本實(shí)用新型涉及測量技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于載荷加載裝置的力傳感器。

背景技術(shù)：

在需要高輸出力值、高精度、保壓性能好的大噸位加載設(shè)備中，普遍采用液壓油缸作為施力裝置，其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、輸出力值可隨油缸內(nèi)液壓油壓強(qiáng)的高低而調(diào)節(jié)，保壓性能相對穩(wěn)定精度高。例如橋梁靜載試驗(yàn)機(jī)，大噸位壓力機(jī)和橋梁張拉機(jī)等。液壓油缸的輸出力值獲得有多種方法，一、油缸工作截面X液壓油壓強(qiáng)值＝輸出力值。這種方法因?yàn)槭怯?jì)算值，不可控因素很多，誤差較大，不能滿足高精度力值輸出的要求。二、力傳感器與油缸串接，即將力傳感器安裝在油缸的前端或后端，直接測量和反饋油缸產(chǎn)生的輸出力值，可以減少誤差的產(chǎn)生，實(shí)現(xiàn)智能化控制，但大噸位力傳感器對彈性體要求很高、體積大，安裝在結(jié)構(gòu)上有很多困難。

在實(shí)現(xiàn)智能控制的輸出力設(shè)備上，采用力系中串接大力值力傳感器是首選，而高精度大力值傳感器幾何尺寸很大(1000KN以上的)，尤其是軸向尺寸必須滿足要求，才能達(dá)到設(shè)計(jì)精度。高精度立柱式傳感器的彈性體有效工作區(qū)的長度和直徑之比大于2，即L/d>2才能滿足精度要求，但是如果軸向長度過長，在受壓狀態(tài)下穩(wěn)定性變差。如限制軸向尺寸要求，傳感器只能降低長度和直徑之比，這樣大大降低了傳感器的精度，較也很難達(dá)到使用要求。若要實(shí)現(xiàn)智能控制，在施力裝置的力系上直接串入大力值力傳感器，不僅增加了設(shè)備的尺寸還降低了力系的穩(wěn)定性，又因?yàn)樵O(shè)備中空間的限制，大力值傳感器的串入有很多不便。并且，打力值傳感器在存在偏載荷時會使得彈性體產(chǎn)生橫向變形，影響傳感器的檢測精度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此,本實(shí)用新型的目的在于提供一種能夠提高檢測精度的力傳感器。

本實(shí)用新型提供的力傳感器，包括彈性體和加載墊，所述彈性體為柱狀體，所述加載墊設(shè)置在所述彈性體的一端；所述加載墊的一端與所述彈性體配合，另外一端為載荷施力端。

優(yōu)選地，所述彈性體包括第一端和相對的第二端，在彈性體的第一端設(shè)置有第一配合面，在加載墊與第一配合面的接觸端設(shè)置有第二配合面，所述第一配合面和第二配合面為球面配合。

優(yōu)選地，在所述彈性體的軸線上形成有貫通所述彈性體軸向的通孔。

優(yōu)選地，在所述通孔內(nèi)靠近所述彈性體第一端的端部，設(shè)置有固定結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選地，在所述加載墊上與所述通孔對應(yīng)的位置設(shè)置有插入孔；

所述固定結(jié)構(gòu)包括卡栓和卡片；

所述卡栓包括相互連接的卡栓頭和卡栓柱，所述插入孔和所述卡栓柱之間為螺紋連接，所述卡栓頭和卡片位于所述通孔內(nèi)，所述卡栓柱通過所述卡片后旋入所述插入孔內(nèi)。

優(yōu)選地，所述卡栓柱和卡片之間為間隙配合，和/或，所述卡片和通孔之間為過盈配合。

優(yōu)選地，所述卡栓柱和卡片之間的間隙為4-5mm。

優(yōu)選地，在所述第二端上設(shè)置有定位結(jié)構(gòu)，用于對所述彈性體進(jìn)行定位。

優(yōu)選地，所述定位結(jié)構(gòu)包括定位柱，所述定位柱的一部分位于所述通孔內(nèi)。

優(yōu)選地，所述定位柱和通孔之間為間隙配合。

本申請中，通過設(shè)置加載墊，可在存在偏載荷時，調(diào)整彈性體的受力情況，可有效提高力傳感器的檢測精度。

附圖說明

通過以下參照附圖對本實(shí)用新型實(shí)施例的描述，本實(shí)用新型的上述以及其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將更為清楚，在附圖中：

