一种万吨级测力装置标准传感器的布局结构及其配置方法

技术领域

本发明涉及大力值测定技术领域，特别是一种万吨级测力装置标准传感器的布局结构及其配置方法。

背景技术

标准测力机根据基本原理主要分为杠杆机、静重机和叠加式力标准机，由于杠杆机和静重机都是以砝码作为力源，对于千吨乃至万吨级超大型测力机而言，若通过砝码重力作为标准负荷，砝码势必十分庞大，加载十分困难，故对于超大型测力机通常采用叠加式力标准机。叠加式力标准机是以液压或者机械力发生器作为力源，力值大小是由标准传感器测定。标准传感器需要到高一级的测力机上去检定，得出它的力学特性才能用来确定力值。由于目前市面上能找到达到要求力值精度的标准传感器的最大力值仅达到千吨级，故目前国内仅有千吨级的测力机。

随着科技发展和人民生活水平要求的提高，特别是在基础建设、大型桥梁建设中需要对受力部件的性能进行测定或监测，大型桥梁上的一些部件受力已经达到了万吨级别，需要万吨级的力传感器来确定这些大型受力部件的性能或受力状态，以确保桥梁等基础设施的安全性。而这些万吨级力传感器的检测精度需要通过万吨级测力装置(力标准机)进行校准检定。如果测力装置要达到万吨级则至少需要并联9个千吨标准传感器，如果是简单地将9个传感器并联排布，则会造成各传感器受力不均衡，影响力值测定结果。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的是提供了一种万吨级测力装置标准传感器的布局结构及其配置方法。

为达到上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种万吨级测力装置标准传感器的布局结构，包括底盘、n层分压单元和3

采用本发明技术方案，每个分压器都采用3个支脚分压方式，根据三点平衡原理，能确保每个支脚受力均衡，将力稳定传递到底部并联的所有标准传感器上，提高测力准确度；若标准传感器采用符合测量精度要求的千吨标准传感器，则测力装置或力标准机则能测定出符合测量精度要求的万吨力，填补了万吨级测力装置和力标准机领域的全球技术空白。

进一步地，同一层分压单元中的分压器尺寸相同,不同层分压单元中的分压器尺寸从上往下逐渐变小。

进一步地，每个分压器的3个支脚成圆周阵列分布。

采用上述优选的方案，结构更为紧凑，受力更为均衡平稳。

进一步地，相接触的标准传感器上端面与分压器支脚底面中，标准传感器上端面或者分压器支脚底面为球形面；相接触的分压器上端面与上层分压器支脚底面中，分压器上端面或者上层分压器支脚底面为球形面。

采用上述优选的方案，接触面采用球形面和平面配合，能自动矫正高度差，调整受力点，确保三点受力均衡。

进一步地，在第一层分压单元的分压器盘体与底盘之间设有沿圆周阵列分布的3根拉杆，所述拉杆分布在标准传感器的外围区域，所述拉杆包括上杆体、下杆体、连接套和连接轴，所述上杆体上端通过螺纹连接在最上层分压器盘体底面，所述下杆体下端通过螺纹连接在底盘上端面，所述连接轴下端通过螺纹连接在下杆体上端，所述连接套上端通过螺纹连接在所述上杆体下端，所述连接轴包括位于顶端的大外径轴部和位于中部的小外径轴部，所述连接套包括位于中部的大内孔部和位于下端的小内孔部，所述连接轴的大外径轴部位于所述连接套的大内孔部内且两者之间具有活动间隙，所述连接轴的小外径轴部穿设于所述连接套的小内孔部内且两者之间具有活动间隙。

