NL2013559A

NL2013559A - Pressure sensor.

Info

Publication number: NL2013559A
Application number: NL2013559A
Authority: NL
Inventors: Ovaere Peter; Schepens Pieter-Jan
Original assignee: Mersen Benelux B V
Priority date: 2014-10-02
Filing date: 2014-10-02
Publication date: 2016-05-02
Also published as: NL2013559B1

Description

DRUKSENSORPRESSURE SENSOR

ACHTERGROND VAN DE UITVINDINGBACKGROUND OF THE INVENTION

Bij koolborstelmotoren worden de borstels via een veer tegen de sleepringen of collector aangedrukt. Deze veerkracht is belangrijk om de goede werking van de motor te verzekeren. Bij te hoge veerdruk slijten zowel de borstels te snel (wat vervuiling en afname van de isolatie weerstand veroorzaakt) en ook de sleepring of collector. Is de veerdruk te laag dan ontstaat er slecht contact, vonkvorming en inbranding wat schade oplevert. Is de druk onderling ongelijk dan zal de stroomverdeling evenredig uit balans raken waarbij in eerste instantie de borstels erg onregelmatig slijten wat het onderhoud bemoeilijkt en in een verdere fase sommige borstels overbelast raken en verbranden met alle gevolgen van dien (kan zelfs aanleiding geven tot grote motor schade). Het is dus belangrijk de veerdruk regelmatig na te zien want door temperatuur, trillingen en soms elektrische stroom die door de veren kunnen vloeien kan de veerdruk na verloop van tijd afwijkingen gaan vertonen. Het is dus zaak de veren geregeld op te meten.With carbon brush motors, the brushes are pressed against the slip rings or collector via a spring. This resilience is important to ensure the proper functioning of the engine. If the spring pressure is too high, both the brushes wear too quickly (which causes contamination and a decrease in insulation resistance) and also the slip ring or collector. If the spring pressure is too low, poor contact, sparking and burn-in will occur, which will cause damage. If the pressure is uneven, the flow distribution will be disproportionately out of balance, with the brushes wearing off very irregularly in the first instance, which makes maintenance difficult and, in a further phase, some brushes become overloaded and burned with all the associated consequences (may even lead to a large motor) damage). It is therefore important to check the spring pressure regularly because the temperature, vibrations and sometimes electrical current that can flow through the springs can cause the spring pressure to deviate over time. It is therefore important to regularly measure the springs.

De beste oplossing hiervoor zou zijn om de veerdruk of kracht te kunnen meten van de koolborstel op zijn contact vlak. Maar de ruimte is hier zeer beperkt. De afstand tussen de houder en de sleepring is vast bepaald door zijn noodzakelijke correcte werking en komt hierdoor typisch tussen de 2 a 3 mm ongeacht de grote van de koolborstel. De op te meten veerdruk is afhankelijk van de borstel grootte en de toepassing. Zo zal een tractie motor een grotere veerdruk hebben vanwege omgevingstrillingen dan een stationaire motor. Globaal genomen kan de veerdruk variëren tussen 0,1 Kg en 5Kg. Gezien de grote variatie in de uitvoeringen van de koolborstelhouders en het groot bereik in de te meten drukken zijn de bestaande meetsondes altijd te groot om op de ideale plaats (tussen de borstel en het contactvlak) gebruikt te kunnen worden. De huidige oplossingen bestaan uit een relatief grote sondes die altijd de druk meten tussen de koolborstel en het veerdruk systeem. Vaak is het bereik van deze sondes beperkt, waardoor men verschillende sondes nodig heeft in functie van de op te meten drukken. Door het verplaatsen van de meeting van de ruimte tussen de borstel en de sleepring, naar de ruimte tussen de borstel en het veerdruksysteem, moet men in sommige gevallen ook nog rekening houden met de aanslaghoek van het veerdruksysteem ten overstaande van het contactoppervlak tussen de borstel en de sleepring. Bij borstels met schuine kop of schuin opgestelde houders, zullen de waarden gemeten tussen de borstel en het veerdruksysteem moeten omgerekend worden in functie van de hoek graden om zo uiteindelijk de juiste waarde te kunnen bekomen. Wetende dat er op 1 turbogenerator van een elektriciteitscentrale wel tot 200 borstels kunnen zitten, is het evident dat er binnen de sector nood is aan een meet- of druksensor die kan ingezet worden tussen de sleepring en de borstel, en waarbij deze sensor een breed drukbereik heeft en derhalve inzetbaar is voor zowel stationaire als tractie-motoren, alternatoren, en andere elektrische machines.The best solution for this would be to be able to measure the spring pressure or force of the carbon brush on its contact surface. But the space here is very limited. The distance between the holder and the slip ring is determined by its necessary correct operation and is therefore typically between 2 and 3 mm regardless of the size of the carbon brush. The spring pressure to be measured depends on the brush size and application. For example, a traction motor will have a greater spring pressure due to environmental vibrations than a stationary motor. Overall, the spring pressure can vary between 0.1 Kg and 5 Kg. In view of the large variation in the versions of the carbon brush holders and the large range in the pressures to be measured, the existing measuring probes are always too large to be used at the ideal location (between the brush and the contact surface). The current solutions consist of relatively large probes that always measure the pressure between the carbon brush and the spring pressure system. The range of these probes is often limited, so that different probes are needed depending on the pressures to be measured. By moving the meeting from the space between the brush and the slip ring, to the space between the brush and the spring pressure system, one must in some cases also take into account the stop angle of the spring pressure system with respect to the contact surface between the brush and the slip ring. For brushes with slanted head or slanted holders, the values measured between the brush and the spring pressure system will have to be converted as a function of the angle degrees in order to ultimately obtain the correct value. Knowing that up to 200 brushes can be installed on 1 turbo generator of a power plant, it is evident that within the sector there is a need for a measuring or pressure sensor that can be used between the slip ring and the brush, and where this sensor has a wide pressure range. and can therefore be used for both stationary and traction motors, alternators, and other electrical machines.

