[实用新型]一种具有平整受压面的垫片式传感器

说明书

本实用新型属于传感器技术领域，公开了一种具有平整受压面的垫片式传感器，包括弹性管柱体、测量电路，所述弹性管柱体的中间为与螺栓套配的通孔，所述测量电路包括由应变片和标准电阻组成的测量电桥，所述应变片顺轴向方向粘贴在弹性管柱体外侧面上；其特征在于，还包括橡胶环，所述橡胶环套装在弹性管柱体上，所述测量电路设置在橡胶环与弹性管柱体之间，传感器上下表面对应螺母圆压面的部位为垂直于垫片中间通孔轴心的平整的受压面。本实用新型相比现有垫片式传感器，显著提高了较大压力下所应用的螺栓连接的可靠性与稳定性。

技术领域

本实用新型属于传感器技术领域，涉及垫片式传感器，尤其是指适用于检测螺栓预紧力的垫片传感器。

背景技术

风力发电、石油化工等大型工程装备中，需要（同时）使用较多大号螺栓紧固件，施工中紧固的扭矩参数可以通过液压扭矩扳手等工具来保障。但是，实际的螺栓旋紧扭矩与拉伸紧固力并不一定是一致的，且后者常更具有可信性。

以垫片式传感器直接检测螺杆在紧固中的拉伸受力，可以支持紧固施工中标准规范的推行，也可使得相关装备常规运行中对紧固力的组网监测成为可能。

大型装备中的螺栓拉伸力往往在数百、数千吨级，装备安装时各点位的螺栓预紧力需要满足一定安装施工要求，而安装以后又需要进行持续的检测和维护。这对传感器和配套应用技术提出了更严苛和复杂的要求。

现有的垫片式传感器有采用电阻、电感、声波等各种原理技术设计的，其中，采用电阻应变片的垫片传感器因在结构力学、方案成本、应用可靠性、可维护及耐久性等方面，都更具优势，成为垫片式传感器的主流选择，本实用新型采用了电阻应变片半桥采集垫片上承载的压力信号。

电阻应变片压力传感器的工作原理是：将应变片贴在受压变形的结构处，并将应变片与标准电阻并联组成平衡电桥，当贴有应变片的结构处受压变形，应变片随之被拉伸或压缩，电桥失去平衡，电桥电路输出与压力成一定关系的电压。根据电压通过一定的换算关系则可以计算获得实际压力值。

按结构形式来分，采用电阻应变片原理的压力传感器主要有剪切梁式、弹性管柱式两种。

剪切梁式垫片传感器，将应变片沿径向贴在剪切梁上，剪切梁式结构因其在压力方向上占用空间相对较小，在用于螺栓预紧力检测的垫片式传感器中被选用得较多。但是剪切梁结构承重能力差，剪切梁结构的垫片传感器不适用于桥梁、风力发电等大型工程中所使用的预紧力上吨级的螺栓。

弹性管柱式垫片传感器，将应变片沿轴向贴在管柱外壁上，弹性管柱式垫片传感器承重能力强，可以适用于桥梁、风力发电等电型工程中所使用的预紧力上吨级的螺栓。对于弹性管柱式的垫片式压力传感器来说，其压力检测性能的优劣，决定于贴有应变片的弹性管柱在承压时的变形量与所承受压力之间的线性对应关系（压力x时，变形量为L，当压力增加到2x，变形量应当为2L），因此为了避免传感器的其它部件（壳体、内部结构等）影响弹性管柱的变形量，管柱式的垫片传感器，可以设计为管柱上端（承压端）与壳体不连接（可自由活动），并且凸出壳体的上表面，这种结构的缺点是：当将其用于螺栓预紧力检测时，会影响螺栓连接的稳定性和可靠性。对于螺栓连接来说，被连接件上分别承受螺母和螺帽压力的部位，应当是垂直于螺栓轴线的平面，以防止螺栓在拧紧过程中发生倾斜，以保证螺栓连接的稳定性和可靠性。

为了解决这个问题，一种可选方案是，将壳体上盖与管柱固定，形成一个平整的传感器上表面，传感器使用时，上盖和管柱上端一起受压移动。这种结构虽然可以避免不平整的受压面影响螺栓连接的稳定性和可靠性，但是，为了避免壳体以及其它结构影响管柱受压时的变形量，上盖与壳体之间不能固定连接，也不能对上盖设置其它轴向支撑结构，其缺点是，上盖受力不均时很容易导致管柱损坏。

发明内容

本实用新型目的在于针对螺栓预紧力检测监测需要，提供一种即不影响螺栓连接的稳定性和可靠性，又不影响检测精度的垫片式传感器结构方案。