專(zhuān)利名稱(chēng)：附著式測(cè)力傳感器的制作方法
附著式測(cè)力傳感器
技術(shù)領(lǐng)塽
本發(fā)明涉及一種測(cè)力傳感器，尤其是一種利用附著同步變形的原 理將被測(cè)構(gòu)件的受力變形轉(zhuǎn)換成傳感器的變形，從而間接的測(cè)試構(gòu)件 的受力情況的測(cè)力傳感器。
背景技術(shù)：
目前，構(gòu)件的承載測(cè)試需要在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行，須在受力構(gòu)件上進(jìn)行 打磨、清洗、貼應(yīng)變片以及組橋等工作，構(gòu)件的承載現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試非常復(fù) 雜，而且許多構(gòu)件無(wú)法安裝常規(guī)傳感器進(jìn)行測(cè)試。現(xiàn)場(chǎng)貼應(yīng)變片帶來(lái) 的測(cè)試誤差大，另外，模擬標(biāo)定及相似轉(zhuǎn)換時(shí)會(huì)帶來(lái)的誤差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是要提供一種附著式測(cè)力傳感器，該該傳感器通過(guò)不同 的應(yīng)變片的粘貼與組橋方式進(jìn)行拉、壓力和彎曲力的測(cè)試，使得測(cè)試 范圍更加廣泛，并可大大降低扭矩測(cè)試的現(xiàn)場(chǎng)工作，使得現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試更 容易進(jìn)行，而且具有測(cè)試精度高等特點(diǎn)。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是 一種附著式測(cè)力傳感 器。其特點(diǎn)是彈性體主梁兩端設(shè)有左、右安裝端，中間開(kāi)有結(jié)構(gòu)孔， 結(jié)構(gòu)孔中間設(shè)有應(yīng)變梁，且彈性體主梁，左、右安裝端，應(yīng)變梁均為 軸線對(duì)稱(chēng)的矩形結(jié)構(gòu)，左、右安裝端中間分別開(kāi)有第一，二安裝孔； 結(jié)構(gòu)孔、應(yīng)變梁、第一，二安裝孔位于同一軸線上；應(yīng)變梁上、下二
4個(gè)面上分別粘貼電阻應(yīng)變片。
左、右安裝端的矩形結(jié)構(gòu)寬度B =10-50 mm,厚度H-B/(2-3)， 長(zhǎng)度L二B，外端面至安裝孔中心位置距離L^L/2。
彈性體主梁的矩形結(jié)構(gòu)寬度( 2 / 3 ) (3 / 4 ) B,厚 度H產(chǎn)(1 / 2 ) (1 / 3 ) H，長(zhǎng)度L產(chǎn)(3-8) B，端面至結(jié)構(gòu)孔 中心位置距離L^IV2。應(yīng)變梁寬度b= 4 6 mm;結(jié)構(gòu)孔0)2= (2 / 3 ) (3 / 4 ) B1o
當(dāng)測(cè)試?yán)?、壓載荷時(shí)，應(yīng)變梁上、下二個(gè)面中的A面上粘貼第一 電阻應(yīng)變片Rl和第二電阻應(yīng)變片R2，并垂直布置；B面上粘貼第三 電阻應(yīng)變片R3和第四電阻應(yīng)變片R4，并垂直布置。
當(dāng)測(cè)試彎曲載荷時(shí)，應(yīng)變梁上、下二個(gè)面中的A面粘貼第一電阻 應(yīng)變片Rl和第三電阻應(yīng)變片R3，并平行布置；B面上粘貼第二電阻 應(yīng)變片R2和第四電阻應(yīng)變片R4，并平行布置。
本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明利用附著同步變形的原理將被測(cè)構(gòu) 件的受力變形轉(zhuǎn)換成傳感器的變形，從而間接的測(cè)試構(gòu)件的受力情 況。本發(fā)明具有以下特點(diǎn)
