CN201203403Y - 拉绳式位移传感器 - Google Patents

Abstract

一种拉绳式位移传感器。本实用新型是针对现有的拉绳式位移传感器普遍存在的测量精度低、导出口易磨损，易受环境污染，排线过程易发生错排、乱排等现象，拉线易被磨损，并在使用中发出较大嗓音等问题而作出的。本实用新型的拉绳式位移传感器的钢绳自动排线装置，包括绕线轮4、位移螺套3、滑块7和不锈钢钢绳18、转轴1、内筒5和轴承2、11、回旋弹簧10和固定在支撑板17上的弹簧盒、导引头19，多股不锈钢钢绳18和拉线头20；当钢绳从导引孔19定点伸收迫使绕线轮转动时，一方面滑块迫使转轴与绕线轮同步转动，另一方面位移螺套迫使绕线轮产生与钢绳伸收量成比例的轴向移动量，实现钢绳的自动排线功能。

Description

拉绳式位移传感器

技术领域

本实用新型涉及一种传感器，特别是一种拉绳式位移传感器。

背景技术

现有拉绳式位移传感器在使用过程中，因拉绳不能始终处于转轴的切线方向，导致拉绳的位移量与转轴的角输出比值关系发生变化，不能准确测量所测物体的位移量，测量精度低；另外，现有的这种传感器还存在导出口易磨损，导出口裸露口大，易受环境污染，排线过程易发生错排、乱排等现象，拉线易被磨损，并在使用中发出较大嗓音。

发明内容

本实用新型就是为了克服上述缺陷而设计的，提供了一种精度高、耐磨损、体积小、密封性好、长寿命的拉绳式位移传感器。

本实用新型的拉绳式位移传感器，包括绕线轮组件、转子组件、回旋弹簧组件和钢绳导引头组件，

其中，绕线轮组件包括绕线轮4、位移螺套3、滑块7和钢绳18；

转子组件包括转轴1和内筒5；

钢绳导引头组件包括导引头19；

回旋弹簧组件包括回旋弹簧10和弹簧盒；

其中，位移螺套3一端固定，其外表面制有螺纹，与绕线轮4内的螺纹啮合；绕线轮4另一侧通过其上的滑块或滑槽支撑在内筒5的滑槽或滑块上；转轴1与内筒5连为一体，在轴承的支撑下转动；钢绳18一端固定，并绕在绕线轮4上，另一端从导引头19伸出；回旋弹簧10外端固定在弹簧盒的壁墙上，内端与转轴1相连接；当钢绳从导引头19定点伸收迫使绕线轮转动时，一方面滑块迫使内筒、转轴与绕线轮同步转动，通过转轴的转动，将钢绳18的位移信号转化为转轴的角转角，带动一转换器14输出，另一方面位移螺套迫使绕线轮产生与钢绳伸收量成比例的轴向移动量，实现钢绳的自动排线功能。

本实用新型的传感器的一个方面是，所述内筒为一开口形圆筒，筒底中心连接着转轴；圆筒外侧面开有均匀分布的多个轴向滑槽，与绕线轮上的滑块相咬合；转轴中间部分开有一个槽口，与回旋弹簧内端接，转轴的输出端为圆柱段，与一个弹性连轴器相连接。

本实用新型的传感器的一个方面是，所述位移螺套为一管状体，一端固定于壳体侧面墙面上，外端通过布置在其内的轴承2支撑转轴1。

本实用新型的传感器的一个方面是，所述绕线轮为一中心开孔的杯形体，开孔内攻有与位移螺套相同的螺纹，并与位移螺套相啮合，杯体内侧开有均匀分布滑块或滑槽与内筒上的相应均匀分布的滑槽或滑块相咬合。

本实用新型的传感器的一个方面是，所述钢绳为多股双级绞合的不锈钢绳或复合金属绳，有较好的柔韧性，其一端固定在绕线轮侧面，另一端穿过导引孔固接于拉线头内；所述导引头19为磨擦系数低、耐磨性好的材料制成，其位置布置成使钢绳在绕线轮的切线方向上并垂直其轴线的方向上运动。