圖1為本申請中的加載裝置的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為圖1中的A部放大圖；

圖3為圖1中的B部放大圖；

圖4為本申請中的液壓缸整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為圖1中的C部放大圖(為了更加清楚，圖1中的定位柱41 被省去)。

具體實(shí)施方式

以下基于實(shí)施例對本實(shí)用新型進(jìn)行描述，但是本實(shí)用新型并不僅僅限于這些實(shí)施例。

本申請中的載荷加載裝置，特別是帶有力傳感器的加載裝置用于對待測對象施加載荷，例如橋梁靜載試驗(yàn)機(jī)、大噸位壓力機(jī)和橋梁張拉機(jī)等。如圖1所示，本申請中的加載裝置包括加載主體1和力傳感器2，所述力傳感器2設(shè)置在加載主體1上，用于測量加載主體1所施加的載荷大小。所述加載主體可以為液壓缸或者其他的施力結(jié)構(gòu)，例如機(jī)械傳動結(jié)構(gòu)等，其中優(yōu)選的為液壓缸10。所述液壓缸10包括缸體11和活塞 12，所述活塞12包括活塞本體121和活塞桿122。所述活塞本體121能夠在缸體11內(nèi)沿缸體11的內(nèi)部往復(fù)滑動，從而使得活塞桿122能夠往復(fù)移動，對待測對象施加載荷。

如圖1-2所示，所述力傳感器2為大力值、立柱式傳感器，包括傳感器彈性體21和加載墊22，所述加載墊22設(shè)置在彈性體21的一端。所述加載墊22的一端與所述彈性體21配合，另外一端為加載施力端，與待測對象接觸，從而能夠?qū)⒓虞d到待測對象上的載荷力直接傳遞到彈性體21上，通過檢測彈性體21的彈性變形而測量載荷力的大小。該另外一端的端面優(yōu)選形成為平面，便于力的穩(wěn)定傳遞。通過設(shè)置加載墊22，可在存在偏載荷時，調(diào)整彈性體21的受力情況，可有效提高力傳感器2 的檢測精度。

所述彈性體21為柱狀體，包括第一端和相對的第二端。在一個優(yōu)選實(shí)施例中，在彈性體21的第一端設(shè)置有第一配合面211，在加載墊22 與第一配合面211的接觸端設(shè)置有第二配合面221，通過所述第一配合面211和第二配合面221的配合使得所述彈性體21和加載墊22之間能夠?qū)崿F(xiàn)很好的力傳遞。優(yōu)選地，所述第一配合面211和第二配合面221 為球面配合。其中，可以是第一配合面211為凸球面，第二配合面221 為相對應(yīng)的凹球面，如圖1-2所示。也可以第一配合面211為凹球面，第二配合面221為凸球面，都可以實(shí)現(xiàn)相同的功能。這樣，通過將第一配合面211和第二配合面221設(shè)置為球面配合，可以實(shí)現(xiàn)彈性體21和加載墊22之間力傳遞時的自動調(diào)整，例如，當(dāng)載荷力存在除與彈性體21 的軸線平行的主載荷外，還存在其他偏載荷時，所述加載墊22和彈性體 21之間可以進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，以克服受力過程中的偏心力，使得受力方向不會發(fā)生變化，不會影響彈性體21的正常工作。