(1) 利用結(jié)構(gòu)孔與應(yīng)變梁的特殊結(jié)構(gòu)將傳感器的主要變形集中在 應(yīng)變梁上，其應(yīng)力水平要高于傳感器其它部位。并在應(yīng)變片的貼 片位置具有均勻的應(yīng)力狀態(tài)。
(2) 該傳感器通過(guò)不同的應(yīng)變片的粘貼與組橋方式可以進(jìn)行拉、壓 力和彎曲力的測(cè)試，使得測(cè)試范圍更加廣泛。
(3) 大大降低了構(gòu)件的承載測(cè)試的現(xiàn)場(chǎng)工作，無(wú)須在受力構(gòu)件上進(jìn)行打磨、清洗、貼應(yīng)變片以及組橋等工作，使得現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試更容易 進(jìn)行。
(4) 傳感器可以標(biāo)準(zhǔn)化制作。避免了現(xiàn)場(chǎng)貼應(yīng)變片使帶來(lái)的測(cè)試誤 差。
(5) 解決了許多構(gòu)件因無(wú)法安裝常規(guī)傳感器進(jìn)行測(cè)試的技術(shù)難題。
(6) 傳感器的標(biāo)定工作可以標(biāo)準(zhǔn)化?，F(xiàn)在的傳感器標(biāo)定只需對(duì)傳感 器加上標(biāo)準(zhǔn)載荷相應(yīng)得到其輸出值即可，使得測(cè)試精度大大提高。改 進(jìn)了由原來(lái)模擬標(biāo)定及相似轉(zhuǎn)換時(shí)帶來(lái)的誤差。
(7) 傳感器的現(xiàn)場(chǎng)安裝簡(jiǎn)易方便。


圖1是構(gòu)件在P力作用下產(chǎn)生變形前的示意圖2是構(gòu)件在P力作用下產(chǎn)生變形后的示意圖3是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)立體示意圖4是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)主視圖5是圖4的俯視圖6是應(yīng)變梁上、下A面和B面示意圖7是拉、壓載荷應(yīng)變片布置示意圖8是彎曲載荷應(yīng)變片布置示意圖9是測(cè)試電路(電橋)原理圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。 本發(fā)明利用附著同步變形的原理將被測(cè)構(gòu)件的受力變形轉(zhuǎn)換成傳感器的變形，從而間接的測(cè)試構(gòu)件的受力情況。工作原理如圖l， 2所示根據(jù)力學(xué)原理可以知道在P力的作用下構(gòu)件產(chǎn)生變形，其變 形量為AL。其值為
△ L= (PXL) / (EXF)
AL——在力作用下的變形量 P——作用力
L——構(gòu)件某部位原始長(zhǎng)度
E——構(gòu)件材料的彈性模量
F——構(gòu)件承受P載荷的截面 由于傳感器與構(gòu)件同步變形，所以傳感器的變形量與構(gòu)件一致。艮P: AL/二 (P、L1) / (^XF1)
P——作用力
L1——傳感器工作長(zhǎng)度
E1——傳感器的彈性模量
F1——傳感器承受P載荷的截面 由方程轉(zhuǎn)換可以得到 (PXL) / (EXF) = (P、L1) / (EXF1) VP/F二 o同時(shí)構(gòu)件與傳感器彈性體的E相同 ...o 1 =o XL/ L1
即傳感器的應(yīng)力值將被放大L/ i;倍。
如圖3至圖5所示，本發(fā)明的附著式測(cè)力傳感器，包括彈性體 主梁l，左、右安裝端2， 3。該傳感器采用常用的傳感器彈性元件的
7材料。彈性體主梁l兩端有左、右安裝端2， 3,中間開(kāi)有結(jié)構(gòu)孔①2， 結(jié)構(gòu)孔①2中間設(shè)有應(yīng)變梁4，且彈性體主梁l，左、右安裝端2， 3, 應(yīng)變梁4均為軸線對(duì)稱(chēng)的矩形結(jié)構(gòu)，左、右安裝端l， 2中間分別開(kāi) 有第一，二安裝孔O,、 cD3;結(jié)構(gòu)孔0>2、應(yīng)變梁、第一，二安裝孔O u①3位于同一軸線上。
