偏转构件，所述方法包括：

由处理电路测量第一应变仪的输出端与第二应变仪的输出端之间的电压，所述电压基于施加到所述紧固件的扭矩，所述第一应变仪在所述驱动头与第一加载点之间联接到所述偏转构件，所述第二应变仪在所述第一加载点与第二加载点之间联接到所述偏转构件，所述第一加载点和所述第二加载点是所述偏转构件与所述扭矩扳手的手柄之间的机械联接点；以及

将所述所测量的电压转换成扭矩测量值。

20.根据权利要求18所述的方法，还包括：

在显示器上输出所述扭矩测量值；

当所述所测量的电压或所述所测量的电压的转换等于所述扭矩阈值设置时，控制用户界面以向用户输出反馈警报。

21.根据权利要求18所述的方法，其中所述驱动头的驱动轴线与所述第一应变仪之间的第一距离除以所述驱动轴线与所述第一加载点之间的第二距离的第一比率等于所述第二加载点与所述第二应变仪之间的第三距离除以所述第一加载点和所述第二加载点之间的第四距离的第二比率。

22.一种扭矩扳手，包括：

偏转构件，其联接到所述驱动头；

手柄，其联接到所述偏转构件；

应变仪组件，其联接到所述偏转构件，所述应变仪组件被构造成测量所述偏转构件上的应变，作为由所述扭矩扳手施加到所述紧固件的扭矩的指示；以及

手柄延伸件，其联接到所述手柄，所述手柄延伸件被构造成能够由用户从所述手柄移除或者由用户安装在所述手柄上，所述手柄延伸件被构造成相对于在所述手柄延伸件没有联接到所述手柄的情况下的手柄长度增加所述扭矩扳手的手柄长度。

23.根据权利要求22所述的扭矩扳手，其中所述手柄在第一加载点和第二加载点处联接所述偏转构件；以及

其中，所述应变仪组件包括在所述驱动头与所述第一加载点之间联接到所述偏转构件的第一应变仪，以及在所述第一加载点与所述第二加载点之间联接到所述偏转构件的第二应变仪。