一種懸掛式非平衡動(dòng)態(tài)張力傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及傳感技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種懸掛式非平衡動(dòng)態(tài)張力傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]張力傳感器也叫張力檢測(cè)器，是張力控制過程中用于測(cè)量卷材張力值大小的儀器。應(yīng)變片是一種重要的傳感元件，在動(dòng)態(tài)力學(xué)測(cè)量中具有十分重要的地位，其中應(yīng)變片技術(shù)是迄今為止應(yīng)用最廣泛，技術(shù)最成熟的測(cè)量技術(shù)。應(yīng)變片傳感技術(shù)利用金屬的電阻應(yīng)變效應(yīng)，將應(yīng)變片粘貼在被測(cè)試件上，金屬的阻值會(huì)隨其所受機(jī)械變形而改變，電阻的變化就反映了應(yīng)變片所粘貼部位的應(yīng)變值。這種測(cè)試方法有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn):
1.結(jié)構(gòu)簡單，尺寸小；
2.變換電路簡單；
3.性能穩(wěn)定可靠，精度高，可以在各種復(fù)雜的環(huán)境下測(cè)定結(jié)構(gòu)的應(yīng)變；
4.易于實(shí)現(xiàn)測(cè)試過程自動(dòng)化和多點(diǎn)同步測(cè)量、遠(yuǎn)距測(cè)量和遙測(cè)。
[0003]現(xiàn)階段張力傳感器的種類繁多。按測(cè)量對(duì)象來分，主要有紗線張力測(cè)量傳感器、膜張力測(cè)量傳感器、鋼索類張力測(cè)量傳感器這三類張力傳感器。按結(jié)構(gòu)形狀來分，有圓筒式、軸臺(tái)式、圓餅式、梁式以及各種復(fù)雜結(jié)構(gòu)。繩帶張力與鋼索類的張力有很多相似之處，比如受力情況、形變的狀態(tài)等。針對(duì)這類張力的測(cè)量，主要可分為接觸式和非接觸式。
[0004]接觸式測(cè)量包括:串接式、滾輪式、旁壓式和類滾輪式；非接觸式包括:利用繩索的固有頻率f與繩索張力的關(guān)系來測(cè)量、利用磁電效應(yīng)(ME)或者電磁場(chǎng)中的其他效應(yīng)來測(cè)量。目前的主流還是采用接觸式的方法，其中串接式的測(cè)量方法是最多的。具體方法是將被測(cè)對(duì)象(繩帶)截?cái)鄬鞲衅鞔氲狡渲?，繩帶受力后對(duì)傳感器的兩端產(chǎn)生拉力從而傳感器產(chǎn)生了形變。此類傳感器原理簡單、測(cè)量直接、精度和線性度都非常好，但是它的主要缺陷是會(huì)破壞繩帶。接觸式中的旁壓式、滾輪式以及類滾輪式，其原理是將繩帶的張力通過應(yīng)變片、壓電材料或者差動(dòng)電容來間接測(cè)量。這幾類測(cè)量方法都是無損式的，對(duì)被測(cè)繩帶本身的結(jié)構(gòu)沒有任何影響，而且安裝簡單，便于更換。
[0005]現(xiàn)在市面上可見的張力傳感器有美國MEAS的EL20-S458、法國kortis的FMIjiI國施密特張力儀。雖然針對(duì)不同的對(duì)象，它們有系列產(chǎn)品可選擇，有精度高、溫漂小，響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)，不過它們?nèi)源嬖谝韵氯秉c(diǎn):首先，這類產(chǎn)品都主要適用于靜態(tài)測(cè)量，沒有考慮到繩帶在瞬間大張力作用下受摩擦力的影響；其次，對(duì)于測(cè)量對(duì)象是安全帶這類較寬的扁平帶狀結(jié)構(gòu)，為了防止繩帶的脫落使測(cè)量失效，上述產(chǎn)品的安裝和拆卸不僅復(fù)雜，而且每拆裝一次都需要由專業(yè)人員進(jìn)行繁瑣的標(biāo)定之后才能投入使用，這類傳感器在實(shí)際實(shí)驗(yàn)過程中基本很少能夠重復(fù)利用，大大增加了成本；另外，以美國MEAS的EL20-S458為例，對(duì)于較寬的扁平帶狀結(jié)構(gòu)，為固定繩帶多采用兩側(cè)平衡式的結(jié)構(gòu)，默認(rèn)繩帶上所受的是均勻的力，然而在實(shí)際測(cè)量過程中，繩帶的扭絞等都可能使得其所受張力的不均勻，尤其在動(dòng)態(tài)測(cè)量過程中情況更為復(fù)雜，這就導(dǎo)致繩帶作用在試件上的力傳遞不均，從而使得這類結(jié)構(gòu)無法實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)測(cè)量。