本实用新型的传感器的一个方面是，所述弹簧盒内装有多圈回旋弹簧，其弹性扭矩通过转轴、内筒和绕线轮转化为钢绳的张力，始终与拉线头外力相平衡，保持着钢绳有序排列。

本实用新型的传感器的一个方面是，所述传感器壳体由复合金属材料制成，有较好的密封性和机械强度。

本实用新型的传感器的一个方面是，该传感器还包括一个将转轴的位移输送出去的波纹式弹性膜盒连轴器，它由两个连轴环套15和一个波纹式开口膜盒12组成，其中开口膜盒12中心两侧分别焊接有连轴环套15，一个环套与转轴相连成为主动轴，另一个环套与电量转换器的转轴相连，成为从动轴。

本实用新型的传感器的一个方面是，所述弹簧连轴器的波纹式开口膜盒12由弹性好的筒形合金簧片压制而成，并且其两端焊接有连轴环套。

本实用新型的传感器的一个方面是，包括主壳体8和副壳体3，并由中间支撑板17分隔成两个空间部分，在主壳体8内布置有钢绳自动排线装置，其特征在于，该装置包括绕线轮组件、转子组件、回旋弹簧组件和钢绳导引头组件，

其中，绕线轮组件包括绕线轮4、位移螺套3、滑块7和钢绳18；

转子组件包括转轴1、内筒5和轴承2、11；

回旋弹簧组件包括回旋弹簧10和固定在支撑板17上的弹簧盒；

钢绳导引头组件包括导引头19和拉线头20；

其中，位移螺套3为一管状体，一端固定在主壳体8内墙台柱上，外端内装有支撑轴承2，外表面制有螺纹，与绕线轮4内的螺纹啮合；

所述内筒为一开口形圆筒，筒底中心连接着转轴，与转轴1连为一体，轴的两端分别安装在轴承2和轴承11上，在轴承2和轴承11的支撑下转动；

钢绳18的位移信号转化为转轴圆柱段16的转角，带动一转换器14输出；

回旋弹簧盒的一个侧面与支撑板17为一体，弹簧外端固定在弹簧盒的壁墙上，内端与转轴上的一个槽口相连接；

绕线轮4一侧通过滑块支撑在内筒5的滑槽上，另一侧通过螺纹支撑在位移螺套上，当钢绳从导引孔19定点伸收迫使绕线轮转动时，一方面滑块迫使转轴与绕线轮同步转动，另一方面位移螺套迫使绕线轮产生与钢绳伸收量成比例的轴向移动量，实现钢绳的自动排线功能。

所述滑槽在所述内筒圆筒外侧面均匀轴向分布；

所述绕线轮为一中心开孔的杯形体，开孔外攻有与位移螺套相同的螺纹，并与螺套相啮合，杯体内侧布置有与所述内筒滑槽相应的滑块，并与滑槽相咬合；

所述钢绳为多股双级绞合的不锈钢绳或复合金属绳，有较好的柔韧性，其一端固定在绕线轮侧面，另一端穿过导引孔固接于拉线头内；所述导引头为磨擦系数低、耐磨性好的材料制成，其在主壳体的安装位置构成钢绳在绕线轮的切线方向上并垂直其轴线方向上运动；

所述弹簧盒内装有多圈回旋弹簧，其弹性扭矩通过转轴、内筒和绕线轮转化为钢绳的张力，始终与拉线头外力相平衡，保持着钢绳有序排列；

所述传感器壳体由复合金属材料制成，有较好的密封性和机械强度；

转轴的输出端与一个弹性连轴器相连接，该连轴器为波纹式弹性膜盒连轴器，它由两个连轴环套15和一个波纹式开口膜盒12组成，其中开口膜盒12中心两侧分别焊接有连轴环套15，一个环套与转轴相连成为主动轴，另一个环套与电量转换器的转轴相连，成为从动轴；

所述弹性连轴器的波纹式开口膜盒12由弹性好的筒形合金簧片压制而成，并且其两端焊接有连轴环套。

所述台柱处于主壳体8内墙的中心位置。

综上所述，本传感器具有如下特点：

第一、检测精度高，结构设计上充分考虑到影响测量精度的诸因素，主要有：

1、采用钢绳从壳体定点孔中伸收方案，这样被测量体带动钢绳的运动轨迹是一条直线，其任意两点间的位移不存在测量误差，而现有的开槽式出线方式，由于钢绳的运动轨迹是一扇形面，则必然产生测量误差。

