專利名稱：一種高拉扭比的拉扭復(fù)合式傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及傳感器，具體指一種高軸向載荷小扭矩(即高拉扭比)的拉扭復(fù)合式
傳感器，屬于測試技術(shù)及傳感器領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
拉扭復(fù)合加載時材料的特性研究在工程以及科研領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。在通常的 實驗中，往往采用既能測量拉力值，又能測量扭矩值的拉扭復(fù)合式傳感器。拉扭復(fù)合式傳感 器的測量原理拉力值和扭矩值的測量是通過測量應(yīng)變片的變形來實現(xiàn)的，應(yīng)變片粘貼在 彈性體上，彈性體和基座為一個連接的整體。在進(jìn)行拉扭復(fù)合式試驗時，被測試件與基座通 過螺紋孔固定，施加給試樣的拉力和扭矩作用于傳感器彈性體上時，由應(yīng)變片感知和輸出 變形量的大小，輸出的拉力和扭矩與試樣實際受到的拉力和扭矩為正比關(guān)系，由此來測量 試樣受到的拉力和扭矩。 一般情況下，這種拉扭復(fù)合式傳感器所能夠感受的拉力和扭矩值 通常在一個數(shù)量級上，這種傳感器在測量一些小橫向尺寸的拉扭復(fù)合加載值時，就會存在 拉扭復(fù)合式傳感器在扭轉(zhuǎn)方向上彈性體過于剛硬，彈性體在扭矩作用下應(yīng)變過小，幾乎無 法測量到扭矩，從而造成扭矩的測量誤差顯著的增大以至于根本無法測量，影響拉扭復(fù)合 加載實驗的進(jìn)行。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本發(fā)明的目的是提供一種能夠測量高軸向載荷小 扭矩(即高拉扭比)的拉扭復(fù)合式傳感器，本傳感器具有測量精度高、結(jié)構(gòu)簡單、制造方便 的特點。 本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的一種高拉扭比的拉扭復(fù)合式傳感器，包括上連接基 座和下連接基座，在上連接基座和下連接基座中心設(shè)有連接圓孔。在上連接基座和下連接 基座之間設(shè)有至少三副尺寸完全一致的能夠同時同大小地感受到拉伸和扭轉(zhuǎn)變形的彈性 同感體，彈性同感體繞連接圓孔等角度分布。所述彈性同感體為片狀結(jié)構(gòu)，彈性同感體中段 比上下兩段厚，每一片彈性同感體寬度延長線通過連接圓孔的圓心；在彈性同感體中段粘 貼有測量軸向載荷的拉力應(yīng)變片，在彈性同感體端部粘貼有測量扭矩的扭矩應(yīng)變片，拉力 應(yīng)變片和扭矩應(yīng)變片均沿彈性同感體長度方向設(shè)置。 拉力應(yīng)變片的設(shè)置方案所述彈性同感體中段中心沿厚度方向設(shè)有橫向圓孔，每 片彈性同感體對應(yīng)的拉力應(yīng)變片有兩片，其中一片拉力應(yīng)變片粘貼在橫向圓孔內(nèi)壁最小橫 截面處(橫向圓孔左右兩側(cè)中的一側(cè))中部，另一片拉力應(yīng)變片粘貼在與橫向圓孔內(nèi)的拉 力應(yīng)變片同側(cè)的彈性同感體長厚面中部，兩拉力應(yīng)變片高度一致。 扭矩應(yīng)變片的設(shè)置方案每片彈性同感體對應(yīng)的扭矩應(yīng)變片有兩片，其中一片扭 矩應(yīng)變片粘貼在彈性同感體長寬面一端中部，另一片扭矩應(yīng)變片對稱地粘貼在該長寬面另 一端或該長寬面背面。 所述彈性同感體上下兩厚薄交界處左右兩側(cè)均設(shè)有改變應(yīng)變分布形式的相同的輔助切口。 所有彈性同感體上粘貼的拉力應(yīng)變片和扭矩應(yīng)變片位置完全一致。所述上連接基 座、下連接基座和所有彈性同感體一體加工成型。這樣可以充分保證所有彈性同感體能夠 同時同大小地感受到拉伸和扭轉(zhuǎn)的變形，而所有對應(yīng)的拉力應(yīng)變片或扭矩應(yīng)變片的輸出一 致。 本拉扭復(fù)合式傳感器能夠測量出高軸向載荷小扭矩的拉扭復(fù)合式載荷，其測量精 度高，結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，性能穩(wěn)定可靠。