[0006]本發(fā)明針對(duì)目前市場(chǎng)上的一些張力傳感器在測(cè)量時(shí)的缺陷，提出一種懸掛式動(dòng)態(tài)張力傳感器，其基本原理是通過雙懸臂梁結(jié)構(gòu)，采用應(yīng)變片間接測(cè)量，主要用于具有一定寬度的扁平繩帶上動(dòng)態(tài)張力的測(cè)量。其特殊的滾筒式結(jié)構(gòu)可有效防止繩帶被燒蝕，非平衡式結(jié)構(gòu)能避免動(dòng)態(tài)測(cè)量中繩帶張力不平衡時(shí)對(duì)測(cè)量精度的影響，并且整體結(jié)構(gòu)可針對(duì)不同寬度的繩帶靈活使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)【背景技術(shù)】中所涉及到的缺陷，提供一種懸掛式非平衡動(dòng)態(tài)張力傳感器，通過雙懸臂梁結(jié)構(gòu)，采用應(yīng)變片間接測(cè)量，同時(shí)采用滾筒的設(shè)計(jì)，使得在瞬間大張力測(cè)量時(shí)，可以減小摩擦，有效防止被測(cè)繩帶的受熱燒蝕現(xiàn)象；另外采用非平衡懸掛式的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，測(cè)量時(shí)無需固定在基座上，一方面保證繩帶不會(huì)在測(cè)量過程中脫落使得測(cè)量失效，另一方面有效消除動(dòng)態(tài)測(cè)量時(shí)非均勻力的不良影響，保證動(dòng)態(tài)測(cè)量時(shí)的準(zhǔn)確性。
[0008]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案:
一種懸掛式非平衡動(dòng)態(tài)張力傳感器，包含三軸型受力主體、檔板、第一至第三螺帽、第一至第三滾筒、第一至第四應(yīng)變片、繩帶和電氣盒子；
所述三軸型受力主體包含受力底板和第一至第三導(dǎo)力圓柱；
所述第一至第三滾筒均為倒角滾筒；
所述第一導(dǎo)力圓柱、第三導(dǎo)力圓柱垂直設(shè)置在受力底板的兩端，所述第二導(dǎo)力圓柱垂直設(shè)置在受力底板的中間，且所述第一至第三導(dǎo)力圓柱與受力底板之間分別設(shè)有與所述第一至第三滾筒對(duì)應(yīng)的倒角；
所述第一至第三滾筒對(duì)應(yīng)嵌套在所述第一至第三導(dǎo)力圓柱上；
所述第二導(dǎo)力圓柱和第一導(dǎo)力圓柱、第三導(dǎo)力圓柱之間的受力底板均采用懸臂梁結(jié)構(gòu)；
所述第一至第四應(yīng)變片分別對(duì)應(yīng)設(shè)置在所述兩個(gè)懸臂梁結(jié)構(gòu)的上下受力表面；
所述第一至第三導(dǎo)力圓柱的頂端分別設(shè)有對(duì)應(yīng)于所述第一至第三螺帽的螺柱，且所述第二導(dǎo)力圓柱與其頂端的螺柱之間設(shè)有錐度結(jié)構(gòu)；
所述擋板上設(shè)有供所述第一至第三導(dǎo)力圓柱頂端螺柱通過的通孔，供所述第一導(dǎo)力圓柱和第三導(dǎo)力圓柱頂端通過的通孔尺寸大于螺柱、留有活動(dòng)間隙確保擋板在張力傳感器量程內(nèi)不受力，且供所述第二導(dǎo)力圓柱頂端螺柱通過的通孔為與所述錐度結(jié)構(gòu)相匹配的錐度孔，用于鎖緊擋板；
所述第一至第三導(dǎo)力圓柱頂端螺柱穿過擋板后分別通過所述第一至第三螺帽鎖死，且所述錐度結(jié)構(gòu)與錐度孔相配合；
所述繩帶從所述第一導(dǎo)力圓柱的側(cè)面穿入，依次穿過第一導(dǎo)力圓柱和第二導(dǎo)力圓柱之間的空隙、第二導(dǎo)力圓柱和第三導(dǎo)力圓柱之間的空隙，然后從第三導(dǎo)力圓柱的側(cè)面穿出；
所述電氣盒子與所述第一至第四應(yīng)變片相連，用于采集所述第一至第四應(yīng)變片的受力大小。
