CN105136346A - 一种新型负荷传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型负荷传感器，其包括：一圆形底盆，中间具有一凹槽；一上承压板，其上部伸出该凹槽，下部位于该凹槽内；一金属弹性体，靠近凹槽的底部，该金属弹性体与所述凹槽底部之间形成一容置空间；一橡胶承压板，安装在所述金属弹性体与所述上承压板之间；所述容置空间内以及圆形底盆的外侧壁上设置有弹性形变测量装置，该弹性形变测量装置包括位于所述凹槽底部的固定铰支座，与该固定铰支座可转动连接的连通杆以及安装在圆形底盆外侧壁上的位移传感器。本发明新型负荷传感器利用宏观变形测试替代微观变形测试，结构简单，成本低；本发明新型负荷传感器的金属弹性体上没有粘贴敏感元件，避免敏感元件失效时更换的困难。

Description

一种新型负荷传感器

技术领域

本发明涉及一种利用位移测荷载的新型负荷传感器，尤其涉及一种应用于对各种大型设备、建筑、桥梁等重要结构物进行长期荷载监测的新型负荷传感器。

背景技术

目前，在各种设备或工程建设中，用于荷载测试的传感器主要是电阻式负荷传感器，这类传感器以电阻丝片为敏感元件粘贴在感受荷载并产生微量弹性变形的金属弹性元件上，通过测试电阻丝片的电压变化测试作用在弹性元件上的荷载。弹性元件的结构型式分为柱状式、轮辐式、梁式等等，相应的负荷传感器有柱状式负荷传感器、轮辐式负荷传感器、梁式负荷传感器等。这些广泛应用于各种领域的电阻式负荷传感器的缺点是长期使用的可靠性不高，使用寿命难以估计，传感器的造价也随着负荷的增大而快速增加。

此外，在许多工业生产和工程建设中需要长期使用大承载力的负荷传感器，传感器需要安装在体积大、荷载大的物体上，如大型设备、建筑、桥梁、海洋平台等建筑物等。如果将当今的电阻式负荷传感器安装在这些大型设备或建筑物上，当传感器使用过程发生损坏或失效时，更换维修将付出巨大的代价，甚至根本无法更换。

由此可见，现有的负荷传感器长期使用过程中可靠性不高，若发生损坏或失效难以维护或更换，且现有大承载力的负荷传感器造价过高，功能单一。

我国正处于实施区域一体化和一路一带战略的开端，未来交通工程建设、区域快速发展以及工业4.0时代的到来为智能化工业产品提供广阔的舞台，亟需一种可靠性高、成本低、寿命长的新型传感器。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型负荷传感器，其具有安装、更换简单，维护方便，应用领域广泛，使用寿命长，制造成本低等优点。

为解决上述技术问题，本发明一种新型负荷传感器，其包括：

一圆形底盆，其中间具有一凹槽；

一上承压板，其上部伸出该凹槽，下部位于该凹槽内；

一金属弹性体，其靠近凹槽的底部，该金属弹性体与所述凹槽底部之间形成一容置空间；

一橡胶承压板，安装在所述金属弹性体与所述上承压板之间；

所述容置空间内以及圆形底盆的外侧壁上设置有弹性形变测量装置，该弹性形变测量装置包括：位于所述凹槽底部的固定铰支座，与该固定铰支座可转动连接的连通杆以及安装在圆形底盆外侧壁上的位移传感器；

其中，所述连通杆的一端的上端面通过支撑杆与所述金属弹性体底部接触，下端面与固定在凹槽底部的有预压缩变形的弹簧连接，所述连通杆的另一端通过设置在所述圆形底盆侧壁上的通孔伸到圆形底盆外侧，并与所述位移传感器连接。

本发明的一个实施例中，所述连通杆的另一端通过连杆与所述位移传感器连接。

本发明的一个实施例中，所述上承压板的上部为长方体部分，下部为圆柱体部分，所述圆柱体部分位于所述圆形底盆的凹槽内。

本发明的一个实施例中，所述上承压板的圆柱体的侧立面与所述圆形底盆凹槽的内侧壁之间具有一定的间隙，允许上承压板在所述圆形底盆的凹槽内转动。

本发明的一个实施例中，所述圆形底盆的凹槽的内侧周缘设置有环形凸台，所述金属弹性体安装在所述凸台上。

本发明的一个实施例中，所述金属弹性体为圆形或者为多边形。

本发明的一个实施例中，所述固定铰支座设置在所述圆形底盆的凹槽的底部靠近内侧壁处。

本发明新型负荷传感器与现有技术比较有以下有益效果：

本发明的新型负荷传感器利用宏观变形测试替代微观变形测试，将负荷的测试转变为位移的测试，结构简单，成本低；本发明的新型负荷传感器的金属弹性体上没有粘贴敏感元件，避免敏感元件失效时更换的困难；本发明的新型负荷传感器具有转动变形的适应性，增加了适应转动变形的功能，拓宽了传感器的应用领域，其维护简便，维护成本低，可靠性高，使用寿命长，其可与被测物同寿命。

