一种测试拉力传感器的安全型反力装置的制作方法

一种测试拉力传感器的安全型反力装置
【技术领域】
1.本发明涉及力值的测试装置领域，具体是一种测试拉力传感器的反力装置。


背景技术：

2.力标准机根据其力产生原理可分为四类：静重式力标准机、杠杆式力标准机、液压式力标准机、叠加式力标准机。力标准机可以产生标准力值，用于检定、校准测力仪或传感器等仪器。目前，大力值量程的力标准机大部分是压向的，无法直接检测大力值的拉力传感器。而大力值的拉力传感器通常体积大、重量重、搬运困难，这对传感器的检测带来了极大困难。而对于一些小力值的拉力传感器在力标准机、疲劳试验机上检测时，同样需要辅助机构将压向力转化为拉向力。并且，在压向力转化为拉向力的装置结构中，如何保证力的方向和大小一致成为辅助装置的关键。所以，针对以上难题，亟需设计辅助机构进行解决。
3.公开号为cn114088287a的中国发明，和公开号为cn216646703u和cn216646667u的中国发明，提供了一种测试拉力传感器的反力装置，通过上、下两个球头固定拉力传感器后，可将施于上反力架顶板上的压向力转化为拉力传感器两端的拉向力，并保证力的方向和大小一致，从而实现拉力传感器的测试。但是，由于这种大力值拉力传感器在测试过程中由于承受的载荷很大，可以达到30mn，甚至更高。如果在测试过程中发生断裂，那么将会对力标准机造成巨大的冲击，从而将会对力标准机和操作人员带来很大的风险。因此还需提升其防护功能。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题，在于提供一种测试拉力传感器的安全型反力装置，通过实时监测上反力架的下降速度和倾斜程度，若上反力架的下降速度和倾斜程度是超出阀值，则触发力标准机卸掉载荷，从而保障了传感器的拉力测试的安全性。
5.本发明是这样实现的：一种测试拉力传感器的安全型反力装置，其特征在于：包括上反力架、下反力架和实时监测装置；
6.所述上反力架包括上反力架顶板、上反力架球头座、上反力架立柱和下球头；所述上反力架立柱的两端分别固定连接于所述上反力架顶板和所述上反力架球头座，上反力架球头座的下表面形成一下球面，所述下球头自由配合于所述下球面内并设有第一固定部，用于固定连接拉力传感器的下端；
7.所述下反力架包括下反力架球头座、下反力架底板、下反力架立柱和上球头；所述下反力架立柱的两端分别固定连接于所述下反力架球头座和所述下反力架底板，所述下反力架球头座的上表面形成一上球面，所述上球头自由配合于所述上球面内并设有第二固定部，用于固定连接拉力传感器的上端；
8.其中，所述上反力架球头座位于所述下反力架底板的上方，所述下反力架球头座位于所述上反力架顶板的下方；
9.所述实时监测装置包括多个激光位移测距传感器和一计算模块，激光位移测距传
感器分布于所述下反力架底板的不同位置上，在力标准机对缓冲预警型装置的载荷增加的过程中，对所述上反力架球头座的下降距离进行监测，并将监测所得的下降距离发送给所述计算模块，由计算模块计算所述上反力架的下降速度和倾斜程度，并判断所述下降速度和倾斜程度是否超出阀值，若是，则触发力标准机卸掉载荷。
10.进一步的，所述下反力架球头座、所述上反力架球头座以及所述下支架顶板三者的横截面均为带倒角的等边三角形结构；所述下支架底板的横截面则为圆形结构；所述下反力架球头座和所述上反力架球头座的边角方向对应一致布置，并与所述下支架顶板的边角方向相错开；各上支架立柱设置在所述下反力架球头座、所述上反力架球头座的角部之间，各下支架立柱则设在所述下支架顶板的角部与所述下反力架底板之间；所述激光位移测距传感器则与所述上反力架球头座的角部下方。
11.进一步的，本发明还包括上缓冲装置和下缓冲装置；所述上缓冲装置位于所述上反力架顶板与所述上球头之间；所述下缓冲装置位于所述下球头的下方。
12.进一步的，所述上缓冲装置或所述下缓冲装置包括一底板和复数个薄壁管套件，所述复数个薄壁管套件固定在所述底板上。
13.进一步的，任一所述薄壁管套件包括三层内外嵌套设置的金属薄壁管。
14.进一步的，所述下反力架底板的中心具有一镂空，所述下缓冲装置位于所述镂空处，且所述薄壁管套件正对于所述下球头的下方。
15.进一步的，本发明还包括防护装置，所述防护装置包括多个防护门框和防爆防冲透明板，所述防爆防冲透明板嵌在所述防护门框内；所述防护装置围在由所述上反力架、所述下反力架、所述上缓冲装置和所述下缓冲装置构成的主体之外形成一个屏障。
16.所述防护门框的底部设有移动轮，所述防爆防冲透明板为防弹玻璃。