BESCHRIJVING VAN DE UITVINDINGDESCRIPTION OF THE INVENTION

De onderhavige uitvinding heeft tot objectief een sensor (1) aan te bieden die toelaat de drukkracht van de veren op de koolborstels te gaan meten tussen de sleepring (15) en de borstel (14), en derhalve gekenmerkt door het feit dat de sensor dunner is dan 4 mm, en alsnog voorzien is van een target (4) dewelke middels een mechanisch vervormbaar gedeelte (3) is opgehangen in de sensor, en waarbij deze sensor voorzien is van één of meerdere meetstrookjes (2), dewelke zodanig zijn opgesteld dat ze het afschuiven van het vervormbaar meetgedeelte onder druk detecteren.The present invention has for its object to offer a sensor (1) which allows to measure the compressive force of the springs on the carbon brushes between the slip ring (15) and the brush (14), and therefore characterized by the fact that the sensor is thinner is then 4 mm, and is still provided with a target (4) which is suspended in the sensor by means of a mechanically deformable part (3), and wherein this sensor is provided with one or more measuring strips (2), which are arranged such that they detect the shearing of the deformable measuring section under pressure.

In tegenstelling tot bestaande meetsensoren, zoals getoond in afbeelding 1, liggen de meetstrookjes (2) niet enkel op het mechanisch vervormbaar gedeelte (3) gelegen tussen het meetpunt (target) en de perimeter van de sensor. Zoals blijkt uit afbeelding 1, strekt de ligging van de meetstrookjes, hierin ook wel rekstrookjes genoemd, in de sensor volgens de stand der techniek zich longitudinaal uit over het mechanisch vervormbaar gedeelte gelegen tussen het centrale meetpunt en de rand van de sensor. Voorgaande minimale dimensies voor de totale dikte van de sensor zijn bij deze opstelling niet mogelijk vermits er voldoende ruimte (ten minste enkele millimeters) moet zijn aan weerszijde van het vervormbaar gedeelte om de vervorming (doorbuiging) ervan te kunnen detecteren. De meetsensor verschilt ook van de veer-balansen zoals bijvoorbeeld beschreven in de PCT publicatie W003/071241 dewelke specifiek ontwikkelt zijn voor metingen in de pg - mg range, en dus nooit ingezet kunnen worden voor het meten van voornoemde veerdrukken vermits deze in de g - kg range gelegen zijn.Unlike existing measurement sensors, as shown in Figure 1, the measurement strips (2) are not only located on the mechanically deformable part (3) located between the measurement point (target) and the perimeter of the sensor. As shown in Figure 1, the location of the measuring strips, also referred to herein as strain gauges, extends longitudinally in the sensor according to the state of the art over the mechanically deformable part located between the central measuring point and the edge of the sensor. Previous minimum dimensions for the total thickness of the sensor are not possible with this arrangement since there must be sufficient space (at least a few millimeters) on either side of the deformable part to be able to detect its deformation (deflection). The measuring sensor also differs from the spring balances as described for example in the PCT publication W003 / 071241, which have been developed specifically for measurements in the pg - mg range, and can therefore never be used for measuring the aforementioned spring pressures since these are measured in the g - kg range.

Zoals hierna verder toegelicht zorgt de configuratie van de onderhavige vinding er voor dat het wel degelijk mogelijk is een druk- meetsensor te bekomen met een meetzone (11) dewelke bruikbaar is om met een grote nauwkeurigheid veerdrukken te meten in de g - kg range en waarvan de totale dikte kleiner of gelijk is aan 4 mm; in het bijzonder kleiner dan 3 mm; meer in het bijzonder tussen 2mm en 4mm dik; zelfs meer in het bijzonder tussen 2mm en 3mm dik; in een verdere uitvoeringsvorm zelfs tussen 1mm en 4mm. De meetzone komt uiteindelijk overeen met het gedeelte van de sensor hetwelke effectief onder de te meten borstel wordt geplaatst. De totale dikte van minder dan 4mm kan zich in een bijzondere uitvoeringsvorm zelfs uitstrekken over het volledige oppervlak van de meetsensor. Een dergelijke versie van een meetsensor volgens de onderhavige vinding is getoond in de afbeeldingen 3 tot 6. Derhalve zal in een dergelijke vorm van de meetsensor deze een totale dikte hebben die kleiner of gelijk is aan 4 mm; in het bijzonder kleiner dan 3 mm; meer in het bijzonder tussen 2mm en 4mm dik; zelfs meer in het bijzonder tussen 2mm en 3mm dik; in een verdere vorm zelfs tussen 1 mm en 4mm. Buiten de meetzone, en zoals bijvoorbeeld getoond in afbeelding 7, kan de meetsensor dikker zijn. Zo kan de meetsensor buiten de meetzone bijvoorbeeld voorzien zijn van een kabelhouder (19) dewelke de bedrading van de sensor naar de meetstrookjes op zijn plaats houdt. De meetzone (11) zal dus effectief het meetpunt (4), hierin ook wel target genoemd, bevatten welke middels één of meerdere mechanisch vervormbare elementen (3) is opgehangen in een uitsnijding (5) in de meetzone van de sensor. Bij het meten wordt de sensor of de meetzone van de sensor tussen de collector (of sleepring) (15) en de koolborstel (14) geplaatst, waarbij de borstel op het meetpunt (target) komt te rusten. Onder invloed van de veerdruk zal de target de mechanisch vervormbare elementen waarmee hij in de uitsnijding is opgehangen, deze elementen verbuigen. Er is derhalve in de meetzone steeds een spatie onder de target waarin de vervorming van de mechanisch vervormbare elementen kan plaatsvinden. Deze spatie kan gewoonweg volgen uit het ophangen van de target in de uitsnijding, en impliceert dusdoende dat de dikte van de target en van de mechanisch vervormbare elementen kleiner is dan de dikte van de omliggende zijden (13) in de meetzone. Om het bereik van de meetsensor verder te verhogen, kan de meetzone daarenboven ook voorzien zijn van een reliëfelement (12) op het oppervlak dat bij gebruik van de sleepborstel weg gericht is, of te bij gebruik aan de onderzijde van de meetsensor gepositioneerd.As further explained below, the configuration of the present invention ensures that it is indeed possible to obtain a pressure measuring sensor with a measuring zone (11) which can be used to measure spring pressures in the g - kg range with great accuracy and of which the total thickness is less than or equal to 4 mm; in particular smaller than 3 mm; more particularly between 2 mm and 4 mm thick; even more particularly between 2 mm and 3 mm thick; in a further embodiment even between 1 mm and 4 mm. The measuring zone ultimately corresponds to the part of the sensor that is effectively placed under the brush to be measured. In a special embodiment, the total thickness of less than 4 mm can even extend over the entire surface of the measuring sensor. Such a version of a measuring sensor according to the present invention is shown in figures 3 to 6. Therefore, in such a form of the measuring sensor, it will have a total thickness of less than or equal to 4 mm; in particular smaller than 3 mm; more particularly between 2 mm and 4 mm thick; even more particularly between 2 mm and 3 mm thick; in a further form even between 1 mm and 4 mm. Outside the measuring zone, and as shown for example in Figure 7, the measuring sensor can be thicker. The measuring sensor can for instance be provided outside the measuring zone with a cable holder (19) which holds the wiring from the sensor to the measuring strips in place. The measuring zone (11) will therefore effectively contain the measuring point (4), also referred to herein as the target, which is suspended by means of one or more mechanically deformable elements (3) in a cut-out (5) in the measuring zone of the sensor. When measuring, the sensor or the sensor's measuring zone is placed between the collector (or slip ring) (15) and the carbon brush (14), with the brush resting on the measuring point (target). Under the influence of the spring pressure, the target will flex the mechanically deformable elements with which it is suspended in the cut-out, these elements. There is therefore always a space below the target in the measuring zone in which the deformation of the mechanically deformable elements can take place. This space can simply follow from hanging the target in the cutout, thus implying that the thickness of the target and of the mechanically deformable elements is smaller than the thickness of the surrounding sides (13) in the measuring zone. In order to further increase the range of the measuring sensor, the measuring zone can also be provided with a relief element (12) on the surface that is directed away when the drag brush is used, or positioned on the underside of the measuring sensor when used.

