[发明专利]载荷测量方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于载荷测量的方法和装置，并且更特别是，本发明涉及一种在具有转动轴的机械控制装置(例如用于流体流动控制装置的阀致动器)上进行轴向载荷测量。载荷测量可以用来导出扭矩测量。

背景技术

流体流动控制装置包括用于液体和气体的装置。用于流体流动控制装置的阀致动器是公知的，并且可以机械操作。例如，阀致动器可以手动驱动、通过其中轴直接或间接连接到流体操作活塞上的流体压力操作或者通过电液压或电流体装置驱动。传统阀致动器包括电驱动输入轴，输入轴可以相对低的扭矩、相对高的速度转动。输入轴可经由例如蜗轮或螺旋螺纹和螺母的减速齿轮转动相对高扭矩、低速输出轴。

希望的是确定通过输出轴产生的扭矩。例如，在阀完全闭合和座置时，开启阀所需的扭矩可以显著较高。连续检测扭矩可指出阀是否磨损或卡住。扭矩测量中的趋势是可以提前维护。如果扭矩超过预定许可程度，可以设置超越关闭特征。

输入轴上轴向力的测量可用来确定由输出轴传递的扭矩。轴向载荷乘以蜗轮节圆半径是由输出轴传递的扭矩。

用于测量转动轴的端部推力或扭矩的传统装置是公知的，并且包括授予Desch的美国专利No.412168描述的推力-扭矩转换器。推力-扭矩转换器包括具有可动芯体的LVDT(线性可变差动变压器)，可动芯体与轴对准、固定并与其一起转动，并且产生与推力或扭矩相对应的输出信号。但是，为了提供转换器在轴顺时针和逆时针转动过程中操作，Desch的推力-扭矩转换器需要预先设置推力轴承的隔膜。Desch的推力-扭矩转换器不能检测轴向载荷在轴上的任何不对准。

用于指示轴上的载荷的另一传统装置在授予Riester的美国专利No.5503045中描述。蜗轮上增加的载荷造成蜗杆轴向移动以及安装在蜗杆上的薄膜盘的伴随变形。盘的一侧形成周向延伸的环形凹口。盘的中央部分通过位于盘的一侧上的轴向轴承和布置在盘的相对侧上的套筒相对于蜗杆固定而不轴向移动。位于盘的另一侧上的应变(strain)测量带随着蜗杆的移动而产生测量的变化。Riester的装置不提供用于检测载荷在轴上的任何不对准。

因此，有利的是提供一种用于使用输入轴的轴向移动来测量输出轴产生的扭矩以及检测载荷在输入轴上任何不对准的技术。

发明内容

本发明在多个代表性实施例中提供一种可用来确定载荷的载荷测量方法和装置，该载荷包括但不局限于转动轴上的载荷。具有转动轴的机械控制装置(例如用于流体流动控制装置的阀致动器)包括本发明的载荷测量装置。

按照本发明的一个实施例，机械控制装置包括构造成转动的轴、可操作地连接到轴上并构造成在轴的轴向移动时变形的梁以及与至少一个梁连接并构造成产生输出与轴的轴向移动成正比的信号的传感器。梁可在大致其整个长度上具有大致一致的截面。

机械控制装置可另外包括用于将轴的轴向移动传递到梁的轴承。轴承可包括围绕轴布置并接触梁的第一表面的第一环形轴承以及围绕轴布置并接触梁的第二、相对表面的第二环形轴承。另外包含在机械控制装置内的是围绕轴的环形主体，其中梁从轴承朝着环形主体延伸。梁的一部分固定在环形主体上。壳体可固定在环形主体上，并且构造成使得轴相对于壳体轴向运动。

机械控制装置的传感器的输出信号可识别蜗杆的任何不对准。传感器可包括至少一个应变计。机械控制装置的梁可包括金属，并还可包括以围绕轴的辐条形式配置的离散梁的阵列。

按照本发明的另一实施例，用于测量转动轴上的轴向载荷的载荷传感器包括具有保持在两个轴承之间的第一端部的至少一个偏移梁，每个轴承可操作地连接到转动轴上，以便将轴的轴向运动传递到至少一个偏移梁(作为偏移)，以及可操作连接在至少一个偏移梁上并构造成测量至少一个偏移梁的偏移的传感器。

传感器可包括至少一个应变计，并且至少一个偏移梁包括具有大致一致宽度和厚度的离散金属区段。至少一个偏移梁可具有固定在用于载荷传感器的壳体上的第二端部，壳体构造成使得转动轴相对其中相对轴向移动。

载荷传感器可另外包括包围转动轴的环形主体。至少一个偏移梁可包括从轴朝着环形主体向外延伸并围绕轴以辐条形式配置的偏移梁的阵列，其中每个偏移梁的第二部分固定在环形主体上。壳体可固定在环形主体上，轴构造成相对于壳体轴向运动。偏移梁阵列的每个偏移梁包括可操作连接其上的传感器，每个传感器与涉及到蜗杆的任何不对准的输出装置连通。