圖1為本發(fā)明一種實施方式主視圖； 圖2為圖1的俯視圖； 圖3為本發(fā)明另一種實施方式主視圖。 其中，l-上連接基座；2-下連接基座；3-連接圓孔；4-彈性同感體；5-輔助切口 ； 6-拉力應(yīng)變片；7-扭矩應(yīng)變片；8-橫向圓孔；9-彈性同感體長厚面；10_彈性同感體長寬面。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。 參見圖l和圖2，從圖上可以看出，本發(fā)明高拉扭比的拉扭復(fù)合式傳感器，包括上 連接基座1和下連接基座2，上連接基座和下連接基座為圓形基座，在上連接基座1和下連 接基座2中心設(shè)有連接圓孔3，兩連接圓孔同心設(shè)置。在上連接基座1和下連接基座2之間 設(shè)有至少三副(一個實施例為四副)尺寸完全一致的能夠同時同大小地感受到拉伸和扭轉(zhuǎn) 變形的彈性同感體4，彈性同感體4繞連接圓孔3等角度分布。彈性同感體為現(xiàn)有技術(shù)，在 現(xiàn)有的拉扭復(fù)合式傳感器中也涉及到，本發(fā)明選用鋁合金。所述彈性同感體4為片狀結(jié)構(gòu)， 按厚度狀況彈性同感體可以分為上中下三段，上下兩段厚度一樣，中間段厚度較厚，即彈性 同感體的中段比上下兩段厚。在彈性同感體4上段與中段厚薄交界處和下段與中段厚薄交 界處的左右兩側(cè)均設(shè)有相同的輔助切口 5，即一個彈性同感體4設(shè)有四個輔助切口 5，輔助 切口5用來改變應(yīng)變分布形式。每一片彈性同感體寬度延長線通過連接圓孔的圓心。在彈 性同感體4中段粘貼有測量軸向載荷的拉力應(yīng)變片6，在彈性同感體4端部粘貼有測量扭矩 的扭矩應(yīng)變片7，拉力應(yīng)變片6和扭矩應(yīng)變片7均沿彈性同感體4長度方向設(shè)置。這樣通過 拉力應(yīng)變片的變形，用來測量加載時軸向載荷的大小，通過扭矩應(yīng)變片的變形，用來測量加 載時扭矩的大小。 本發(fā)明測量拉力的中段較厚，可以承受較大的拉力，而測量扭轉(zhuǎn)的上下兩段較薄， 即使施加比較小的扭矩也在這兩段有體現(xiàn)，因此可以測量大拉力小扭矩(即高拉扭比)這 種施力情況。 拉力應(yīng)變片6的設(shè)置方案每片彈性同感體4對應(yīng)的拉力應(yīng)變片6有兩片。在彈 性同感體4中段正中心沿厚度方向設(shè)有橫向圓孔8，其中一片拉力應(yīng)變片6粘貼在橫向圓 孔8內(nèi)壁最小橫截面處(橫向圓孔水平直徑兩端中的一端均屬于最小橫截面，實際粘貼在 橫向圓孔左右兩側(cè)內(nèi)壁中的一側(cè))中部，另一片拉力應(yīng)變片6粘貼在與橫向圓孔內(nèi)的拉力應(yīng)變片同側(cè)的彈性同感體長厚面9中部，兩拉力應(yīng)變片6高度一致。拉力應(yīng)變片有兩種粘 貼方式靠近中心側(cè)(見圖1)或遠(yuǎn)離中心側(cè)(見圖3)。 扭矩應(yīng)變片7的設(shè)置方案每片彈性同感體4對應(yīng)的扭矩應(yīng)變片7有兩片，其中一 片扭矩應(yīng)變片7粘貼在彈性同感體長寬面10 —端中部，另一片扭矩應(yīng)變片7對稱地粘貼在 該長寬面10另一端或該長寬面背面。即扭矩應(yīng)變片也有兩種粘貼方式對稱地位于彈性同 感體同一個長寬面上下兩端，見圖1 ;對稱地位于彈性同感體兩個長寬面的上端(見圖3) 或下端。 本發(fā)明中長寬面和長厚面是這樣定義的在一個長方體六個面中，能夠同時反映 長度尺寸和寬度尺寸的面為長寬面，能夠同時反映長度尺寸和厚度尺寸的面為長厚面。本 發(fā)明每片彈性同感體上的兩扭矩應(yīng)變片都粘貼在長寬面上，拉力應(yīng)變片其中一片粘貼在長 厚面上。 為了最大程度地從結(jié)構(gòu)上保證所有彈性同感體能夠同時同大小地感受到拉伸和 扭轉(zhuǎn)的變形，本發(fā)明上連接基座1、下連接基座2和所有彈性同感體4一體加工成型，即在一 塊彈性基體(如鋁合金錠)上通過切削等加工方式直接加工出上連接基座、下連接基座和 所有彈性同感體。同時為了使所有對應(yīng)的拉力應(yīng)變片或扭矩應(yīng)變片的輸出一致，本發(fā)明所 有彈性同感體4上粘貼的拉力應(yīng)變片6和扭矩應(yīng)變片7位置和方向完全一致，即所有的拉 力應(yīng)變片要么都靠近中心側(cè)，要么都遠(yuǎn)離中心側(cè)；所有的扭矩應(yīng)變片要么都對稱地位于彈 性同感體長寬面上下兩端，且相鄰兩彈性同感體上粘貼扭矩應(yīng)變片的面不相對；要么都對 稱地位于彈性同感體兩個長寬面的上端或下端，如果是上端，都是上端；如果是下端，都是 下端。 本拉扭復(fù)合式傳感器的測量方法和原理將需要測量的試樣固定在其中一個基座 上，然后將另一個基座固定在試驗機底座上，給需要測量的試樣同時施加拉力和扭矩，此拉 力和扭矩同時加載在彈性同感體上，彈性同感體被拉伸和扭轉(zhuǎn)的同時，粘貼于其上的應(yīng)變 片也產(chǎn)生相應(yīng)的變形，并可以被電橋電路所測量，應(yīng)變片的變形量大小與被測試樣的拉伸 和扭轉(zhuǎn)存在正比關(guān)系，因此可以得到試樣的拉伸和扭轉(zhuǎn)力的大小。