Zoals hiervoor reeds aangegeven, komt bij meeting de op het meetpunt (target) (4) te rusten. Derhalve zal de target aan het vlak dat contact maakt met de borstel voorzien zijn van een reliëfelement (10) dat boven de omliggende zijden (13) van voornoemde uitsparing uitsteekt, hierin ook wel draagpunt genoemd. Om opnieuw de mogelijke plaatsing tussen de sleepring en borstel te vrijwaren, zal dit reliëfelement (draagpunt) typisch slechts 2/3 tot 1/10 van de totale hoogte van de omliggende zijden uitsteken. Zoals hiervoor reeds aangegeven wordt de sensor van de onderhavige vinding gekenmerkt door het feit dat de rekstrookjes niet enkel gelegen zijn op het mechanisch vervormbaar element waarmee de target in de sensor is opgehangen, maar tevens op de target en/of de omliggende zijden van de uitsnijding dewelke het meetpunt bevat. Zoals blijkt uit de ingesloten afbeeldingen 4 en 5, overbruggen de rekstrookjes in de onderhavige vinding tevens de verbindingslijnen (zoals bijvoorbeeld aangetoond met het lijnstuk AA op afbeelding 5) van de mechanisch vervormbare elementen met de rest van de meetsensor. Deze verbindingslijnen komen enerzijds overeen met de verbindingslijn tussen een mechanisch vervormbaar element (3) en een omliggende zijde (13); anderzijds met de verbindingslijn tussen een mechanisch vervormbaar element (3) en de target (4). Zoals uit de begeleidende afbeeldingen blijkt zijn in een bijzondere uitvoeringsvorm de mechanisch vervormbare elementen uitgefreesde stripverbindingen tussen de target en de rest van de meetsonde. De uitsnijdingen zijn typisch uitgeboorde en/of uitgesneden uitsparingen in de meetzone van de sensor. Bij het uitboren of uitsnijden ontstaat er ter hoogte van de aanhechting van de mechanisch vervormbare elementen met de rest van de sensor en in het bijzonder ter hoogte van de verbinding met de omliggende zijden, een gebogen uitsnijding waarvan de diameter overeenkomt met de boordiameter en of dikte van het snijmiddel. Het is genoegzaam gekend dat deze punten de zwakste punten zijn voor de aanhechting van de mechanisch vervormbare elementen met de rest van de sensor en dat de mechanisch vervormbare elementen bij overbelasting net ter hoogte van deze punten zullen afscheuren. Binnen de context van de onderhavige vinding loopt de verbindingslijn dewelke door de rekstrookjes doorkruist wordt, tussen deze verbindingspunten. Zoals getoond met lijnstuk AA in figuur 5, loopt deze verbindingslijn volgens de raaklijn van de cirkels waarvan voornoemde gebogen uitsnijdingen, booglengtes zijn. Of met andere worden, in de onderhavige vinding wordt de meetsensor gekarakteriseerd in dat één of meerdere rekstrookjes (3) een verbindingslijn (AA) van het mechanisch vervormbaar element met de rest van de meetsensor overbruggen, waarbij deze verbindingslijn door de raaklijn loopt aan de omliggende zijde van de cirkels (16) waarvan de gebogen uitsnijdingen ter hoogte van de verbinding van het mechanisch vervormbaar element met de rest van de meetsensor, de booglengtes (17) zijn.As already indicated above, the meeting will be based on the measuring point (target) (4). Therefore, on the face contacting the brush, the target will be provided with a relief element (10) protruding above the surrounding sides (13) of said recess, also referred to herein as bearing point. To again safeguard the possible placement between the slip ring and brush, this relief element (bearing point) will typically protrude only 2/3 to 1/10 of the total height of the surrounding sides. As already indicated above, the sensor of the present invention is characterized by the fact that the strain gauges are not only located on the mechanically deformable element with which the target is suspended in the sensor, but also on the target and / or the surrounding sides of the cut-out which contains the measuring point. As is apparent from the enclosed figures 4 and 5, the strain gauges in the present invention also bridge the connecting lines (as shown, for example, with the line segment AA in figure 5) of the mechanically deformable elements with the rest of the measuring sensor. These connecting lines correspond on the one hand with the connecting line between a mechanically deformable element (3) and a surrounding side (13); on the other hand with the connecting line between a mechanically deformable element (3) and the target (4). As is apparent from the accompanying images, in a special embodiment, the mechanically deformable elements are milled strip connections between the target and the rest of the measuring probe. The cutouts are typically drilled and / or cut-out recesses in the sensor measuring zone. When drilling or cutting out, a curved cut-out of which the diameter corresponds to the drill diameter and / or thickness is created at the level of the attachment of the mechanically deformable elements to the rest of the sensor and in particular at the level of the connection with the surrounding sides of the cutting agent. It is well known that these points are the weakest points for attaching the mechanically deformable elements to the rest of the sensor and that the mechanically deformable elements will tear off just above these points in the event of an overload. Within the context of the present invention, the connecting line crossed by the strain gauges runs between these connecting points. As shown with line segment AA in Figure 5, this connecting line runs along the tangent line of the circles of which the aforementioned curved cut-outs are arc lengths. Or with others, in the present invention the measuring sensor is characterized in that one or more strain gauges (3) bridge a connecting line (AA) of the mechanically deformable element with the rest of the measuring sensor, this connecting line running through the tangent to the surrounding side of the circles (16) whose curved cutouts at the height of the connection of the mechanically deformable element with the rest of the measuring sensor are the arc lengths (17).