左、右安裝端2， 3軸線對(duì)稱(chēng)。左、右安裝端2， 3結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)。與 測(cè)試構(gòu)件連接部位用螺栓與測(cè)試構(gòu)件連。當(dāng)結(jié)構(gòu)件不允許打安裝螺紋 孔時(shí)也可以用粘結(jié)劑粘結(jié)。左、右安裝端2， 3的矩形結(jié)構(gòu)寬度B =10-50 mra，厚度H二B/(2-3)，長(zhǎng)度L=B,外端面至安裝孔中心位置 距離K/2。
彈性體主梁1的矩形結(jié)構(gòu)寬度B產(chǎn)(2 / 3 ) - ( 3 / 4 ) B，厚 度H產(chǎn)(1 / 2 ) - ( 1 / 3 ) H，長(zhǎng)度L產(chǎn)(3-8) B, 端面至結(jié)構(gòu)孔 。2中心位置距離"=IV2。
應(yīng)變梁4寬度b二4 6mm;結(jié)構(gòu)孔0)2= (2 / 3) (3 / 4) Bi利用結(jié)構(gòu)孔①2實(shí)現(xiàn)將主要變形集中在應(yīng)變梁4上，并使應(yīng)變梁4 有較高的應(yīng)力狀態(tài)，圓形孔的設(shè)計(jì)使得應(yīng)變梁4的中間(貼應(yīng)變片的 位置)應(yīng)力狀態(tài)均勻。
應(yīng)變梁4一傳感器彈性體應(yīng)變梁。在整個(gè)傳感器的結(jié)構(gòu)中其受 力截面遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其它部位的受力截面，將承受傳感器的變形。如圖6 所示，在應(yīng)變梁的上、下A面和B面上粘貼電阻應(yīng)變片。
如圖7所示，當(dāng)測(cè)試?yán)?、壓載荷時(shí)，應(yīng)變梁4上、下二個(gè)面中的 A面上粘貼第一電阻應(yīng)變片Rl和第二電阻應(yīng)變片R2，并垂直布置；B面上粘貼第三電阻應(yīng)變片R3和第四電阻應(yīng)變片R4，并垂直布置； 所述第一電阻應(yīng)變片(Rl)與第三電阻應(yīng)變片(R3)方向相同，第二 電阻應(yīng)變片(R2)與第四電阻應(yīng)變片(R4)方向相同)。
如圖8所示，當(dāng)測(cè)試彎曲載荷時(shí)，應(yīng)變梁4上、下二個(gè)面中的A 面粘貼第一電阻應(yīng)變片Rl和第三電阻應(yīng)變片R3，并與軸線平行布置； B面上粘貼第二電阻應(yīng)變片R2和第四電阻應(yīng)變片R4，并與軸線平行 布置。
如圖9所示，第一電阻應(yīng)變片Rl和第二電阻應(yīng)變片R2串聯(lián)連接 后與第三電阻應(yīng)變片R3和第四電阻應(yīng)變片R4串聯(lián)連接后并聯(lián)連接。 本發(fā)明的附著式測(cè)力傳感器工作原理
傳感器用螺栓或粘結(jié)等方式附著在受力構(gòu)件上。當(dāng)受力構(gòu)件在 載荷作用下產(chǎn)生變形時(shí)，傳感器隨著一起變形。由于傳感器的應(yīng)變梁 處的截面遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其它截面，所以認(rèn)為傳感器的變形集中在應(yīng)變梁 處，因此o1 = o XL/ i;公式成立。該傳感器不僅能測(cè)試構(gòu)件的受載 情況，還具有應(yīng)力的放大作用。
權(quán)利要求
1.一種附著式測(cè)力傳感器，包括彈性體主梁，其特征在于所述彈性體主梁(1)兩端設(shè)有左、右安裝端(2，3)，中間開(kāi)有結(jié)構(gòu)孔(Φ2)，結(jié)構(gòu)孔(Φ2)中間設(shè)有應(yīng)變梁(4)，且彈性體主梁(1)，左、右安裝端(2，3)，應(yīng)變梁(4)均為軸線對(duì)稱(chēng)的矩形結(jié)構(gòu)，左、右安裝端(2，3)中間分別開(kāi)有第一，二安裝孔(Φ1、Φ3)；結(jié)構(gòu)孔(Φ2)、應(yīng)變梁(4)、第一、二安裝孔(Φ1、Φ3)位于同一軸線上；應(yīng)變梁(4)上、下二個(gè)面(A，B)上分別粘貼電阻應(yīng)變片。