采用上述优选的方案，由于各层分压单元之间是堆叠式接触，通过拉杆起到辅助支撑防护，既不影响各层分压单元之间的力传递，又起到安全防护作用。

进一步地，n＝2，标准传感器的数量为9个，分压单元的层数为2层，分压单元包括位于上层的第一层分压单元和位于下层的第二层分压单元；

第一层分压单元包括1个第一分压器，所述第一分压器包括第一盘体和3个第一压头，所述第一压头位于所述第一盘体下方；

第二层分压单元包括3个第二分压器，3个第二分压器分别位于3个所述第一压头的正下方，每个所述第二分压器包括第二盘体和3个第二压头，所述第二压头位于第二盘体下方，所述第二盘体与其正上方的第一压头的底面接触。

采用上述优选的方案，使9个标准传感器并列式均衡受力，测力范围增大到单个标准传感器的9倍。

进一步地，在第一分压器的第一盘体下表面安装有第一规制板，第一规制板上开有3个内径稍大于第一压头上端外径的第一通孔，第一压头上端穿过第一通孔且第一压头的上端面抵触在第一盘体下表面；在第二分压器的第二盘体下表面安装有第二规制板，第二规制板上开有3个内径稍大于第二压头上端外径的第二通孔，第二压头上端穿过第二通孔且第二压头的上端面抵触在第二盘体下表面；在所述第二盘体上表面中心位置设有外凸的中心受力部，所述第一压头下表面具有向下凸出的环形围挡，所述环形围挡的内径稍大于第二盘体中心受力部的外径。

采用上述优选的方案，能够稳定分压器位置，防止多次动作后偏位。

进一步地，n＝3,标准传感器的数量为27个，分压单元的层数为3层，分压单元包括位于上层的第一层分压单元、位于中层的第二分压单元和位于下层的第三分压单元；

第一层分压单元包括1个第一分压器，所述第一分压器包括第一盘体和3个第一压头，所述第一压头位于所述第一盘体下方；

第二层分压单元包括3个第二分压器，3个第二分压器分别位于3个所述第一压头的正下方，每个所述第二分压器包括第二盘体和3个第二压头，所述第二压头位于第二盘体下方，所述第二盘体与其正上方的第一压头的底面接触；

第三层分压单元包括9个第三分压器，9个第三分压器分别位于9个所述第二压头的正下方，每个所述第三分压器包括第三盘体和3个第三压头，所述第三压头位于第三盘体下方，所述第三盘体与其正上方的第二压头的底面接触，每个第三压头的底面与一个标准传感器上端面接触。

采用上述优选的方案，能够实现27个标准传感器的并列式分布，测力范围增大到单个标准传感器的27倍，大大提升了测力装置的测力范围。

进一步地，在所述底盘的下方设置有千吨测力单元，所述千吨测力单元包括1个下压头、1个千吨标准传感器和千吨施力源，所述下压头设置在所述底盘中心正下方，所述千吨标准传感器设置在所述下压头和所述千吨施力源之间；在所述千吨施力源向上顶升时，所述下压头与底盘底面相接触；在所述千吨施力源向下回缩时，所述下压头与所述底盘底面相分离；在所述千吨测力单元的外圈还设有万吨施力源，在所述万吨施力源向上顶升施力时，将作用力传递给所述底盘。

采用上述优选的方案，在待测产品为千吨级时，采用千吨测力单元进行测量；在待测产品为万吨级时，采用万吨施力源和上层的并列式传感器集群；这样使得测力装置既能准确地进行万吨力测定，也能进行高精度的千吨力测定，大大扩展了测力装置的测力范围。

一种万吨级测力装置标准传感器的配置方法，包括以下步骤：

步骤1，获取待测产品所需测定的最大力值F1和测试精度要求；

步骤2，选择能达到该测试精度要求的标准传感器，获得标准传感器的可测最大力值F2；

步骤3，计算m＝F1/F2,将m代入公式3

步骤4，通过如权利要求1所述的万吨级测力装置标准传感器的布局结构进行3

采用上述技术方案，合理选用标准传感器的数量来精确测定待测产品。

进一步地，还包括步骤5，在底盘底面下方配置一个标准传感器。

采用上述优选的方案，也能很好地对小一级别的力值进行精准测定。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明标准传感器的布局结构二层分压实施方式的结构示意图；