De meetstrookjes van de onderhavige vinding worden dus gekenmerkt door het feit dat het grid (6) van deze strookjes een verbindingslijn (AA) tussen een mechanisch vervormbaar element (3) en de omliggende zijde (13) en/of een verbindingslijn tussen een mechanisch vervormbaar element en het opgehangen target (4) overbruggen. Het positioneren van het meetgedeelte van de rekstrookjes over deze verbindingslijnen, ook wel breuklijnen genoemd, zorgt er voor dat in tegenstelling tot het een eenvoudige opmeten van de verbuiging van het mechanisch vervormbare element, nu eerder de afschuifvervorming van dit element op zijn verbindingsplaats gemeten wordt. In vergelijking met de eerder vernoemde configuratie uit de stand der techniek, geeft dit aanleiding tot een grotere gevoeligheid en een breder bereik. De gevoeligheid en het bereik van de sensor kan verder verhoogd worden door het aantal rekstrookjes te verhogen. Dit kan door meerdere van de mechanisch vervormbare elementen van rekstrookjes te voorzien; door meerdere rekstrookjes per verbindingslijn te voorzien; of combinaties van beide. Een dergelijke uitvoeringsvorm is bijvoorbeeld getoond in de onderstaande afbeeldingen 4 en 5, waarbij de verbindingslijn door twee grids (6) van twee rekstrookjes overbrugd wordt. In dit voorbeeld is elk van de mechanisch vervormbare elementen van twee rekstrookjes voorzien, en overbruggen de grids (6) van deze strookjes de verbindingslijn tussen de mechanisch vervormbare elementen (3) en de omliggende zijde (13) van de uitsnijding. In deze specifieke uitvoeringsvorm zijn de omliggende zijden transversaal georiënteerd. Naast het aantal rekstrookjes, en de positionering van de rekstrookjes over de verbindingslijn, kan men de gevoeligheid van de sensor verder gaan beïnvloeden door de oriëntatie van de rekstrookjes. Zoals genoegzaam gekend bestaat een rekstrookje uit een folie met daarop een elektrische geleider, waarbij het strookje een ééndimensionale rek meet middels een grid (6). Een grafische voorstelling van een rekstrookje is getoond in afbeelding 2A. Een dergelijk rekstrookje is veel gevoeliger voor rek in verticale richting dan horizontaal, en laat dus enkel toe de rek in één dimensie te meten. Door meerdere rekstrookjes aan te brengen met een verschillende oriëntatie, is men in de mogelijkheid de rek in meerdere richtingen te meten. Dus in een verdere uitvoeringsvorm zijn er meerdere rekstrookjes per verbindingslijn, waarbij de grids van deze rekstrookjes de verbindingslijn in meerdere richtingen overbruggen, bijvoorbeeld in een rozetvorm zoals getoond in afbeelding 2B, of haaks op elkaar zoals getoond in afbeeldingen 4 en 5. In een alternatieve uitvoeringsvorm wordt er hiertoe gebruik gemaakt van membraanrekstrookjes die de rek in meerdere richtingen meten zoals bijvoorbeeld getoond in afbeelding 2C, waarbij de twee buitenste rekstrookjes (2a) de radiale rek meten, en de twee binnenste (2c) de tangentiële rek. In een bijzondere uitvoeringsvorm wordt de verbindingslijn overbrugd door twee rekstrookjes waarvan de grids (6) haaks op elkaar georiënteerd staan, i.e. meetstrookjes waarvan de grid’s (6) haaks op elkaar georiënteerd staan . Een dergelijke configuratie geeft aanleiding tot een verdere verhoging van de nauwkeurigheid, gevoeligheid en breder bereik van een meetsensor volgens de onderhavige vinding.The measuring strips of the present invention are therefore characterized by the fact that the grid (6) of these strips is a connecting line (AA) between a mechanically deformable element (3) and the surrounding side (13) and / or a connecting line between a mechanically deformable element and the suspended target (4). The positioning of the measuring section of the strain gauges over these connecting lines, also called fault lines, ensures that, in contrast to the simple measuring of the bending of the mechanically deformable element, the shear deformation of this element is now measured at its connection location. In comparison with the aforementioned prior art configuration, this gives rise to a greater sensitivity and a wider range. The sensitivity and range of the sensor can be further increased by increasing the number of strain gauges. This is possible by providing strain gauges on several of the mechanically deformable elements; by providing multiple strain gauges per connecting line; or combinations of both. Such an embodiment is shown, for example, in Figures 4 and 5 below, wherein the connecting line is bridged by two grids (6) of two strain gauges. In this example, each of the mechanically deformable elements is provided with two strain gauges, and the grids (6) of these strips bridge the connecting line between the mechanically deformable elements (3) and the surrounding side (13) of the cut-out. In this specific embodiment, the surrounding sides are transversely oriented. In addition to the number of strain gauges, and the positioning of the strain gauges along the connecting line, the sensitivity of the sensor can be further influenced by the orientation of the strain gauges. As is well known, a strain gauge consists of a foil with an electrical conductor on top, the strip measuring a one-dimensional strain by means of a grid (6). A graphic representation of a horizontal bar is shown in Figure 2A. Such a strain gauge is much more sensitive to strain in the vertical direction than horizontally, and therefore only allows to measure the strain in one dimension. By applying several strain gauges with a different orientation, you can measure the elongation in several directions. Thus in a further embodiment there are several strain gauges per connecting line, the grids of these strain gauges bridging the connecting line in several directions, for example in a rosette shape as shown in figure 2B, or perpendicular to each other as shown in figures 4 and 5. In an alternative In this embodiment, use is made of diaphragm strain gauges which measure the strain in multiple directions as shown, for example, in Figure 2C, the two outer strain gauges (2a) measuring the radial strain, and the two inner ones (2c) the tangential strain. In a special embodiment the connecting line is bridged by two strain gauges whose grids (6) are perpendicular to each other, i.e. measuring strips whose grids (6) are perpendicular to each other. Such a configuration gives rise to a further increase in the accuracy, sensitivity and wider range of a measuring sensor according to the present invention.