[0009]作為本發(fā)明一種懸掛式非平衡動(dòng)態(tài)張力傳感器進(jìn)一步的優(yōu)化方案，所述受力底板上還設(shè)有若干用于防止所述繩帶在瞬間受力時(shí)作用力偏離導(dǎo)力圓柱的小擋板。
[0010]作為本發(fā)明一種懸掛式非平衡動(dòng)態(tài)張力傳感器進(jìn)一步的優(yōu)化方案，所述小擋板為兩個(gè)，分別設(shè)置在所述受力底板的兩端。
[0011]作為本發(fā)明一種懸掛式非平衡動(dòng)態(tài)張力傳感器進(jìn)一步的優(yōu)化方案，所述電氣盒子包含無線發(fā)送模塊，用于將采集到的受力數(shù)據(jù)發(fā)送至外部。
[0012]本發(fā)明采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果:
1.無需固定安裝，可懸掛在繩帶任意處進(jìn)行測(cè)量；
2.采用滾筒設(shè)計(jì)，有效避免瞬態(tài)大張力下，繩帶受大摩擦力而引起的燒蝕現(xiàn)象；
3.采用非平衡的結(jié)構(gòu)，應(yīng)變片能夠僅貼在傳感器的一側(cè)底板上，引線易受保護(hù)，不易在測(cè)量過程中被拉扯斷，并且可將引線與相關(guān)器件集中至盒子中保護(hù)，使得安裝方便；
4.采用特殊設(shè)計(jì)的擋板，與三軸式受力主體的配合使用，一方面來固定繩帶，保證測(cè)量穩(wěn)定性；另一方面有效消除動(dòng)態(tài)測(cè)量時(shí)非均勻力的不良影響，保證動(dòng)態(tài)測(cè)量時(shí)的準(zhǔn)確性；
5.整體結(jié)構(gòu)簡單，方便拆卸及安裝，非平衡式的結(jié)構(gòu)保證了在每次安裝繩帶后并不需要另外進(jìn)行相關(guān)標(biāo)定，即可投入使用，可做到重復(fù)利用，大大減少了實(shí)驗(yàn)的人力財(cái)力。
【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明懸掛式非平衡動(dòng)態(tài)張力傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是本發(fā)明懸掛式非平衡動(dòng)態(tài)張力傳感器的拆卸安裝示意圖；
圖3是本發(fā)明懸掛式非平衡動(dòng)態(tài)張力傳感器中繩帶穿行方式的示意圖；
圖4是本發(fā)明懸掛式非平衡動(dòng)態(tài)張力傳感器三軸型受力主體結(jié)構(gòu)的示意圖；
圖5是本發(fā)明懸掛式非平衡動(dòng)態(tài)張力傳感器的應(yīng)力云圖；
圖6是是本發(fā)明懸掛式非平衡動(dòng)態(tài)張力傳感器中應(yīng)變片貼片位置的示意圖；
圖7是本發(fā)明懸掛式非平衡動(dòng)態(tài)張力傳感器中電氣盒子的示意圖；
圖8-a、圖8-b分別是本發(fā)明懸掛式非平衡動(dòng)態(tài)張力傳感器中擋板結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)圖和應(yīng)力云圖。
[0014]圖中，1-電氣盒子，2-三軸型受力主體，3-滾筒，4-擋板，5-導(dǎo)力圓柱，6-繩帶，
7-小擋板，8-錐度結(jié)構(gòu)，9-懸臂梁，10-應(yīng)變片，11-錐度孔。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)說明:
本發(fā)明公開了一種懸掛式非平衡動(dòng)態(tài)張力傳感器，包含三軸型受力主體、檔板、第一至第三螺帽、第一至第三滾筒、第一至第四應(yīng)變片、繩帶和電氣盒子；
所述三軸型受力主體包含受力底板和第一至第三導(dǎo)力圓柱；
所述第一至第三滾筒均為倒角滾筒；
所述第一導(dǎo)力圓柱、第三導(dǎo)力圓柱垂直設(shè)置在受力底板的兩端，所述第二導(dǎo)力圓柱垂直設(shè)置在受力底板的中間，且所述第一至第三導(dǎo)力圓柱與受力底板之間分別設(shè)有與所述第一至第三滾筒對(duì)應(yīng)的倒角；
所述第一至第三滾筒對(duì)應(yīng)嵌套在所述第一至第三導(dǎo)力圓柱上；
所述第二導(dǎo)力圓柱