[其他]大量程机电位移传感器

说明书

机电位移传感器是一种能直接测量位移的量测仪表。

为克服各种建筑结构试验中单纯使用常用的机械式位移表（即百分表）测量位移时所遇到的困难，如用于进行高空作业中的位移测量、多点位移同时测量等。国内外已制成多种既可机测又可电测的机电位移传感器，它们是在原有机械式位移表的基础上装置一个电测位移传感器构成机电位移传感器，如日本产共和DT－10、DT－20，以及日本产SHOWA的TCL－30等。这些机电位移传感器的电测装置均由簧片支架、非等强度的悬臂簧片、复位弹簧、4只应变片接成的全桥式的桥路组成，应变片在悬臂簧片前后侧面上粘贴的位置要求严格对称，与此桥路配套的二次仪表只能用专用仪表。这些机电位移传感器均存在如下缺点：

1、电测读数和机测读数不对应、不直观，使用时需要换算；

2、机电量化（校正）系数不统一，各系列机电传感器之间互换性、通用性差，使用极不方便；

3、上述机电位移传感器的最大量程上限为30mm，尚无量程上限大于30mm的产品问世；

4、不能同常用的二次仪表配套使用，使用范围受到限制。

本实用新型的任务在于研制一种系列之间机电量化（校正）系数一致、互换性通用性好、机测电测读数完全对应、精度高、测读方便、最大量程上限高、且可与常用的二次仪表配套使用的新型机电位移传感器。

图面说明：图1为本设计的机电位移传感器的原理结构图。图中1为用于固定电测位移传感器的簧片支架，它固定在机械式位移表的壳体内壁上，2为固定在簧片支架〔1〕上的悬臂簧片，3为可在悬臂簧片〔2〕上滑动，由滑块和固定螺丝组成的弹簧构架，4为其两端分别同机械式位移表测杆〔6〕和弹簧构架〔3〕相连接的复位弹簧，5为由应变片接成半桥式或全桥式的桥路。图2表示悬臂簧片〔2〕工作原理图。图中X表示电阻应变片与悬臂簧片〔2〕的悬臂端间的距离，S表示复位弹簧〔4〕的静态长度，P为由于测杆〔6〕位移时对复位弹簧〔4〕施加的力，δ₁表示复位弹簧〔4〕受力时的变形量，δ₂表示悬臂簧片〔2〕悬臂端在垂直方向的位移量。

本设计的机电位移传感器是在已有的机械式位移表的表内装置一套电测位移传感器。该位移传感器中的电测位移传感器的原理结构如图1所示，它利用电桥、悬臂梁弹性变形及变形量可调等原理，对现有的机电位移传感器中的电测位移传感器加以改进。具体结构是：作为整个电测位移传感器支座的簧片支架〔1〕固定在机械式位移表壳体的内壁上。簧片支架〔1〕上装有一个悬臂簧片〔2〕，其几何形状以等强度梁结构为最佳。它用弹性材料制成，装配时悬臂簧片〔2〕与机械式位移表测杆间形成夹角α，根据位移传感器量程大小，α取值为50°～90°。在悬臂簧片〔2〕上设置一个由开有滑槽的滑块和固定螺丝组成的弹簧构架〔3〕，该滑块用金属材料制成。弹簧构架〔3〕与机械式位移表的测杆之间用复位弹簧〔4〕相连接。在悬臂簧片〔2〕上粘贴有2片或4片电阻应变片组成的半桥式或全桥式的桥路〔5〕，电阻应变片在悬臂簧片〔2〕上的粘贴位置无需力求对称。

本设计中的电测位移传感器的工作原理是：当被测物体产生位移时，测杆〔6〕通过复位弹簧〔4〕牵引弹簧构架〔3〕带动悬臂簧片〔2〕，使悬臂簧片〔2〕弯曲变形，引起粘贴在悬臂簧片〔2〕上的应变片的电阻值发生变化，此时由应变片组成的半桥式或全桥式的桥路〔5〕便有电信号输出。上述过程把非电量的位移量转换成电量输出，达到了测量位移的目的。需要指出的是，机电量化（校正）系数的一致性是依赖于弹簧构架〔3〕在悬臂簧片〔2〕上移动至某一位置并通过固定螺丝加以固定来实现的。由于悬臂簧片〔2〕采用等强度梁结构形式，因而给应变片粘贴工艺带来很大的方便，即此时悬臂簧片〔2〕几何尺寸一定后，应变片在悬臂簧片〔2〕上的粘贴位置与X值大小无关。

本机电位移传感器同已有的机电位移传感器比较，具有下列的优点：

1、电测读数和机测读数完全对应，使用时无需换算；

2、不同量程的系列机电位移传感器的机电量化（校正）系数都是统一的，互换性通用性好，使用方便；

3、本机电位移传感器的最大量程上限可达200mm；

4、本机电位移传感器可同常用的二次仪表配套使用，扩大了应用范围。

实施例：量程为0～200mm机电位移传感器，采用如图1所示的结构，及图2所示的工作原理。簧片支架〔1〕上所装的悬臂簧片〔2〕与机械式位移表测杆间成夹角α为50°～80°，应变片额定电阻值为120Ω±1％组成全桥式的桥路〔5〕，悬臂簧片〔2〕用皮青铜制成。其几何尺寸为：厚度0.3～0.6mm，长度25～35mm，固定端处最大宽度8～14mm，构成等强度梁结构。弹簧构架〔3〕的滑块用铜制成，复位弹簧〔4〕用直径φ0.1～0.2mm钢丝绕制而成。经调整弹簧构架〔3〕在悬臂簧片〔2〕最佳位置并拧紧固定螺丝后，应变片桥路〔5〕的满量程输出量为10000με±0.5％，滞后和线性误差小于0.5％，最小分辨率为1με，灵敏系数K＝2，在0～200mm量程内，机电量化系数始终保持0.02mm／1με。