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的附著式測(cè)力傳感器，其特征在于所述左、 右安裝端(2， 3)的矩形結(jié)構(gòu)寬度B =10-50 mm，厚度^B/(2-3)， 長(zhǎng)度1^B，外端面至安裝孔中心位置距離L^L/2。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的附著式測(cè)力傳感器，其特征在于所述彈 性體主梁(1)的矩形結(jié)構(gòu)寬度B產(chǎn)(2 / 3 ) (3 / 4 ) B，厚度 H產(chǎn)(1 / 2 ) (1 / 3 ) H，長(zhǎng)度L產(chǎn)(3-8) B， 端面至結(jié)構(gòu)孔(cD2)中心位置距離"=IV2。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的附著式測(cè)力傳感器，其特征在于所述應(yīng) 變梁(4)寬度b二4 6mm;結(jié)構(gòu)孔0>2= ( 2 / 3 ) (3 / 4 ) B"
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的附著式測(cè)力傳感器，其特征在于當(dāng)測(cè)試 拉、壓載荷時(shí)，所述應(yīng)變梁(4)上、下二個(gè)面中的A面上粘貼第一 電阻應(yīng)變片(Rl)和第二電阻應(yīng)變片(R2)，并垂直布置；B面上粘 貼第三電阻應(yīng)變片(R3)和第四電阻應(yīng)變片(R4)，并垂直布置；所述第一電阻應(yīng)變片(Rl)與第三電阻應(yīng)變片(R3)方向相同，第二電 阻應(yīng)變片(R2)與第四電阻應(yīng)變片(R4)方向相同)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的附著式測(cè)力傳感器，其特征在于當(dāng)測(cè)試 彎曲載荷時(shí)，所述應(yīng)變梁(4)上、下二個(gè)面中的A面粘貼第一電阻 應(yīng)變片(Rl)和第三電阻應(yīng)變片(R3)，并與軸線平行布置；B面上 粘貼第二電阻應(yīng)變片(R2)和第四電阻應(yīng)變片(R4)，并與軸線平行
全文摘要
本發(fā)明涉及一種附著式測(cè)力傳感器，包括彈性體主梁，彈性體主梁兩端設(shè)有左、右安裝端，中間開(kāi)有結(jié)構(gòu)孔，結(jié)構(gòu)孔中間設(shè)有應(yīng)變梁，且彈性體主梁，左、右安裝端，應(yīng)變梁均為軸線對(duì)稱(chēng)的矩形結(jié)構(gòu)，左、右安裝端中間分別開(kāi)有第一，二安裝孔；結(jié)構(gòu)孔、應(yīng)變梁、第一、二安裝孔位于同一軸線上；應(yīng)變梁上、下二個(gè)面上分別粘貼電阻應(yīng)變片。本發(fā)明利用附著同步變形的原理將被測(cè)構(gòu)件的受力變形轉(zhuǎn)換成傳感器的變形，從而間接的測(cè)試構(gòu)件的受力情況，解決了許多構(gòu)件因無(wú)法安裝常規(guī)傳感器進(jìn)行測(cè)試的技術(shù)難題。傳感器標(biāo)定只需對(duì)傳感器彈性體加上標(biāo)準(zhǔn)載荷相應(yīng)得到其輸出值即可，使得測(cè)試精度大大提高。改進(jìn)了由原來(lái)模擬標(biāo)定及相似轉(zhuǎn)換時(shí)帶來(lái)的誤差。
文檔編號(hào)G01L1/20GK101603865SQ20091005498
公開(kāi)日2009年12月16日 申請(qǐng)日期2009年7月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月17日
發(fā)明者夏蔭陪, 沈旭棟, 鋼 石, 胡颯英, 金澤敏, 陳欣晶 申請(qǐng)人:上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院