2、绕线轮具有自动排线功能，钢绳在任一伸收位置上，钢绳的伸收量与绕线轮的偏角量之比始终是一个不变的常数。而强迫钢绳沿绕线轮螺纹槽缠绕的，无论钢绳沿何方向运动，则总存在排线误差。

3、在回旋弹簧的作用下，无论钢绳是伸还是收，绕线轮上的滑块总是靠贴在内筒滑槽的一面滑动，这就保证了转轴与绕线轮总是处在同一偏角的位置上，不存在滑块与滑槽的间隙带来的误差。

4、新颖的弹性连轴器具有轴向刚性连接功能。

这些结构保证了测量的高精度的品质要求。

第二、结构紧凑、机械时间常数小运动速度反映快。钢绳在全行程的运动过程中，在回旋弹簧的扭矩作用下，钢绳张力总是维持着有序规范的排线功能，而不同现乱绕和错绕现象，保证了工作的可靠性。

第三、钢绳由多股二级缠绕不锈钢丝合成的，它具有良好的柔软性，这不仅便利于检测体的直线运动测量，更适宜于检测体的弧线运动或位移变化，伴随方向改变的两点间位移量的测量。此外，钢绳和其它构件材料的热膨胀系数较小，对温度变化产生的误差完全可以忽略不计，所以它更适合于环境温度变化范围大的场所上使用。

第四、传感器具有多种电量输出功能，在结构的设计上已考虑到与多种型号的电位计和编码器匹配连接，以满足用户位移测量范围、电量输出种类、幅值大小、分辨率高低和精度的需求。

传感器采用金属结构封装、屏蔽电缆传送电信号，因而它具有紧固耐用、抗电磁干扰的优点，并具有较好的密封性，能耐受环境的污染(钢绳伸收孔除外)。

附图说明

图1是壳体剖开后的传感器局部剖示图。

具体实施方式

本实用新型的传感器分为主壳体8和副壳体3，并由中间支撑板17分隔成两个空间部分。

(一)主壳体空间部分由绕线轮组件、转子组件、回旋弹簧组件和钢绳导引头组件四个部分组成。由于其结构设计合理，具有独特的创新性，再加上又使用了优质金属材料和精加工工艺，使得其机械测量精度达到较高的水平和具有高的工作可靠性。

见结构剖示图，图1所示，绕线轮组件由绕线轮4、位移螺套3、滑块7和不锈钢钢绳19等组成。位移螺套紧固于主壳体侧墙的台柱上，以确保其形位公差要求，位移螺套3的外侧制有螺纹，与绕线轮4内的螺纹啮合，当绕线轮随钢绳伸收而转动时，螺套上就产生一个轴向位移量，以实现钢绳的自动排线功能。

转子组件由转轴1、内筒5和轴承2、11组成。内筒外圆上有三条互成120°或四条互成90°(可以采用更多的滑槽)轴向滑槽6，固定在绕线轮上的滑块7可迫使绕线轮的转动，既可同步转动又产生相对轴向位移。

回旋弹簧组件由回旋弹簧10和固定在支撑板17上的弹簧盒组成，弹簧的外端固定在弹簧盒内墙上，内端与转轴相连，这种连接方式可减少转动体的转动惯量，提高响应速度。

钢绳导引头组件由导引19，多股不锈钢钢绳18和拉线头20组成，导引头固定在主壳体上，钢绳限制在出线孔上定点伸收。

当固定在座板9上的主壳体不动、拉线头随被测对象向外运动时，钢绳伸出，带动绕线轮作顺时针方向转动时(从轴的输出端看)，由于其具有自动排线功能，绕线轮的切线方向始终对准出线孔有序地工作，排列整齐的钢绳一圈圈地减少，使得钢绳的伸出量与绕线轮的转角间在整个钢绳放出的过程中保持恒定的比例关系。绕线轮转动时，通过其滑块带动内筒和转轴转动，输出与其相同的转角，由于滑块可以在内筒的滑槽上运动，保证了转轴在轴承的支撑下只有转动而不随绕线轮做轴向运动。转轴随绕线轮做顺时针方向转动时，便带动弹簧盒内的回旋弹簧向旋紧方向转动，存储弹簧能量产生一个平衡转矩，通过滑块作用在绕线轮上，使得钢绳始终存在一定的张力。当被测对象做相反运动时，回旋弹簧释放能量，使转轴产生一个反时针的转矩，通过滑块、内筒带动绕线轮做反时针方向转动，迫使钢绳收回，绕线轮随转动而右移，钢绳便有序地沿着轮径的切线方向一圈圈地有序整齐排列复原。无论拉线头在整个运动行程中的任一位置，由于回旋弹簧的作用，钢绳张力始终存在，钢绳总是严格有序地沿绕线轮切线方向缠绕而不松散和紊乱，保证了测试精度的要求。