图2是与图1相对应的剖视图；

图3是拉杆的局部结构示意图；

图4是相邻层分压器接触的局部示意图；

图5是第二分压器上第二盘体的结构示意图；

图6是本发明标准传感器的布局结构三层分压实施方式的展开原理图；

图7是测力装置的结构示意图；

图8是并列式传感器总单元和施力源总单元结合的结构示意图；

图9是与图8相对应的剖视图。

图中数字和字母所表示的相应部件的名称：

10-并列传感器总单元；11-底盘；12-分压单元；121-第一层分压单元；1210-第一分压器；1211-第一盘体；1212-第一压头；1213-环形围挡；122-第二层分压单元；1220-第二分压器；1221-第二盘体；1222-第二压头；1223-第二规制板；1224-第二通孔；1225-中心受力部；123-第三层分压单元；1230-第三分压器；13-标准传感器；14-拉杆；141-上杆体；142-下杆体；143-连接套；1431-大内孔部；1432-小内孔部；144-连接轴；1441-大外径轴部；1442-小外径轴部；20-施力源总单元；21-千吨测力单元；211-下压头；212-标准传感器；213-千吨施力源；22-万吨施力源；30-反力架；301-上压块；302-移动座；40-机架；401-上座体；402-底座。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1、2所示，本发明的一种实施方式为：一种万吨级测力装置标准传感器的布局结构，包括底盘11、n层分压单元12和3

采用上述技术方案的有益效果是：每个分压器都采用3个支脚分压方式，根据三点平衡原理，能确保每个支脚受力均衡，将力稳定传递到底部并联的所有标准传感器上，提高测力准确度；若标准传感器采用符合测量精度要求的千吨标准传感器，则测力装置或力标准机则能测定出符合测量精度要求的万吨力，填补了万吨级测力装置和力标准机领域的全球技术空白。

如图1所示，在本发明的另一些实施方式中，同一层分压单元中的分压器尺寸相同,不同层分压单元中的分压器尺寸从上往下逐渐变小。每个分压器的3个支脚成圆周阵列分布。采用上述技术方案的有益效果是：结构更为紧凑，受力更为均衡平稳。

如图4所示，在本发明的另一些实施方式中，相接触的标准传感器上端面与分压器支脚底面中，标准传感器上端面或者分压器支脚底面为球形面；相接触的分压器上端面与上层分压器支脚底面中，分压器上端面或者上层分压器支脚底面为球形面。采用上述技术方案的有益效果是：接触面采用球形面和平面配合，能自动矫正高度差，调整受力点，确保三点受力均衡。

如图1-3所示，在本发明的另一些实施方式中，在第一层分压单元的分压器盘体与底盘之间设有沿圆周阵列分布的3根拉杆14，拉杆14分布在标准传感器的外围区域，拉杆14包括上杆体141、下杆体142、连接套143和连接轴144，上杆体141上端通过螺纹连接在最上层分压器盘体底面，下杆体142下端通过螺纹连接在底盘11上端面，连接轴144下端通过螺纹连接在下杆体142上端，连接套143上端通过螺纹连接在上杆体141下端，连接轴144包括位于顶端的大外径轴部1441和位于中部的小外径轴部1442，连接套143包括位于中部的大内孔部1431和位于下端的小内孔部1432，连接轴的大外径轴部1441位于连接套的大内孔部1431内且两者之间具有活动间隙，连接轴的小外径轴部1442穿设于连接套的小内孔部1432内且两者之间具有活动间隙。采用上述技术方案的有益效果是：由于各层分压单元之间是堆叠式接触，通过拉杆起到辅助支撑防护，既不影响各层分压单元之间的力传递，又起到安全防护作用。