如圖4所示，在一個優(yōu)選實(shí)施例中，在所述活塞桿122的自由端設(shè)置有凹槽123，所述力傳感器2的一端設(shè)置在所述凹槽123內(nèi)。具體地，所述彈性體21的第二端設(shè)置在所述凹槽123內(nèi)。優(yōu)選地，所述彈性體 21的第二端端面為平面，所述凹槽123的槽底面1231也為平面，這樣可方便地將液壓缸10的力傳遞到彈性體21上，從而能夠通過加載墊22 傳遞到待測對象上，對待測對象施加載荷力，同時通過彈性體21的彈性變形檢測載荷力的大小。所述彈性體21的長度L和直徑D之比優(yōu)選為 L/D>2，這樣能夠達(dá)到高精度力柱傳感器的尺寸要求。由于在活塞桿122 的自由端設(shè)置有凹槽123，力傳感器2的一部分放入該凹槽123內(nèi)，即能保證大力值力傳感器的尺寸符合精度要求，又不增加設(shè)備整體的體積，原有系統(tǒng)不必作任何的改造，不影響力系的穩(wěn)定性，能夠得到穩(wěn)定的高精度智能施力控制系統(tǒng)。同時，力傳感器的彈性體21直接檢測載荷力的大小，對載荷力的測量準(zhǔn)確、精度高。優(yōu)選地，將力傳感器2的大部分嵌入所述活塞桿122上的凹槽123內(nèi)，能夠降低受力接觸高度，不占用系統(tǒng)的高度空間且結(jié)構(gòu)簡單。

如圖1-2所示，在一個優(yōu)選實(shí)施例中，在所述彈性體21的軸線上形成有貫通所述彈性體軸向的通孔212，所述通孔212優(yōu)選為圓柱形通孔，其截面直徑優(yōu)選為30-40mm。通過設(shè)置該通孔212，使得彈性體21在加工過程中淬火時，能夠減小彈性體21的淬火壁厚，使得彈性體21的淬火結(jié)果更加均勻，大大提高彈性體的制造精度、工作性能和工作壽命。

如圖1-2所示，優(yōu)選地，在所述通孔212內(nèi)靠近所述彈性體21第一端的端部，也就是通孔212與加載墊22相接合的一端設(shè)置有固定結(jié)構(gòu)3，該固定結(jié)構(gòu)用于將加載墊22臨時地固定在所述彈性體21上，可以防止加載墊22隨意脫離所述彈性體21，造成加載墊22的丟失。

如圖2-3所示，在一個優(yōu)選實(shí)施例中，所述固定結(jié)構(gòu)3包括卡栓31 和卡片32，所述卡栓31包括卡栓頭311和卡栓柱312。所述卡栓頭311 和卡栓柱312優(yōu)選為圓柱體，兩者在軸向上依次連接，所述卡栓頭311 的直徑大于所述卡栓柱312的直徑，但小于所述通孔212的直徑。在所述加載墊22上與所述通孔212對應(yīng)的位置設(shè)置有插入孔222。優(yōu)選地，所述插入孔222與所述卡栓柱312之間為螺紋連接。所述卡片32為墊片狀，其外徑大于所述卡栓頭311的外徑，其內(nèi)徑大于所述卡栓柱312的外徑，所述卡片32套設(shè)在卡栓頭311和加載墊22的端部之間的卡栓柱 312上，并位于所述通孔212內(nèi)。所述卡片32和卡栓柱312之間形成間隙配合,兩者之間的間隙優(yōu)選為4-5mm；所述卡片32和通孔212之間為過盈配合，但過盈量不宜太大，以使得能夠方便地將所述卡栓31和卡片 32從所述通孔212內(nèi)取出。在所述卡片32和卡栓柱312之間設(shè)置比較大的間隙配合，這樣，在存在偏載荷的情況下，當(dāng)所述加載墊22產(chǎn)生一定的偏移、卡栓31隨著加載墊22同時偏移時，卡片32不會對卡栓31 的移動、進(jìn)而對加載墊22的移動產(chǎn)生干涉，提高了載荷加載裝置的適用性。通過所述卡片32和通孔212之間的過盈配合可以使得所述卡片32 能夠保持在固定位置，從而將加載墊22和彈性體21臨時地固定在一起。當(dāng)需要取下加載墊22時，只要將所述加載墊22向上翹起，克服卡片32 和通孔212之間的較小的過盈配合的結(jié)合力，就可方便地將加載墊22 取下，不會破壞加載墊22和彈性體21的結(jié)構(gòu)以及兩者之間的連接結(jié)構(gòu)，方便易操作。

如圖1所示，優(yōu)選地，為了方便彈性體21在活塞桿122內(nèi)的裝配，所述彈性體21設(shè)置為階梯狀，其中小外徑的部分插入所述活塞桿122 的凹槽123內(nèi)，大外徑的部分露出所述凹槽123，這樣可在保證測量精度的情況下方便力傳感器2的裝配。