(二)副壳体空间部分由弹性连轴器12、电量转换装置14、副壳体13和电缆21组成。它的作用是将转轴的角位移和转角变化量转换成所需的电量参数，通过电缆输出给显示和控制系统。

电量转换装置是一种高精度长寿命电位计或一种无接触式编码器。它们都是轴输入，电流、电压或电脉冲输出，而输出信号的幅值或电脉冲数是与输入轴的转角成严格的比值关系。

电量转换装置的输入轴是由主壳体转轴带动的，当转换装置固定后，主动轴和从动轴不可能做到完全一致的同轴度，为此设计制做具有独特结构的波纹式膜盒弹性连轴器。它是由具有一定宽度和厚度的弹性圆筒压制而成，中心两侧各焊接有一个圆环5，分别与一个轴相连。这样当主动轴带动从动轴转动时，由一簧片的弹性作用，能较好地调整两轴对应位置的刚性连接关系。它与常规的连轴器相比，具有结构简单、成本低廉、体积小、重量轻和较大的非同轴度调整范围的优点。

Claims (10)

1、一种拉绳式位移传感器，包括绕线轮组件、转子组件、回旋弹簧组件和钢绳导引头组件，

其特征在于，绕线轮组件包括绕线轮(4)、位移螺套(3)、滑块(7)和钢绳(18)；转子组件包括转轴(1)和内筒(5)；钢绳导引头组件包括导引头(19)；回旋弹簧组件包括回旋弹簧(10)和弹簧盒；

其中，位移螺套(3)一端固定，其外表面制有螺纹，与绕线轮(4)内的螺纹啮合；绕线轮(4)另一侧通过其上的滑块或滑槽支撑在内筒(5)的滑槽或滑块上；转轴(1)与内筒(5)连为一体，在轴承的支撑下转动；钢绳(18)一端固定，并绕在绕线轮(4)上，另一端从导引头(19)伸出；回旋弹簧(10)外端固定在弹簧盒的壁墙上，内端与转轴(1)相连接；当钢绳从导引头(19)定点伸收迫使绕线轮转动时，一方面滑块迫使内筒、转轴与绕线轮同步转动，通过转轴的转动，将钢绳(18)的位移信号转化为转轴的角转角，带动一转换器(14)输出，另一方面位移螺套迫使绕线轮产生与钢绳伸收量成比例的轴向移动量，实现钢绳的自动排线功能。

2、根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述位移螺套为一管状体，一端固定于壳体侧面墙面上，外端通过布置在其内的轴承(2)支撑转轴(1)。

3、根据权利要求1、2所述的传感器，其特征在于，所述内筒为一开口形圆筒，筒底中心连接着转轴；圆筒外侧面开有均匀分布的多个轴向滑槽；转轴中间部分开有一个槽口，与回旋弹簧内端连接，转轴的输出端为圆柱段，与一个弹性连轴器相连接。

4、根据权利要求1、2所述的传感器，其特征在于，所述绕线轮为一中心开孔的杯形体，开口内攻有与位移螺套相同的螺纹，并与位移螺套相啮合，杯体内侧具有与所述内筒上的滑槽相应的滑块，并与滑槽相咬合。

5、根据权利要求1、2所述的传感器，其特征在于，所述钢绳为多股双级绞合的不锈钢绳或复合金属绳，有较好的柔韧性，其一端固定在绕线轮侧面，另一端穿过导引头固接于拉线头内；所述导引头(19)为磨擦系数低、耐磨性好的材料制成，其位置布置成使钢绳在绕线轮的切线方向上并垂直其轴线的方向上运动。