Naast het aantal rekstrookjes, de positionering van de rekstrookjes over de verbindingslijn, en de oriëntatie van de rekstrookjes, heeft men vastgesteld dat de gevoeligheid en het bereik van de meetsensor tevens kan verhoogd worden door één of meerdere van de omliggende zijden (13) dewelke een rekstrookje bevatten middels een uitsnijding (20), hierna ook wel scheidingsuitsnijding genoemd, van de rest van de meetsensor te scheiden. Deze uitsnijding wordt gekenmerkt door een breedte gaande van 1/2 tot 2/3 van de breedte van de omliggende zijde en een lengte die maximaal overeenkomt met de afstand tussen de twee aanliggende zijden (getoond als lijnstuk B-B in afbeelding 7). Derhalve omvatten de uitvoeringsvormen van de onderhavige vinding, als een mogelijk verdere karakteristiek de aanwezigheid van één of meerdere scheidingsuitsnijdingen (20). Indien aanwezig zullen deze scheidingsuitsnijdingen tevens de begrenzing vormen van de meetzone binnen de meetsensor. Ook de dikte van de vervormbare verbindingen en de keuze van de gebruikte materialen kunnen de gevoeligheid verder beïnvloeden. Het zal voor de vakman duidelijk zijn dat deze meetsensor uit de gebruikelijke materialen gemaakt wordt. Typisch uit metaal, zoals ijzer, titanium, aluminium, en magnesium; met in het bijzonder aluminium, omvattende aluminium en aluminium legeringen zoals 2024 t6 aluminium, 6061 t6 aluminium, en 7075 t6 aluminium.In addition to the number of strain gauges, the positioning of the strain gauges along the connecting line, and the orientation of the strain gauges, it has been established that the sensitivity and range of the measuring sensor can also be increased by one or more of the surrounding sides (13), which have a strain gauge to be separated from the rest of the measuring sensor by means of a cut-out (20), hereinafter also referred to as cut-out cut-out. This cut-out is characterized by a width ranging from 1/2 to 2/3 of the width of the surrounding side and a length that corresponds at most to the distance between the two adjacent sides (shown as line section B-B in Figure 7). Therefore, as a possible further characteristic, the embodiments of the present invention include the presence of one or more separation cutouts (20). If present, these separation cut-outs will also form the boundary of the measuring zone within the measuring sensor. The thickness of the deformable connections and the choice of the materials used can further influence the sensitivity. It will be clear to the skilled person that this measuring sensor is made from the usual materials. Typically from metal, such as iron, titanium, aluminum, and magnesium; with in particular aluminum, comprising aluminum and aluminum alloys such as 2024 t6 aluminum, 6061 t6 aluminum, and 7075 t6 aluminum.

De meetstrookjes worden gewoonlijk vastgelijmd op het oppervlak van het onderdeel waarvan de rek moet worden gemeten. Ook in deze zullen de rekstrookjes over voornoemde verbindingslijnen van de mechanisch vervormbare elementen verlijmd worden volgens de gebruikelijke standaard methoden. Om het aanbrengen van de rekstrookjes over de verbindingslijnen te vereenvoudigen kan het oppervlak waarop ze worden aangebracht bij voorkeur doorlopen over deze verbindingslijn. Daartoe zullen in een uitvoeringsvorm van de vinding, de omliggende zijde en de target, ter hoogte van de verbindingslijn voorzien zijn van een vlak (18) dat op gelijke hoogte gelegen is met het oppervlak van de mechanisch vervormbare elementen waarop de rekstrookjes worden aangebracht. Bij voorkeur worden de rekstrookjes aangebracht aan het oppervlak hetwelke bij gebruik weg van de koolborstel georiënteerd is. Zoals getoond in afbeeldingen 4 en 5, liggen in een verdere uitvoeringsvorm, de vlakken die deel uitmaken van de omliggende zijde en de target beide op de zelfde hoogte, i.e. liggen deze alle op dezelfde hoogte als het oppervlak van de mechanisch vervormbare elementen waarop de rekstrookjes worden aangebracht. In deze uitvoeringsvorm zijn de omliggende zijde (13), dewelke ter hoogte van de verbindingslijn met de mechanisch vervormbare elementen tevens van één of meerder rekstrookjes (2) voorzien zijn, transversaal georiënteerd. Deze uitvoeringsvorm wordt tevens gekenmerkt door het feit dat de uitsnijding (5) uit een uitsparing bestaat, meer in het bijzonder een vierhoekige uitsparing; zelfs een rechthoekige uitsparing. Uiteraard zijn andere uitsparingen mogelijk, zoals de vierkante uitsparing (5) in de getoonde stand der techniek (afbeelding 1), een cirkelvormige uitsparing, een rechthoekige uitsparing, en andere gelijkaardige vormen. Dus in een uitvoeringsvorm van de onderhavige vinding wordt de meetsensor gekarakteriseerd door het feit dat de uitsnijding een uitsparing is, meer in het bijzonder een vierhoekige uitsparing.The test strips are usually glued to the surface of the part whose elongation is to be measured. Here too, the strain gauges will be glued over the aforementioned connecting lines of the mechanically deformable elements according to the usual standard methods. In order to simplify the placing of the strain gauges over the connecting lines, the surface on which they are applied can preferably extend over this connecting line. To this end, in an embodiment of the invention, the surrounding side and the target, at the level of the connecting line, a surface (18) which is at the same level as the surface of the mechanically deformable elements on which the strain gauges will be provided will be provided. The strain gauges are preferably applied to the surface which, when used, is oriented away from the carbon brush. As shown in figures 4 and 5, in a further embodiment, the surfaces that form part of the surrounding side and the target are both at the same height, ie they are all at the same height as the surface of the mechanically deformable elements on which the strain gauges to be applied. In this embodiment, the surrounding side (13), which is also provided with one or more strain gauges (2) at the level of the connecting line with the mechanically deformable elements, is transversally oriented. This embodiment is also characterized by the fact that the cutout (5) consists of a recess, more particularly a quadrangular recess; even a rectangular recess. Of course, other recesses are possible, such as the square recess (5) in the state of the art shown (Figure 1), a circular recess, a rectangular recess, and other similar shapes. Thus, in an embodiment of the present invention, the measurement sensor is characterized by the fact that the cutout is a recess, more particularly a quadrangular recess.

