CN218973691U - 用于电力行业双桥差分一维传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于电力行业双桥差分一维传感器，包括弹性体、485组桥通讯板和盖板，485组桥通讯板设置在弹性体上，盖板设置在485组桥通讯板上，所述弹性体上设有两个惠斯通电桥，两个惠斯通电桥在485组桥通讯板上做差分计算；所述弹性体的一面上设置外凸的多个加载面和内凹的八个应变片粘贴区域。优点，该一维传感器结构简单，测量精度高，固有频率高，动态性能好，机加工易于实现。

Description

用于电力行业双桥差分一维传感器

技术领域

本实用新型属于力测量领域，涉及一种用于电力行业双桥差分一维传感器。

背景技术

一维力传感器广泛应用于工业生产中，最常见的结构就是悬臂梁结构，如CN110686705A中公开的《一种应变分布均匀的悬臂梁传感器》，这种结构的悬臂梁结构的一维传感器刚度小，变形量大，而且过载范围小，很容易破坏，特别在量程较小的时候，传感器的敏感区域很薄很薄，不利于机加工，而且加工时很容易变形，导致废品率较高。集中起来主要存在以下一些问题：⑴、刚度较差，一般变形量大于0.1mm；⑵、固有频率低，一般不超过200Hz，导致动态性能差；⑶、为了提高贴片区域的灵敏度，悬臂梁结构的一维力传感器一般设有各种各样结构的异形孔，这样使得贴片区域的应变梯度较大，贴片时，稍有不慎贴片滑移时，导致灵敏度与理论计算值相差较大。

实用新型内容

为了解决上述问题，在本专利中提出了新型结构的用于电力行业双桥差分一维传感器，克服了上述的困难，本实用新型提出了一种新型的用于电力行业双桥差分一维传感器，该一维传感器结构简单，测量精度高，固有频率高，动态性能好，机加工易于实现。

具体的技术方案，一种用于电力行业双桥差分一维传感器，包括弹性体、485组桥通讯板和盖板，485组桥通讯板设置在弹性体上，盖板设置在485组桥通讯板上，所述弹性体上设有两个惠斯通电桥，两个惠斯通电桥在485组桥通讯板上做差分计算；所述弹性体的一面上设置外凸的多个加载面和内凹的八个应变片粘贴区域。

对本实用新型技术方案的进一步优选，弹性体为一体成型结构。弹性体本发明中所涉及一维传感器中核心模块，是敏感元件，弹性体是一个独立元件，一次加工而成，满量程加载时，变形量很小，具有较高的刚度，固有频率高，动态性能较好，克服了上述中问题⑴和问题⑵。

对本实用新型技术方案的进一步优选，弹性体整体呈环形，方便加工。

对本实用新型技术方案的进一步优选，弹性体上在应变片粘贴区域附近的位置开设走线槽。为了克服上述问题⑶，提高贴片位置的准确度，在应变片贴片区域开设一定的槽，便于贴片和走线。

对本实用新型技术方案的进一步优选，弹性体的另一面上外凸设置多个固定面。

对本实用新型技术方案的进一步优选，485组桥通讯板包括组桥、信号调理模块和485通讯模块，485组桥通讯板直接输出数字量。

本实用新型的有益效果是：

1、用于电力行业双桥差分一维传感器，一维传感器结构简单，测量精度高，固有频率高，动态性能好，机加工易于实现，能够满足电力行业的需求。

2、用于电力行业双桥差分一维传感器，弹性体结构简单，在弹性体上设有两个惠斯通电桥，并且两个惠斯通电桥做差分计算，有效地提高了灵敏度，从而提高了传感器的分辨率。

3、用于电力行业双桥差分一维传感器，弹性体是传感器核心模块，是敏感元件，485组桥通讯板具有组桥、信号调理和485通讯三个功能，传感器直接输出数字量，盖板的作用为保护485组桥通讯板。

附图说明

图1为本实用新型用于电力行业双桥差分一维传感器的弹性体三维立体图。

图2为弹性体的正面视图。

图3为弹性体的反面视图。

图4为本实施例的贴片示意图。

图5为本实施例的组桥图。

图中标号说明：1——弹性体，2——485组桥通讯板，3——盖板，4——出线孔，5——贴片区域，6——走线槽，7——加载面，8——固定面。

具体实施方式

下面对本实用新型技术方案进行详细说明，但是本实用新型的保护范围不局限于所述实施例。

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图1-5及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例

如图1所示，一种用于电力行业双桥差分一维传感器，包括弹性体1、485组桥通讯板2和盖板3组成。其中弹性体是传感器的核心部件，也是敏感元件，弹性体的性能直接影响着整个传感器的性能指标，如图2所示，弹性体的三维模型，结构简单，加工时一次成型，刚性好，材料为40CrNiMoA，在实际使用时，弹性体下面的四个凸起台阶固定，上面四个凸起台阶为受力端，上面压有一个很大的弹簧。