在一個優(yōu)選實(shí)施例中，為了對彈性體21進(jìn)行支撐，使得彈性體21 能夠處于良好的受力狀態(tài)，在所述凹槽123靠近槽口的位置設(shè)置有支撐結(jié)構(gòu)1232，所述支撐結(jié)構(gòu)1232優(yōu)選為支撐環(huán)(參見圖4)。該支撐環(huán)能夠起到導(dǎo)向和支撐作用，當(dāng)出現(xiàn)偏載時支撐環(huán)能夠支撐所述彈性體21 的外圓柱面。同時，該支撐結(jié)構(gòu)1232還能使得在所述彈性體21的外壁和凹槽123的側(cè)壁之間形成一定的間隙，例如形成1mm左右的間隙，這樣，當(dāng)彈性體21在載荷的作用下產(chǎn)生微變形時，凹槽123的側(cè)壁不會對彈性體21的變形產(chǎn)生干涉，能夠有效增加彈性體21的靈敏度，提高檢測精度。

如圖4、圖5所示，在一個優(yōu)選實(shí)施例中，為了對彈性體21進(jìn)行準(zhǔn)確定位，使得在存在偏向載荷時，彈性體21不會橫向移位，在所述彈性體21和活塞桿122之間設(shè)置有定位結(jié)構(gòu)4。所述定位結(jié)構(gòu)4包括定位柱 41，在所述凹槽123的槽底上，開設(shè)有與所述通孔212相對的定位孔 1233。所述定位孔1233的直徑稍小于所述通孔212的直徑。所述定位孔 1233優(yōu)選為盲孔，其孔深小于所述定位柱41的長度。裝配后，所述定位柱41一部分位于所述定位孔1233內(nèi)，該部分與所述定位孔1233之間形成過盈配合，過盈量為0.02mm左右；另外一部分位于所述通孔212 內(nèi)，該部分與所述通孔212之間形成間隙配合，間隙量為0.1mm左右。這樣，定位柱41能夠?qū)λ鰪椥泽w21形成準(zhǔn)確的定位，同時還非常方便將所述彈性體21從所述定位柱41上取下，不會破壞所述彈性體21 的結(jié)構(gòu)。所述空位柱41的長度不宜過長，優(yōu)選為5-10mm，這樣可在實(shí)現(xiàn)定位的同時不影響彈性體21和凹槽123之間的配合。

如圖1-2所示，優(yōu)選地，在所述彈性體21露出所述凹槽123的部分的側(cè)壁上設(shè)置有適配器5，用于生成和傳輸彈性體21的檢測數(shù)據(jù)。為了檢測彈性體21的位移情況，在所述適配器5上設(shè)置有位移傳感器6，所述位移傳感器優(yōu)選為拉繩傳感器，所述拉繩傳感器的拉繩的一端設(shè)置在適配器5上，另外一端設(shè)置在所述活塞缸體11上，優(yōu)選設(shè)置在缸體11 與所述適配器相對的表面上。這樣，當(dāng)所述彈性體21隨所述活塞桿122 往復(fù)移動時，可通過該位移傳感器6方便地檢測到活塞桿122、彈性體 21的移動情況以及它們的移動位置；同時，還能監(jiān)控力系在受力時的速度和變形，在本申請的智能施力控制系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)雙控。

本申請中的加載裝置還包括控制器，用于根據(jù)力傳感器2測得的力值和想要達(dá)到的力的目標(biāo)值調(diào)整液壓缸10的工作過程，例如調(diào)節(jié)液壓缸 10的液壓油的壓強(qiáng)和流量。

本申請中，將原來的受力接觸面由活塞的頂部下移到活塞桿凹槽的底部，使力傳感器的大部分鑲嵌在活塞桿的凹槽內(nèi)部，只把傳感器的適配器與頂部的球面部份露在外面，達(dá)到了即能保證大力值力傳感器的尺寸符合精度要求，又不增加設(shè)備整體的體積，不影響力系的穩(wěn)定性的目的。

