[發明專利]扭力傳感器

有效

• 申請號: 201010501515.1
• 申請日: 2010-10-05
• 公開（公告）號: CN102445289A
• 公開（公告）日: 2012-05-09
• 發明（設計）人: 楊錦堂;李健
• 申請（專利權）人: 楊錦堂
• 主分類號: G01L1/00
• 分類號: G01L1/00;G01L1/16;G01L1/26
• 代理公司: 青島發思特專利商標代理有限公司 37212
• 代理人: 鞏同海

技術領域

本發明涉及一種基于壓力應變材料的扭力傳感系統，尤其涉及一種在大載荷扭轉力工作環境下檢測的傳遞扭轉力或扭矩的傳感器。

背景技術

傳感器領域發展迅速，產生了如壓變、壓阻和壓電等多種傳感器。特別是近些年來壓電傳感器發展迅速。壓電式傳感器的原理是基于某些晶體材料的壓電效應，目前廣泛使用的壓電材料有石英和高鈦酸鉛等，當這些晶體受壓力作用發生機械變形時，在其相對的兩個側面上產生異性電荷即“壓電效應”。由于壓電傳感器是基于這種壓電材料的力-電強耦合效應而制成，通過直接獲取電信號的強度來感知受到機械負載的強度，所以這類傳感器傳感靈敏度高，傳感精確，信號獲取方便，傳感器結構緊湊簡捷，使用方便，目前在眾多領域得以廣泛應用。但是，目前采用壓應變傳感的材料或器件多數用于制造拉力或壓力傳感器，用于扭力或扭矩傳感的應用相對較少，這主要是由于壓應變材料或器件不容易集成在扭轉系統中直接通過采集壓力信號來獲得扭力或扭矩。另外，由于壓應變傳感材料，如壓電材料，多屬于脆性材料，其抗拉、壓強度較低，所以利用其制成的壓電傳感器往往不能承受大載荷。如目前市場上的一款壓電式傳感器：CZ-YB系列壓電式壓力傳感器，其承載能力只能為幾十千帕。所以采用壓應變傳感材料由于其強度的缺陷也限制了這類材料或其器件在大扭力或大扭矩壓傳感方面的應用。

并且，由于應變傳感材料其拉、壓電特性往往不同，如采用單一壓電材料制成的正向和反向的雙向扭力或扭矩傳感器，往往存在傳感信號不一致，正、反向扭力或扭矩測量范圍偏差較大的缺陷，使制造正、反雙向扭力或扭矩傳感器存在困難。

發明內容

本發明的技術效果能夠克服上述缺陷，提供一種扭力傳感器，其可以準確測量雙向扭力的大小。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：其包括中心軸、套筒，中心軸的圓周上沿中心軸的軸向間隔設有凹槽，相鄰的凹槽之間形成凸起，凸起上交替設置連接齒條，中心軸通過連接齒條與套筒套接；套筒上設置緊固件，套筒與中心軸之間通過緊固件固接；凹槽內設置壓應變材料體，壓應變材料體的兩側分別與凹槽的槽壁接觸，壓應變材料體的一側與凸起固接。

該發明中所包含的中心軸為一在其軸側面沿其軸向開有直凹槽的軸體，凹槽的個數為兩個或兩個以上。設置連接齒條的凸起的底端設有小導角槽，小導角槽與凹槽連通，以便連接齒條呈柔性鉸鏈的形式，在其受到外圓周方向的扭轉力時較容易產生彎曲彈性變形。壓應變材料體可設置多個，可設置在兩個小導角槽開口方向不同的凹槽內或兩個以上的小導角槽開口方向不同的凹槽內。

連接齒條外端面還攻有螺紋，連接套筒可為以螺紋管，連接齒條與套筒之間通過螺紋連接并旋緊。由于設置連接齒條的中心軸處的外徑R大于不設置連接齒條的中心軸處的外徑r，所以旋緊后的連接套筒內側只與中心軸的連接齒條接觸，而與不設置連接齒條的凸起不接觸，未設置連接齒條的凸起與套筒內壁之間的距離為0.2-40mm。連接套筒和中心軸的連接齒條之間銷有裝配緊固件，以使裝配定位后的連接套筒與中心軸上的連接齒條剛性連接，以保證在連接套筒做正向和反向扭轉時，接觸面間無松動或相對移動。

凸起側面設置緊固螺栓，凸起通過緊固螺栓與壓應變材料體固接。正向壓應變材料體和反向壓應變材料體分別置于不同的中心軸上的凹槽中。放置后，可以通過在非接觸齒條上的螺紋孔，用緊固螺栓調整應變傳感材料體的安裝間隙并緊固在中心軸上。根據以上的結構和裝配形式，所提出發明的扭矩傳感裝置，當受到連接套筒的扭轉作用時，中心軸上的接觸齒條由于與連接套筒剛性連接，所以外套筒的扭力將傳遞到中心軸的連接齒條上，由于該齒條為一柔性鉸鏈形式，所以中心軸的連接齒條將沿外力方向發生局部微彈性變形，從而擠壓與其相接觸連接的壓應變傳感材料體，致使其產生應變信號。此時，如果外套筒為正向旋轉，則會擠壓正向壓應變傳感材料體，產生正向扭力應變信號；如果外套筒為反向旋轉，則會擠壓反向壓應變傳感材料體，產生反向扭力應變信號。并且，所產生的信號強度與施加在外套筒上的扭轉力成對應關系，即通過測量壓應變傳感材料體產生的信號，可以測量外部施加的扭轉力。

同時，由于中心軸上連接齒條在軸向上有較厚的尺度，所以連接齒條在套筒軸向拉力和壓力的強度可以遠大于其所能承受的周向彎曲強度。因此，所提出的扭力傳感器可以與壓力或拉力傳感器串接使用，在不影響拉、壓力傳感的同時，實現扭力傳感，從而制成實現拉、壓、扭力三分量一體化測試傳感器。

與現有技術相比，本發明具有以下優點：

1.實現了緊湊結構下的正、反向的雙向扭力檢測；