In een bijzondere uitvoeringsvorm wordt de meetsensor gekarakteriseerd door het feit dat de uitsnijding een vierhoekige; meer in het bijzonder een rechthoekige uitsparing is, waarin de target (4) middels twee mechanisch vervormbare elementen (3) is opgehangen en waarbij deze mechanisch vervormbare elementen aan hun verbindingslijn met de rest van de meetsensor door één of meerdere; in het bijzonder door twee, rekstrookjes overbrugd worden; meer in het bijzonder door het grid van deze één of meerdere, en in het bijzonder van deze twee meetstrookjes. In eerste instantie kan deze bijzondere uitvoeringsvorm verder gekarakteriseerd zijn door het feit dat de twee mechanisch vervormbare elementen in de meetsensor longitudinaal georiënteerd zijn. In tweede instantie kan deze bijzondere uitvoeringsvorm verder gekarakteriseerd zijn door het feit dat de verbindingslijnen door meerdere rekstrookjes overbrugd worden, waarbij deze rekstrookjes de verbindingslijn in meerdere richtingen overbruggen; in het bijzonder door twee rekstrookjes dewelke haaks op elkaar georiënteerd staan. Ook in deze tweede instantie wordt de verbindingslijn door de grid(s) (6) van de rekstrookjes overbrugd; meer in het bijzonder . In derde instantie kan deze bijzondere uitvoeringsvorm verder gekarakteriseerd zijn door het feit dat de omliggende zijde (13), dewelke ter hoogte van de verbindingslijn met de mechanisch vervormbare elementen tevens van één of meerder rekstrookjes voorzien zijn, transversaal georiënteerd zijn. In vierde instantie kan deze bijzondere uitvoeringsvorm verder gekarakteriseerd zijn door het feit dat de meetzone zich uitstrekt over de volledige lengte van de meetsensor. In zesde instantie kan deze bijzondere uitvoeringsvorm verder gekarakteriseerd zijn door het feit dat de meetsensor aan het vlak dat bij gebruik geen contact maakt met de sleepborstel, voorzien is van opstaande randen (12); in het bijzonder over de volledige lengte van de meetzone. Zoals duidelijk mag zijn uit de begeleidende afbeeldingen omvat een voorkeursvorm van de bijzondere uitvoeringsvorm elk van deze zes verdere karakteristieken. In zevende instantie kan deze bijzondere uitvoeringsvorm verder gekarakteriseerd zijn door het feit dat één of meerdere van de omliggende zijden (13) dewelke een meetstrookje bevatten, door een scheidingsuitsnijding (20) van de rest van de meetsensor gescheiden worden; in het bijzonder wordt één van de omliggende zijden (13) dewelke een meetstrookje bevatten, door een scheidingsuitsnijding (20) van de rest van de meetsensor gescheiden.In a special embodiment, the measurement sensor is characterized by the fact that the cut-out is a quadrangular; more in particular a rectangular recess, in which the target (4) is suspended by means of two mechanically deformable elements (3) and in which these mechanically deformable elements are connected to one or more of their measuring line with the rest of the measuring sensor; in particular be bridged by two strain gauges; more in particular through the grid of this one or more, and in particular of these two measuring strips. In the first instance, this special embodiment can be further characterized by the fact that the two mechanically deformable elements in the measuring sensor are oriented longitudinally. In the second instance, this special embodiment can be further characterized by the fact that the connecting lines are bridged by several strain gauges, wherein these strain gauges bridge the connection line in several directions; in particular by two strain gauges, which are perpendicular to each other. Also in this second instance the connecting line is bridged by the grid (s) (6) of the strain gauges; more particularly . In the third instance, this special embodiment can be further characterized by the fact that the surrounding side (13), which is also provided with one or more strain gauges at the level of the connecting line with the mechanically deformable elements, is transversally oriented. In the fourth instance, this special embodiment can be further characterized by the fact that the measuring zone extends over the full length of the measuring sensor. In the sixth instance, this special embodiment can be further characterized by the fact that the measuring sensor is provided with upright edges (12) on the surface which does not make contact with the drag brush during use; in particular over the full length of the measuring zone. As may be apparent from the accompanying images, a preferred form of the particular embodiment comprises each of these six further characteristics. In the seventh instance, this special embodiment can be further characterized by the fact that one or more of the surrounding sides (13), which contain a measuring strip, are separated from the rest of the measuring sensor by a separation cut-out (20); in particular, one of the surrounding sides (13), which contain a measuring strip, is separated from the rest of the measuring sensor by a separation cut-out (20).