485组桥通讯板2具有组桥、信号调理和485通讯三个功能，传感器直接输出数字量，传感器出线为4芯线，如图1中的出线孔4。485组桥通讯板2，焊接、调试、封胶后用外壳固定。

本实施例中，在弹性体1上设置四个固定耳9，固定耳上设置螺孔，在485组桥通讯板2和盖板3上均开设通孔，螺钉贯穿485组桥通讯板2和盖板3上的通孔螺纹连接到螺孔，实现弹性体1、485组桥通讯板2和盖板3，三者组装。盖板3的作用是保护485组桥通讯板2，直接由钣金件加工而成。

如图2所示，本实施例的弹性体1为一体成型结构，结构简单，加工时一次成型，刚性好，材料为40CrNiMoA，弹性体1整体呈环形。在弹性体1的一面(正面)上外凸设置四个台阶，四个台阶均为弹性体正面四个加载台阶，台阶面为加载面7，加载面7均为平面。如图3所示，在在弹性体1的另一面(反面)上外凸设置四个台阶，四个台阶均为弹性体反面四个固定台阶，台阶面为固定面8，固定面8均为平面。

如图2所示，弹性体1的正面上设置内凹的八个应变片粘贴区域5，应变片粘贴区域5为平面，形成贴片槽。

为了使贴片位置尽可能地准确，在所有的贴片区域都开设了贴片槽，如图2所示，一共开设了八个贴片槽。为了组桥时走线规整，便于操作以及后期的维护，在弹性体上相应位置开设了走线槽6，走线槽6连通弹性体1上的固定耳9，贴片和组桥完成后，测试无误后，所有的贴片槽和走线槽均用密封胶封死。

如图4所示，在弹性体1正面八个贴片槽里面粘贴八片应变片，分别标识R1～R8。

如图5所示，一共组成两个惠斯通电桥，特别需要强调的是：组桥中的R标识定值电阻，均为350Ω。在485组桥通讯板里将这两个桥路做差分运算，这两个桥路的输出电压为：

桥路1：

桥路2：

其中：U_i——为桥路的供电电压，5V；

U_0i——为第i个桥路的输出电压，单位为：mV，i＝1，2；

K——为所粘贴应变片的灵敏系数；

ε_i——为应变片丝栅R_i所对应的测量剪切应变的大小，i＝1，2，…，8

Fz每个方向最终输出电压为：

U_Fz＝U_O1-U_O2；

将弹性体的三维模型导入到ANSYS Workbench中做有限元计算，弹性体的下表面4个台阶固定约束，上面4个台阶均布加载法向里Fz＝60000N。定义材料为40CrNiMoA，弹性体模量为210GPa，屈服强度为1260MPa，泊松比为0.29，密度为7850kg/m^3，划分网格进行计算，Mises应力为274.77MPa，最大位移量为0.07619mm，桥路1输出为3mV，桥路2输出为-3mV，即：

U_Fz＝U_O1-U_O2＝3-(-3)＝6mV

对应的灵敏度为：

Fz方向：

将弹性体在ANSYS Workbench中做模态分析，得到固有频率超过4000Hz。

经过实际生产标定和测试，本实施例的用于电力行业双桥差分一维传感器能够解决上述一些问题：⑴、刚度较差，一般变形量大于0.1mm；⑵、固有频率低，一般不超过200Hz，动态性能差；⑶、为了提高贴片区域的灵敏度，悬臂梁结构的一维力传感器一般设有各种各样结构的异形孔，这样使得贴片区域的应变梯度较大，贴片时，稍有不慎贴片滑移时，导致灵敏度与理论计算值相差较大。

以上实施例仅为说明本实用新型的技术思想，不能以此限定本实用新型的保护范围，凡是按照本实用新型提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本实用新型保护范围之内。

Claims (6)

1.一种用于电力行业双桥差分一维传感器，其特征在于：包括弹性体（1）、485组桥通讯板（2）和盖板（3），485组桥通讯板（2）设置在弹性体（1）上，盖板（3）设置在485组桥通讯板（2）上，所述弹性体（1）上设有两个惠斯通电桥，两个惠斯通电桥在485组桥通讯板（2）上做差分计算；所述弹性体（1）的一面上设置外凸的多个加载面（7）和内凹的八个应变片粘贴区域（5）。

2.根据权利要求1所述的用于电力行业双桥差分一维传感器，其特征在于，弹性体（1）为一体成型结构。

3.根据权利要求2所述的用于电力行业双桥差分一维传感器，其特征在于，弹性体（1）整体呈环形。

4.根据权利要求3所述的用于电力行业双桥差分一维传感器，其特征在于，弹性体（1）上在应变片粘贴区域（5）附近的位置开设走线槽（6）。

5.根据权利要求4所述的用于电力行业双桥差分一维传感器，其特征在于，弹性体（1）的另一面上外凸设置多个固定面（8）。

6.根据权利要求1所述的用于电力行业双桥差分一维传感器，其特征在于，485组桥通讯板（2）包括组桥、信号调理模块和485通讯模块，485组桥通讯板（2）直接输出数字量。

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