權(quán)利要求
一種高拉扭比的拉扭復(fù)合式傳感器，包括上連接基座(1)和下連接基座(2)，在上連接基座(1)和下連接基座(2)中心設(shè)有連接圓孔(3)，在上連接基座(1)和下連接基座(2)之間設(shè)有至少三副尺寸完全一致的能夠同時同大小地感受到拉伸和扭轉(zhuǎn)變形的彈性同感體(4)，彈性同感體(4)繞連接圓孔(3)等角度分布，其特征在于所述彈性同感體(4)為片狀結(jié)構(gòu)，彈性同感體中段比上下兩段厚，每一片彈性同感體(4)寬度延長線通過連接圓孔(3)的圓心；在彈性同感體(4)中段粘貼有測量軸向載荷的拉力應(yīng)變片(6)，在彈性同感體(4)端部粘貼有測量扭矩的扭矩應(yīng)變片(7)，拉力應(yīng)變片(6)和扭矩應(yīng)變片(7)均沿彈性同感體(4)長度方向設(shè)置。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高拉扭比的拉扭復(fù)合式傳感器，其特征在于所述彈性同感 體(4)中段中心沿厚度方向設(shè)有橫向圓孔(8)，每片彈性同感體對應(yīng)的拉力應(yīng)變片(6)有兩 片，其中一片拉力應(yīng)變片粘貼在橫向圓孔內(nèi)壁最小橫截面處中部，另一片拉力應(yīng)變片粘貼 在與橫向圓孔內(nèi)的拉力應(yīng)變片同側(cè)的彈性同感體長厚面(9)中部，兩拉力應(yīng)變片(6)高度 一致。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高拉扭比的拉扭復(fù)合式傳感器，其特征在于每片彈性同感體對應(yīng)的扭矩應(yīng)變片(7)有兩片，其中一片扭矩應(yīng)變片粘貼在彈性同感體長寬面(10) 一端中部，另一片扭矩應(yīng)變片對稱地粘貼在該長寬面另一端或該長寬面背面。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的高拉扭比的拉扭復(fù)合式傳感器，其特征在于所有彈性同感 體上粘貼的拉力應(yīng)變片(6)和扭矩應(yīng)變片(7)位置完全一致。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2或4所述的高拉扭比的拉扭復(fù)合式傳感器，其特征在于所述 彈性同感體(4)上下兩厚薄交界處左右兩側(cè)均設(shè)有改變應(yīng)變分布形式的相同的輔助切口 (5)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的高拉扭比的拉扭復(fù)合式傳感器，其特征在于所述上連接基 座(1)、下連接基座(2)和所有彈性同感體一體加工成型。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高拉扭比的拉扭復(fù)合式傳感器，包括上連接基座和下連接基座，在上連接基座和下連接基座中心設(shè)有連接圓孔。在上連接基座和下連接基座之間設(shè)有至少三副尺寸完全一致的能夠同時同大小地感受到拉伸和扭轉(zhuǎn)變形的彈性同感體，彈性同感體繞連接圓孔等角度分布。彈性同感體為片狀結(jié)構(gòu)，彈性同感體中段比上下兩段厚；在彈性同感體中段粘貼有測量軸向載荷的拉力應(yīng)變片，在彈性同感體端部粘貼有測量扭矩的扭矩應(yīng)變片。本拉扭復(fù)合式傳感器能夠測量出高軸向載荷小扭矩的拉扭復(fù)合式載荷，其測量精度高，結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，性能穩(wěn)定可靠。
文檔編號G01N3/22GK101701856SQ20091019166
公開日2010年5月5日 申請日期2009年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月30日
發(fā)明者唐亮, 彭向和, 楊昌棋, 馬希欽, 龍血松 申請人:重慶大學(xué)