De opstaande randen aan het oppervlak dat bij gebruik weg van de sleepborstel georiënteerd is, creëren in de meetzone een spatie onder de target waarin de vervorming van de mechanisch vervormbare elementen kan plaatsvinden. Door in de bijzondere uitvoeringsvorm deze opstaande randen over de volledige lengte van de meetsensor uit te strekken, krijgt men de mogelijkheid van de bekabeling in de meetsensor aan de onderzijde weg te werken. De rekstrookjes zijn via een korte kabel verbonden naar bijhorende elektronica waar het signaal wordt versterkt, gekalibreerd, gedigitaliseerd en dan draadloos doorgestuurd naar de pc. In vergelijking met de bestaande meetsensoren kan men middels de onderhavige vinding tot sensoren komen met een dikte kleiner dan 3 mm, in het bijzonder met een dikte tussen 1 en 3mm; meer in het bijzonder tussen 2mm en 3 mm; zelfs tussen 1mm en 2,5 mm (in de getoonde voorbeelden slechts 2,3 mm dik), waardoor er geen extra ruimte meer nodig is en deze altijd en rechtstreeks onder de borstel kunnen gebruikt worden. De sondes of meetsensoren volgens de onderhavige vinding leveren een zeer hoge gevoeligheid op van meer dan 5 mV/V waar 2mV/V de algemene standaard is. Hierdoor zijn deze sensoren niet alleen nauwkeurig (laten toe druk veranderingen van 1 gram te meten) maar ook heel solide en kunnen ze tot drukken van 10 Kg worden ingezet. Door het mechanisch vervormbaar meetgedeelte op een andere manier te benaderen, hebben we een meetsensor kunnen realiseren met voornoemde eigenschappen. Hoewel er op basis van meetfolies erg dunne sensoren bestaan, komen deze helemaal niet in aanmerking voor deze toepassing vanwege hun ongevoeligheid en onnauwkeurig herhalingspatroon.The raised edges on the surface which, when used, are oriented away from the drag brush, create a space under the target in the measuring zone in which the deformation of the mechanically deformable elements can take place. By extending these raised edges over the full length of the measuring sensor in the special embodiment, it is possible to eliminate the wiring in the measuring sensor on the underside. The strain gauges are connected via a short cable to associated electronics where the signal is amplified, calibrated, digitized and then transmitted wirelessly to the PC. In comparison with the existing measurement sensors, sensors can be obtained by means of the present invention with a thickness of less than 3 mm, in particular with a thickness between 1 and 3 mm; more in particular between 2 mm and 3 mm; even between 1 mm and 2.5 mm (in the examples shown only 2.3 mm thick), so that no extra space is needed anymore and these can always be used directly under the brush. The probes or measurement sensors according to the present invention provide a very high sensitivity of more than 5 mV / V where 2 mV / V is the general standard. This makes these sensors not only accurate (allow pressure changes of 1 gram to be measured) but also very solid and can be used up to pressures of 10 Kg. By approaching the mechanically deformable measuring section in a different way, we have been able to realize a measuring sensor with the aforementioned characteristics. Although there are very thin sensors based on measuring films, they do not qualify for this application at all because of their insensitivity and inaccurate repeat pattern.

Deze en andere aspecten van de onderhavige uitvinding zullen helder worden voor de vakman na het lezen van de volgende beschrijving van de geprefereerde uitvoeringsvorm en het bekijken van de bijhorende tekeningen.These and other aspects of the present invention will become apparent to those skilled in the art after reading the following description of the preferred embodiment and reviewing the accompanying drawings.

KORTE BESCHRIJVING VAN DE FIGURENBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES

Afbeelding. 1:Image. 1:

Sectie van een meetsensor (1) volgens de stand der techniek met aanduiding van de rekstrookjes (2) op de mechanisch vervormbare elementen (3) waarmee het target (4) in een uitsparing (5) van de meetsensor (1) is opgehangen. De meetstrookjes zijn enkel op de mechanisch vervormbare elementen gelegen en strekken zich enkel in de longitudinale richting uit over deze elementen.Section of a measuring sensor (1) according to the prior art with indication of the strain gauges (2) on the mechanically deformable elements (3) with which the target (4) is suspended in a recess (5) of the measuring sensor (1). The measuring strips are only located on the mechanically deformable elements and only extend over these elements in the longitudinal direction.

Afbeelding. 2:Image. 2:

Schematische afbeelding van rekstrookjes bruikbaar in de onderhavige vinding. A. Typisch rekstrookje bestaande uit een folie met daarop een grid (6) van een elektrisch geleidende materiaal. Aan één zijde voorzien van eindverbindingen (7) met soldeerpunten (8). Daarnaast is de folie voorzien van markeerpunten (9) dewelke toelaten de grid makkelijker te aligneren. Een dergelijk rekstrookje met een ééndimensionale rek in de longitudinale richting. B. Rozet oriëntatie van drie rekstrookjes om rek in meerder richtingen te kunnen detecteren. C. Membraanrekstrookje voor drukopnemers. De twee buitenste rekstrookjes (2a) meten de radiale rek, de twee binnenste (2b) de tangentiële rek. Niet alle interne aansluitingen voor de brug van Wheatstone zijn reeds gemaakt, zodat er desgewenst nog weerstandjes tussen geplaatst kunnen worden voor kalibratie en temperatuurcompensatie.Schematic representation of strain gauges usable in the present invention. A. Typical strain gauge consisting of a foil with a grid (6) of an electrically conductive material on top. Provided on one side with end connections (7) with soldering points (8). In addition, the foil is provided with marking points (9), which make it easier to align the grid. Such a strain gauge with a one-dimensional elongation in the longitudinal direction. B. Rosette orientation of three strain gauges to detect elongation in multiple directions. C. Membrane stretch strip for pressure sensors. The two outer strain gauges (2a) measure the radial strain, the two inner strain gauges (2b). Not all internal connections for the Wheatstone bridge have already been made, so that resistors can be placed between them for calibration and temperature compensation if desired.

Afbeelding 3:Figure 3:

Perspectief bovenaanzicht van een meetsensor (1) volgens de uitvinding, voorzien van een uitsnijding (uitsparing) (5) waarin een meetpunt (target) (4) middels twee mechanisch vervormbare elementen (3) is opgehangen. De target is tevens voorzien van een uitstekend draagpunt (10) waarop de borstel bij meeting rust.Perspective top view of a measuring sensor (1) according to the invention, provided with a cut-out (recess) (5) in which a measuring point (target) (4) is suspended by means of two mechanically deformable elements (3). The target is also provided with an excellent bearing point (10) on which the brush rests during a meeting.