6、根据权利要求1、2所述的传感器，其特征在于，所述弹簧盒内装有多圈回旋弹簧，其弹性扭矩通过转轴、内筒和绕线轮转化为钢绳的张力，始终与拉线外力相平衡，保持着钢绳有序排列。

7、根据权利要求1、2所述的传感器，其特征在于，所述传感器壳体由复合金属材料制成，有较好的密封性和机械强度。

8、根据权利要求1、2所述的传感器，其特征在于，该传感器还包括一个将转轴的位移输送出去的波纹式弹性膜盒连轴器，它由两个连轴环套(15)和一个波纹式开口膜盒(12)组成，其中开口膜盒(12)中心两侧分别焊接有连轴环套(15)，一个环套与转轴相连成为主动轴，另一个环套与电量转换器的转轴相连，成为从动轴。

9、根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述弹簧连轴器的波纹式开口膜盒(12)由弹性好的筒形合金簧片压制而成，并且其两端焊接有连轴环套。

10、一种拉绳式位移传感器，包括主壳体(8)和副壳体(3)，并由中间支撑板(17)分隔成两个空间部分，在主壳体(8)内布置有钢绳自动排线装置，其特征在于，该装置包括绕线轮组件、转子组件、回旋弹簧组件和钢绳导引头组件，

其中，绕线轮组件包括绕线轮(4)、位移螺套(3)、滑块(7)和钢绳(18)；

转子组件包括转轴(1)、内筒(5)和轴承(2)、轴承(11)；

回旋弹簧组件包括回旋弹簧(10)和固定在支撑板(17)上的弹簧盒；

钢绳导引头组件包括导引头(19)和拉线头(20)；

其中，位移螺套(3)为一管状体，一端固定在主壳体(8)内墙台柱上，外端内装有支撑轴承(2)，外表面制有螺纹，与绕线轮(4)内的螺纹啮合；

所述内筒为一开口形圆筒，筒底中心连接着转轴，与转轴(1)连为一体，轴的两端分别安装在轴承(2)和轴承(11)上，在轴承(2)和轴承(11)的支撑下转动；

钢绳(18)的位移信号转化为转轴圆柱段(16)的转角，带动一转换器(14)输出；

回旋弹簧盒的一个侧面与支撑板(17)为一体，弹簧外端固定在弹簧盒的壁墙上，内端与转轴上的一个槽口相连接；

绕线轮(4)一侧通过滑块或滑槽支撑在内筒(5)的滑槽或滑块上，另一侧通过螺纹支撑在位移螺套上，当钢绳从导引头(19)定点伸收迫使绕线轮转动时，一方面滑块迫使转轴与绕线轮同步转动，另一方面位移螺套迫使绕线轮产生与钢绳伸收量成比例的轴向移动量，实现钢绳的自动排线功能。

所述滑槽或滑块在所述内筒圆筒外侧面均匀轴向分布；

所述绕线轮为一中心开孔的杯形体，开孔外攻有与位移螺套相同的螺纹，并与螺套相啮合，杯体内侧布置有与所述内筒滑槽或滑块相应的滑块或滑槽，并与滑槽或滑块相咬合；

所述钢绳为多股双级绞合的不锈钢绳或复合金属绳，有较好的柔韧性，其一端固定在绕线轮侧面，另一端穿过导引孔固接于拉线头内；所述导引头为磨擦系数低、耐磨性好的材料制成，其在主壳体的安装位置构成钢绳在绕线轮的切线方向上并垂直其轴线方向上运动；

所述弹簧盒内装有多圈回旋弹簧，其弹性扭矩通过转轴、内筒和绕线轮转化为钢绳的张力，始终与拉线头外力相平衡，保持着钢绳有序排列；

所述传感器壳体由复合金属材料制成，有较好的密封性和机械强度；

转轴的输出端与一个弹性连轴器相连接，该连轴器为波纹式弹性膜盒连轴器，它由两个连轴环套(15)和一个波纹式开口膜盒(12)组成，其中开口膜盒(12)中心两侧分别焊接有连轴环套(15)，一个环套与转轴相连成为主动轴，另一个环套与电量转换器的转轴相连，成为从动轴；

所述弹性连轴器的波纹式开口膜盒(12)由弹性好的筒形合金簧片压制而成，并且其两端焊接有连轴环套。

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