為了便于描述，下面以液壓缸10豎直放置、活塞桿122的自由端朝向上方的放置方式對本申請中的載荷裝置的工作過程進(jìn)行說明。本申請中的加載裝置的工作過程為：啟動裝置，液壓缸10的下油口進(jìn)油，推動活塞12，活塞12推動力傳感器2一同向上運(yùn)動，當(dāng)力傳感器2上面的加載墊22與受力系統(tǒng)(待測對象)的上橫梁接觸后整體受力，力傳感器 2將所受的力傳輸給控制系統(tǒng)，通過控制系統(tǒng)根據(jù)力值的大小控制液壓缸10，例如控制液壓缸10中的液壓油的壓強(qiáng)和流量，根據(jù)工藝要求進(jìn)行加壓、保壓、減壓、回油等操作，完成整個操作過程。

本申請中的加載裝置采用力傳感器檢測和反饋施力的方式，輸出力值為加載裝置的直接受力值，數(shù)值可靠，誤差小。實(shí)現(xiàn)壓力系統(tǒng)智能數(shù)值采集反饋控制。施力主體采用液壓油缸施力，受力狀態(tài)穩(wěn)定，壓力高，沒有外力干擾，結(jié)構(gòu)簡單易操作。根據(jù)力傳感器的特點(diǎn)，將力傳感器的大部分鑲嵌在液壓缸10的活塞12內(nèi)，將活塞12與力傳感器2的接觸面降低到活塞桿122的底部，降低了壓力接觸面，即保證了大噸位力傳感器在尺寸上的要求，又簡化了整體系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，減少了因力傳感器所占用的空間。本申請中將將力傳感器設(shè)計(jì)成受力體(彈性體21)的長度/ 直徑>2的形狀，根據(jù)受力狀態(tài)和大噸位力傳感器的特點(diǎn)，可以簡化力傳感器的結(jié)構(gòu)，大大降低傳感器的材料成本，提高精度。本申請中的立柱式力傳感器，受力合理，其頂部設(shè)計(jì)成凸/凹球面，配合一個帶凹/凸球面的加載墊，形成一對球面壓力副，當(dāng)受力支架產(chǎn)生變形時可自動調(diào)正接觸方向。本申請?jiān)诹鞲衅鞯倪m配器中加裝了一套位移傳感器6，該位移傳感器6的一端安裝在適配器盒內(nèi)，另一端與活塞缸體11相連，當(dāng)液壓缸10帶動力傳感器2上升時，位移傳感器6通過拉繩也同時測出相應(yīng)的位移，配合控制系統(tǒng)，達(dá)到力傳感器和位移傳感器雙控的效果。

應(yīng)當(dāng)說明的是，在本申請文件中，諸如“第一”、“第二”之類的關(guān)系術(shù)語僅僅用來將某個實(shí)體或操作與另一實(shí)體或操作區(qū)分開，而不一定要求或者暗示這些實(shí)體或操作之間存在任何這種實(shí)際的關(guān)系或者順序。另外，術(shù)語“包括”、“包含”或者其任何其它變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設(shè)備不僅包括那些要素，而且還可以包括沒有明確列出的其它要素，或者是還可以包括為這種過程、方法、物品或者設(shè)備所固有的要素。除非另有定義，本文中所使用的技術(shù)和科學(xué)術(shù)語與本實(shí)用新型的技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員通常理解的含義相同。本文中使用的術(shù)語只是為了描述具體的實(shí)施目的，不是旨在限制本實(shí)用新型。本文中出現(xiàn)的諸如“部件”等術(shù)語既可以表示單個的零件，也可以表示多個零件的組合。本文中出現(xiàn)的諸如“安裝”、“設(shè)置”等術(shù)語既可以表示一個部件直接附接至另一個部件，也可以表示一個部件通過中間件附接至另一個部件。本文中在一個實(shí)施方式中描述的特征可以單獨(dú)地或與其它特征結(jié)合地應(yīng)用于另一個實(shí)施方式，除非該特征在該另一個實(shí)施方式中不適用或是另有說明。

以上所述僅為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例，并不用于限制本實(shí)用新型，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，本實(shí)用新型可以有各種改動和變化。凡在本實(shí)用新型的精神和原理之內(nèi)所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。