CN103353365A - 一种点接触柱销式测力传感器 - Google Patents

Abstract

一种点接触柱销式测力传感器，涉及测量机械结构接头载荷的传感器的技术领域。本发明销体轴向上依次布置三个鼓形凸台,相邻两个鼓形凸台之间销体为传感部段，每个鼓形凸台的外周面上布置有一导线布置槽，总共三个导线布置槽沿销体轴向共线，每个传感部段的外周面均匀布置四个电阻应变片，每个电阻应变片上连接导线，导线经过导线布置槽后穿过位于销座上的引线孔与导线固定端子连接，所述导线固定端子布置在销座的外周面上。本发明实现了测量结果重复度好，精度高，适用于大载荷的测量，可靠性高的目的。

Description

一种点接触柱销式测力传感器

技术领域

本发明涉及测量机械结构接头载荷的传感器的技术领域。 

背景技术

连接接头是工程结构连接和传载的关键部位，准确测量接头承载大小和载荷方向对结构安全性校核和可靠性分析意义重大。现有的测力传感器中，一般采用中空、线/面接触式设计。中空结构承载能力较弱，不适用于大型工程结构受大载荷的测量；而线/面接触形式易导致测量时传感器上载荷分配不均，传载形式发生改变，特别对于大载荷、静不定结构，会产生测量结果不稳定、测量误差较大的不利影响。 

发明内容

本发明目的是提供一种测量结果重复度好，精度高，适用于大载荷的测量，可靠性高的点接触柱销式测力传感器。 

一种点接触柱销式测力传感器，包括销体、位于销体一端的销座，销体轴向上依次布置三个鼓形凸台,相邻两个鼓形凸台之间销体为传感部段，每个鼓形凸台的外周面上布置有一导线布置槽，总共三个导线布置槽沿销体轴向共线，每个传感部段的外周面均匀布置四个电阻应变片，每个电阻应变 片上连接导线，导线经过导线布置槽后穿过位于销座上的引线孔与导线固定端子连接，所述导线固定端子布置在销座的外周面上。 

本发明的上述导线布置槽为3个，布置于导线布置槽内的导线共16根；上述传感部段为两个，两传感部段上共布置了8个电阻应变片；每一电阻应变片与两根导线相连，各导线经导线布置槽穿过引线孔，连接于导线固定端子上。 

本发明的电阻应变片粘贴于传感部段的外周面；每一传感部段的外周面上间隔90°布置4个电阻应变片，间隔180°正对的两个应变片为一测量组，两传感部段上同方向的两组应变片组成一全桥测量电路。 

本发明采用上述技术方案，与现有技术相比具有如下优点： 

1、本发明的点接触柱销式测力传感器采用点接触式承载，相比线/面接触式测力传感器，承载位置固定，传载形式明确，测量结果重复度好，精度高； 

2、本发明的点接触柱销式测力传感器采用实心结构，较空心结构测力传感器具备更强的承载能力，适用于大载荷的测量； 

3、本发明的点接触柱销式测力传感器安装时采用间隙配合，避免了过盈配合对销体与结构接头接触形式的影响，确保传载形式为点接触传载，利于保证测量精度； 

4、本发明的点接触柱销式测力传感器的应变片布置方式不仅可以满足任意方向载荷的测量，而且当部分应变片损坏时仍可通过其余测量数据获得有效测量结果，产品可靠性更高。 

附图说明

图1是本发明的一种结构示意图。 

图中：1、销体，2、鼓型凸台，3、导线布置槽，4、传感部段，5、导线固定端子，6、销座，7、电阻应变片，8、导线，9、引线孔。 

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明： 

如图1所示，一种点接触柱销式测力传感器，包括销体1、位于销体1一端的销座6，销体1的轴向上依次布置三个鼓形凸台2,相邻两个鼓形凸台2之间销体为传感部段4，每个鼓形凸台的外周面上布置有一导线布置槽3，各鼓型凸台上的共三个导线布置槽沿销体轴向共线，每个传感部段4的外周面均匀布置四个电阻应变片7，每个电阻应变片7上连接导线8，导线8经过导线布置槽3后穿过位于销座6上的引线孔9与导线固定端子5连接，所述导线固定端子5布置在销座6的外周面上。 