如图2所示，在本发明的另一些实施方式中，标准传感器13的数量为9个，分压单元的层数为2层，分压单元包括位于上层的第一层分压单元121和位于下层的第二层分压单元122；第一层分压单元121包括1个第一分压器1210，第一分压器1210包括第一盘体1211和3个第一压头1212，第一压头1212位于第一盘体1211下方,3个第一压头1212即为第一分压器1210的3个支脚；第二层分压单元122包括3个第二分压器1220，3个第二分压器1220分别位于3个第一压头1212的正下方，每个第二分压器1220包括第二盘体1221和3个第二压头1222，第二压头1222位于第二盘体1221下方，3个第二压头1222即为第二分压器1220的3个支脚，第二盘体1221与其正上方的第一压头1212的底面接触。采用上述技术方案的有益效果是：使9个标准传感器并列式均衡受力，测力范围增大到单个标准传感器的9倍。

在本发明的另一些实施方式中，在第一分压器的第一盘体下表面安装有第一规制板，第一规制板上开有3个内径稍大于第一压头上端外径的第一通孔，第一压头上端穿过第一通孔且第一压头的上端面抵触在第一盘体下表面；如图5所示，在第二分压器的第二盘体下表面安装有第二规制板1223，第二规制板1223上开有3个内径稍大于第二压头1222上端外径的第二通孔1224，第二压头1222上端穿过第二通孔1224且第二压头1222的上端面抵触在第二盘体1221下表面；如图4所示，在第二盘体上表面中心位置设有外凸的中心受力部1225，第一压头下表面具有向下凸出的环形围挡1213，环形围挡1213的内径稍大于第二盘体中心受力部1225的外径。采用上述技术方案的有益效果是：能够稳定分压器位置，防止多次动作后偏位。

如图6所示，在本发明的另一些实施方式中，标准传感器的数量为27个，分压单元的层数为3层，分压单元包括位于上层的第一层分压单元121、位于中层的第二分压单元122和位于下层的第三分压单元123；第一层分压单元121包括1个第一分压器1210；第二层分压单元122包括3个第二分压器1220；第三层分压单元123包括9个第三分压器1230。采用上述技术方案的有益效果是：能够实现27个标准传感器的并列式分布，测力范围增大到单个标准传感器的27倍，大大提升了测力装置的测力范围。

在图7中，示出了一种测力装置的结构图，测力装置包括机架40、施力源总单元20、并列传感器总单元10和反力架30，机架40包括上座体401、底座402以及两者之间的立柱，反力架30包括上压块301、移动座302以及两者之间的连接螺杆，并列传感器总单元10即采用上述本发明标准传感器的布局结构，施力源总单元20安装在机架上座体401上，反力架的上压块301压在并列传感器总单元10上，待测的受压产品放置在移动座302和上座体401之间，待测的受拉产品连接在移动座302和底座402之间，施力源总单元20向上施加驱动力，通过并列传感器总单元10内的标准传感器确定待测产品所受力值。

如图8、9，为了使得万吨测力装置同时能兼具精确测定千吨力值的能力，在并列传感器总单元10的底盘11的下方设置有千吨测力单元21，千吨测力单元21包括1个下压头211、1个千吨标准传感器212和千吨施力源213，下压头211设置在底盘中心正下方，千吨标准传感器212设置在下压头211和千吨施力源213之间；在千吨施力源213向上顶升时，下压头211与底盘11底面相接触；在千吨施力源213向下回缩时，下压头211与底盘11底面相分离；在千吨测力单元213的外圈还设有万吨施力源22，在万吨施力源22向上顶升施力时，将作用力传递给底盘11。千吨施力源和万吨施力源可以分别单独施力，也可同时施力作用。采用上述技术方案的有益效果是：在待测产品为千吨级时，采用千吨测力单元进行测量；在待测产品为万吨级时，采用万吨施力源和上层的并列式传感器集群；这样使得测力装置既能准确地进行万吨力测定，也能进行高精度的千吨力测定，大大扩展了测力装置的测力范围。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让本领域普通技术人员能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰,都应涵盖在本发明的保护范围内。