附图说明

图1为本发明的新型负荷传感器Ⅰ-Ⅰ向纵切面的结构示意图；

图2为本发明的新型负荷传感器Ⅱ-Ⅱ向横切面的结构示意图。

具体实施方式

请配合参阅图1和图2所示，本发明的新型负荷传感器，其包括：圆形底盆5、位于圆形底盆内的金属弹性体3、橡胶承压板2，部分位于圆形底盆5内的上承压板1以及部分位于圆形底盆5内的弹性形变测量装置4。

其中，圆形底盆5的中间具有一凹槽；上承压板1由上部的长方体部分和下部的圆柱体部分组成，上承压板1的长方体部分伸出该凹槽，下部的圆柱体部分位于该凹槽内；金属弹性体3靠近凹槽的底部，该金属弹性体3与凹槽底部之间形成一容置空间，且金属弹性体3由高强度弹性材料制成。凹槽的内侧周缘设置有环形凸台51，金属弹性体3安装在凸台51上。较佳的，金属弹性体3为圆形或者为多边形。橡胶承压板2设置在金属弹性体3与上承压板1之间，橡胶承压板2通过其自身的流变变形将作用在橡胶承压板2上的荷载均匀分布于金属弹性体3上，从而保证了作用在金属弹性体3上的荷载为均布荷载；同时通过橡胶承压板2的不均匀压缩变形可适应安装在上承压板1上的物体发生转动变形的需要，使本负荷传感器具有可适应转动变形的功能。

进一步的，容置空间内以及圆形底盆5的外侧壁上设置有弹性形变测量装置4，该弹性形变测量装置4包括：位于凹槽底部的固定铰支座43，与该固定铰支座43可转动连接的连通杆42以及安装在圆形底盆5外侧壁上的位移传感器6。连通杆42的一端的上端面通过支撑杆44与金属弹性体3底部接触，下端面与固定在凹槽底部的有预压缩变形的弹簧41连接。连通杆42的另一端通过设置在圆形底盆5侧壁上的通孔伸出到圆形底盆5的外侧，并通过连杆45与设置在圆形底盆5的外侧壁上的位移传感器6连接。较佳的，固定铰支座43设置在凹槽的底部靠近侧壁处。

本发明的位移传感器6安装于圆形底盆5的外侧壁上，由连通杆42另一端通过连杆45将金属弹性体3的挠曲变形引伸至圆形底盆5之外，通过位移传感器6可测出连通杆42伸出端的竖向位移，通过连通杆42伸出端的竖向位移可得到金属弹性体3中心点挠曲变形的大小。由于金属弹性体3中心点的挠度与作用在本发明的上承压板1上的荷载成正比，因此，位移传感器6所测得的位移也与作用在本发明上承压板1上的荷载成正比，即金属弹性体3中心点的挠度可通过安装在圆形底盆5外侧壁的位移传感器6测得。由于位移传感器6安装在圆形底盆5的外侧，当弹性形变测量装置4损坏或失效时便于安装、维护和更换，大大提高了负荷传感器的使用耐久性和可靠性。

本发明新型负荷传感器的上承压板1底面为平面或曲面，上承压板1与橡胶承压板2顶面为平面或曲面接触；橡胶承压板2底面为平面或曲面，橡胶承压板2与金属弹性体3的顶面为平面或曲面接触；金属弹性体3底面可为平面、曲面、或者平面和曲面的组合，圆形底盆5的底面为平面和曲面的组合，金属弹性体3与圆形底盆5的接触可为面接触或线接触。本发明的新型负荷传感器的上承压板1的伸出该凹槽的长方体部分的底面与圆形底盆5的顶面具有一定距离。上承压板1下方为下凸的圆柱体，其侧面为圆柱面；橡胶承压板2和金属弹性体3的侧立面为圆柱面或其它曲面，圆形底盆5的内侧面为柱面。上承压板1的圆柱体部分的侧立面与圆形底盆5的侧立面之间可接触，橡胶承压板2和金属弹性体3与圆形底盆5内侧面之间的接触为面接触。