Afbeelding 4:Figure 4:

Perspectief onderaanzicht van een meetsensor (1) volgens de uitvinding, voorzien van een meetzone (11) met uitsnijding (uitsparing) (5). Per vervormbaar element zijn er in deze uitvoeringsvorm twee rekstrookjes (2) per mechanisch vervormbaar element, waarvan de meetgrids (6) haaks ten overstaande van elkaar zijn georiënteerd. Tevens zichtbaar zijn de opstaande longitudinale randen (12) die zich over de volledige lengte van de meetsensor uitstrekken.Bottom perspective view of a measuring sensor (1) according to the invention, provided with a measuring zone (11) with cut-out (recess) (5). In this embodiment, there are two strain gauges (2) per mechanically deformable element per mechanically deformable element, the measuring grids (6) of which are oriented at right angles to each other. Also visible are the upstanding longitudinal edges (12) which extend over the full length of the measuring sensor.

Afbeelding 5:Figure 5:

Detail onderaanzicht van een meetsensor (1) volgens de uitvinding, met aanduiden van de verbindingslijn (AA) tussen een mechanisch vervormbaar element (3) en een omliggende zijde (13) van de uitsnijding (5). Zoals blijkt uit deze afbeelding overbrugt één van deze rekstrookjes de verbindingslijn (AA), en ligt het andere rekstrookje aan tegen de verbindinslijn, maar in tegenstelling tot de stand der techniek, op de omliggende zijde (13).Detail bottom view of a measuring sensor (1) according to the invention, with indication of the connection line (AA) between a mechanically deformable element (3) and a surrounding side (13) of the cut-out (5). As can be seen from this illustration, one of these strain gauges bridges the connecting line (AA), and the other strain gauges abuts the connecting line, but in contrast to the prior art, on the surrounding side (13).

Afbeelding 6:Figure 6:

Zijaanzicht van een meetsensor (1) bij plaatsing tussen een koolborstel (14) en collector (15). Afbeelding 7:Side view of a measuring sensor (1) when placed between a carbon brush (14) and collector (15). Figure 7:

Perspectief bovenaanzicht van een meetsensor (1) volgens de uitvinding, voorzien van een scheidingsuitsnijding (20) de zich over de breedte (lijnstuk B-B) tussen de twee longitudinaal aanliggende zijden (13-L) uitstrekt. Deze meetsensor is buiten de meetzone (11) tevens voorzien van een kabelhouder (19), waardoor de totale dikte op deze plaats meer dan 4mm is.Perspective top view of a measuring sensor (1) according to the invention, provided with a separation cutout (20) that extends across the width (line section B-B) between the two longitudinally abutting sides (13-L). This measuring sensor is also provided with a cable holder (19) outside the measuring zone (11), so that the total thickness at this location is more than 4 mm.

Claims

A measuring sensor (1) which comprises a measuring zone (11) provided with a cut-out (5) and surrounding sides (13) in which a target (4) is suspended by means of one or more mechanically deformable elements (3), characterized in that the measuring zone has a total thickness which is less than or equal to 4 mm, and wherein at least one of the mechanically deformable elements is provided with one or more strain gauges (2) of which the grid (s) (6) has a connecting line (AA) of the mechanically deformable element to the surrounding side (13), and wherein the deformable elements (3) are thinner than the surrounding side (13) to which they are connected.

A measurement sensor according to claim 1, wherein the width of the deformable elements (3) is equal to the width of the side of the target to which they are connected.

A measurement sensor according to claim 1, wherein the connecting line corresponds to the connecting line between the mechanically deformable element and the target.

A measuring sensor according to any one of the preceding claims, wherein the one or more strain gauges bridge the connecting line between the mechanically deformable element and a surrounding side of the cut-out, and the connecting line between the mechanically deformable element and the target.

A measuring sensor according to any one of the preceding claims, wherein a connecting line of the mechanically deformable element with the rest of the measuring sensor is bridged by two strain gauges.

A measuring sensor according to claim 5, wherein the strain gauges are oriented at right angles to each other.

A measuring sensor according to any one of the preceding claims, wherein the grid (6) of the one or more strain gauges are located for a maximum of 1/2 on the mechanically deformable element; in particular for a maximum of 1/3 on the mechanically deformable element.

A measuring sensor according to any one of the preceding claims, wherein the plane of the mechanically deformable element which contains the one or more strain gauges is at the same height at the connecting line with an adjacent plane (18) that forms part of the rest of the measuring sensor.

A measurement sensor according to claim 8, wherein the abutting surface forms part of a surrounding side of the cut-out.

A measurement sensor according to claim 8, wherein the adjacent surface forms part of the target.

A measuring sensor according to claims 9 and 10, wherein the abutting surface that is part of the surrounding side of the cut-out and the abutting surface that is part of the target are at the same height.

A measuring sensor according to any one of the preceding claims, wherein the target (4) on the surface that makes contact with the brush is provided with a relief element (10) protruding above the surrounding sides of the cut-out.

A measurement sensor according to claim 12, wherein the relief element projects only 2/3 to 1/10 of the total height of the surrounding sides.

A measuring sensor according to any one of the preceding claims, wherein the cut-out consists of a recess; more in particular a quadrangular recess.

A measuring sensor according to claim 13, wherein the target is suspended in the recess by means of two mechanically deformable elements.

A measuring sensor according to claims 12 or 13, wherein the connecting lines between the mechanically deformable element and the surrounding sides of the recess are bridged by the grid of one or more strain gauges.

A measuring sensor according to claim 16, wherein the connecting lines between the mechanically deformable element and the surrounding sides of the recess through two measuring grids (6); in particular of two strain gauges, which are bridged at right angles to each other.

A measuring sensor according to claims 16 or 17, wherein the surrounding sides are transversely oriented.

A measuring sensor as claimed in any one of claims 15 to 18, wherein the adjacent surfaces that form part of the surrounding sides are situated at the same height.

A measuring sensor according to any one of the preceding claims, wherein the measuring sensor is provided with one or more separation cut-outs (20).

A measuring sensor according to any one of the preceding claims, wherein the measuring sensor is provided with raised edges (12) on the plane that does not contact the brush on the longitudinal sides.

A measuring sensor according to any one of the preceding claims, wherein the measuring zone extends over the entire surface of the measuring sensor.

A measuring sensor according to any one of the preceding claims, wherein the measuring sensor has a total thickness that is smaller than or equal to 4 mm.

A measuring sensor according to any one of the preceding claims, wherein it is made of metal; in particular from aluminum.