本发明的上述导线布置槽3为三个，布置于导线布置槽内的导线共有16根；上述传感部段4为两个，两传感部段4上布置了共8个电阻应变片7；每个电阻应变片与两根导线8相连，各导线经导线布置槽3穿过引线孔9连接于导线固定端子5上。 

本发明的电阻应变片7粘贴于传感部段4的外周面；每一传感部段的外周面上间隔90°布置4个电阻应变片，间隔180°正对的两个应变片为一测量组，两传感部段上同方向的两组应变片组成一全桥测量电路。 

本发明测力传感器的主体为圆柱销型结构；可利用电测法结合材料力学 相关计算反推接头载荷。如图1所示，本发明采用三个鼓型凸台作为传感器承力点，传感器与接头耳片为点接触；接头耳片载荷在传感器销体上分配均匀、分布对称，传载形式明确；粘贴的应变片数量总共为八个，每四个间隔90°分别粘贴于销体两处传感部段上；每处传感部段上间隔180°的两个应变片为一测量组，同方向的两组应变片组成全桥测力电路；传感器安装时与接头耳片为间隙配合。 

由几何关系和材料力学相关公式，传感器承受载荷Ρ（即接头处载荷）可根据下式计算得到： 

$P=\frac{1}{64}\·\frac{{\mathrm{\πd}}^3}{a}\·E\sqrt{{({\mathrm{\ϵ}}_{11}+{\mathrm{\ϵ}}_{21}-{\mathrm{\ϵ}}_{11}^{\′}-{\mathrm{\ϵ}}_{21}^{\′})}^2+{({\mathrm{\ϵ}}_{12}+{\mathrm{\ϵ}}_{22}-{\mathrm{\ϵ}}_{12}^{\′}-{\mathrm{\ϵ}}_{22}^{\′})}^2}$

其中，d为传感部段销体直径，a为鼓型凸台与相邻传应变片间距，E为销体材料弹性模量，ε₁₁、ε₁₂、ε₂₁、ε₂₂、ε′₁₁、ε′₁₂、ε′₂₁、ε′₂₂为各应变片读数，角标为书写公式方便引入，实际计算时按读数正负号分组代入即可。 

同时，在实际使用过程中，若传感器部分应变片损坏，通过未损坏的两个间隔90°的应变片的测量数据仍可得到具备参考价值的接头载荷值。其计算公式为： 

$P=\frac{1}{16}\·\frac{{\mathrm{\πd}}^3}{a}\·E\sqrt{{\mathrm{\ϵ}}_1^2+{\mathrm{\ϵ}}_2^2}$

式中，d为传感部段销体直径，a为鼓型凸台与相邻应变片间距，E为销体材料弹性模量，ε₁和ε₂分别为该间隔90°的两个应变片的读数。 

Claims (3)

1.一种点接触柱销式测力传感器，其特征在于包括销体（1）、位于销体（1）一端的销座（6），销体（1）的轴向上依次布置三个鼓形凸台（2）,相邻两个鼓形凸台（2）之间的销体为传感部段（4），每个鼓形凸台（2）的外周面上布置一导线布置槽（3），各鼓型凸台上的共三个导线布置槽沿销体轴向共线，每个传感部段（4）的外周面均匀布置四个电阻应变片（7），每个电阻应变片（7）上连接导线（8），导线（8）经过导线布置槽（3）后穿过位于销座（6）上的引线孔（9）与导线固定端子（5）连接，所述导线固定端子（5）布置在销座（6）的外周面上。

2.根据权利要求1所述的点接触柱销式测力传感器，其特征在于上述导线布置槽（3）为3个，导线布置槽（3）内穿置的导线（8）共有16根，上述传感部段（4）为两个，两传感部段（4）上布置8个电阻应变片（7）；每两根导线的一端连接电阻应变片（7），另一端连接导线固定端子（5）。

3.根据权利要求1所述的点接触柱销式测力传感器，其特征在于上述电阻应变片（7）粘贴于传感部段（4）的外周面；每一传感部段的外周面上间隔90⁰布置4个电阻应变片，间隔180⁰正对的两个应变片为一测量组，两传感部段上同方向的两组应变片组成一全桥测量电路。

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