较佳的，上承压板1上可设置有减磨滑板，上承压板1上加装减磨滑板后可适应安装在上承压板1上的物体发生水平滑动的需要，这样对转动和滑动的适应性拓宽了本发明的新型负荷传感器应用领域。

较佳的，上承压板1的圆柱体的侧立面与圆形底盆凹槽的内侧壁之间具有一定的间隙，允许上承压板1在凹槽内产生小的转动。当安装在上承压板1上的物体发生倾斜时，上承压板1随之倾斜，橡胶承压板2则由于其具有流变特性而产生不均匀压缩，以适应上承压板1的倾斜，同时橡胶承压板2的流变变形使荷载均匀分布于上承压板1的圆柱体底面和金属弹性体3上表面。在均布荷载不超过最大允许值的范围内，金属弹性体3的挠曲变形呈线弹性特性，通过连通杆42将发生弹性形变的位移传递给位移传感器，从而实现荷载测试功能。此外，由于对转动变形的适应性，该新型负荷传感器可用作大型设备的荷载测定以及用作长期监测支承荷载的大型结构物的支座。

本发明的新型负荷传感器工作原理为：作用在上承压板1上的荷载经由上承压板1、橡胶承压板2、金属弹性体3传至圆形底盆5的弹性形变测量装置4。由于建立了金属弹性体3在均布荷载作用下的线弹性挠曲变形与荷载大小之间的对应关系，在均布荷载不超过金属弹性体3的弹性极限荷载范围内，金属弹性体3中心点的挠度值与荷载大小之间成线性关系，通过试验室标定此线性关系曲线后，当测出中心点的挠度值便可得出作用在传感器上的荷载大小，实现负荷传感器测量荷载的功能。

本发明的新型负荷传感器与现有的负荷传感器相比，具有以下有益效果：

1、本发明的负荷测试方法独特，利用宏观变形测试替代微观变形测试，将负荷的测试转变为位移的测试，结构简单，成本低，测量结果准确；

2、本发明新型负荷传感器的金属弹性体上不用粘贴敏感元件，避免了敏感元件失效时更换困难，安装、更换使用过程比较方便；

3、本发明新型负荷传感器具有转动变形和滑动变形的适应性，拓宽了传感器的应用领域，其可应用于需要长期进行荷载监测的大型机械设备、建筑、桥梁、海洋平台等建筑物，与被测物同寿命，使用寿命长，可靠性高，结构高度低，造价低成本低。

以上仅为本发明的较佳实施例，不得以此限定本发明实施的保护范围，因此凡参考本发明的说明书内容所作的简单等效变化与修饰，仍属本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种新型负荷传感器，其特征在于，包括：

一圆形底盆，其中间具有一凹槽；

一上承压板，其上部伸出该凹槽，下部位于该凹槽内；

一金属弹性体，其靠近凹槽的底部，该金属弹性体与所述凹槽底部之间形成一容置空间；

一橡胶承压板，安装在所述金属弹性体与所述上承压板之间；

所述容置空间内以及圆形底盆的外侧壁上设置有弹性形变测量装置，该弹性形变测量装置包括：位于所述凹槽底部的固定铰支座，与该固定铰支座可转动连接的连通杆以及安装在圆形底盆外侧壁上的位移传感器；

其中，所述连通杆的一端的上端面通过支撑杆与所述金属弹性体底部接触，下端面与固定在凹槽底部的有预压缩变形的弹簧连接，所述连通杆的另一端通过设置在所述圆形底盆侧壁上的通孔伸到圆形底盆外侧，并与所述位移传感器连接。

2.根据权利要求1所述的新型负荷传感器，其特征在于，

所述连通杆的另一端通过连杆与所述位移传感器连接。

3.根据权利要求1所述的新型负荷传感器，其特征在于，

所述上承压板的上部为长方体部分，下部为圆柱体部分，所述圆柱体部分位于所述圆形底盆的凹槽内。

4.根据权利要求3所述的新型负荷传感器，其特征在于，

所述上承压板的圆柱体的侧立面与所述圆形底盆凹槽的内侧壁之间具有一定的间隙，允许上承压板在所述圆形底盆的凹槽内转动。

5.根据权利要求1所述的新型负荷传感器，其特征在于，

所述圆形底盆的凹槽的内侧周缘设置有环形凸台，所述金属弹性体安装在所述凸台上。

6.根据权利要求1所述的新型负荷传感器，其特征在于，

所述金属弹性体为圆形或者为多边形。

7.根据权利要求1所述的新型负荷传感器，其特征在于，

所述固定铰支座设置在所述圆形底盆凹槽的底部靠近内侧壁处。