17.所述激光位移测距传感器的测量精度为0.1mm，所述计算模块为远程计算机。
18.本发明的优点在于：本发明的反力装置设置了交错布置的下反力架和上反力架实现了将压向力转化为拉向力，即可实现传感器的拉力测试，且在下反力架的上端和上反力架的下端分别设置球头座，通过球头座与球头的自动对心作用，保证传递至传感器上各处的拉力的方向和大小一致，大大提高了力值传递的精度，且结构简单。同时，还通过实时监测装置对上反力架的下降速度和倾斜程度进行判断，若上反力架的下降速度和倾斜程度是超出阀值，则触发力标准机卸掉载荷，从而保障了传感器的拉力测试的安全性。本发明还可通过上缓冲装置和下缓冲装置有效防止在拉向力传感器校准过程中，因传感器发生断裂而产生巨大的冲击力将对力标准机造成的重大损伤，从而很好地保护了力标准机。
【附图说明】
19.下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的说明。
20.图1是本发明反力装置的整体结构示意图。
21.图2是本发明反力装置的俯视结构示意图。
22.图3是本发明反力装置的纵向结构剖视示意图。
23.图4是本发明上缓冲装置或下缓冲装置的结构示意图。
24.图5是本发明上缓冲装置或下缓冲装置的轴向剖视结构示意图。
25.图6是本发明上缓冲装置或下缓冲装置承担巨大的冲击力后产生变形状态的示意
图。
26.图7是本发明具有防护装置的反力装置的整体结构示意图。
27.图8是本发明防护装置中防护门框的整体结构示意图。
28.图9是本发明反力装置处于测试状态时的纵向结构剖视示意图。
【具体实施方式】
29.本发明实施例通过提供一种测试拉力传感器的安全型反力装置，通过实时监测上反力架的下降速度和倾斜程度，若上反力架的下降速度和倾斜程度是超出阀值，则触发力标准机卸掉载荷，从而保障了传感器的拉力测试的安全性
30.本发明实施例中的技术方案为解决上述问题，总体思路如下：设置了交错布置的下反力架和上反力架实现了将压向力转化为拉向力，即可实现传感器的拉力测试，且在下反力架的上端和上反力架的下端分别设置球头座，通过球头座与球头的自动对心作用，保证传递至传感器上各处的拉力的方向和大小一致，大大提高了力值传递的精度，且结构简单。同时，通过实时监测上反力架的下降速度和倾斜程度，若上反力架的下降速度和倾斜程度是超出阀值，则触发力标准机卸掉载荷，从而保障了传感器的拉力测试的安全性。还进一步通过上缓冲装置和下缓冲装置有效防止在拉向力传感器校准过程中，传感器一旦发生断裂，拉伸力在瞬间释放，产生巨大的冲击力，将对力标准机造成重大损伤，从而很好地保护了力标准机。
31.为了更好地理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
32.请参阅图1至图9所示，本发明的测试拉力传感器的缓冲预警型反力装置100，包括上反力架1、下反力架1和实时监测装置5；
33.所述上反力架1包括上反力架顶板11、上反力架球头座12、上反力架立柱13和下球头14；所述上反力架立柱13的两端分别固定连接于所述上反力架顶板11和所述上反力架球头座12，上反力架球头座12的下表面形成一下球面122，所述下球头14自由配合于所述下球面122内并设有第一固定部142，用于固定连接拉力传感器200的下端；
34.所述下反力架2包括下反力架球头座21、下反力架底板22、下反力架立柱23和上球头24；所述下反力架立柱22的两端分别固定连接于所述下反力架球头座21和所述下反力架底板22，所述下反力架球头座21的上表面形成一上球面212，所述上球头24自由配合于所述上球面212内并设有第二固定部242，用于固定连接拉力传感器200的上端；
35.所述上反力架球头座11位于所述下反力架底板22的上方，所述下反力架球头座21位于所述上反力架顶板11的下方；
36.所述实时监测装置5包括多个激光位移测距传感器51和一计算模块52，激光位移测距传感器51分布于所述下反力架底板22的不同位置上，在力标准机300对缓冲预警型装置51的载荷增加的过程中，对所述上反力架球头座12的下降距离进行监测，并将监测所得的下降距离发送给所述计算模块，由计算模块52计算所述上反力架1的下降速度和倾斜程度，并判断所述下降速度和倾斜程度是否超出阀值，若是，则触发力标准机卸掉载荷。
37.下降速度的判断是：判断单位时间内下降距离是否突然增大，或突然增大则说明下降速度变大，若下降速度超出阀值，则很可能发生危险；
38.倾斜程度的判断过程是：判断多个激光位移测距传感器51之间监测的下降距离是否差别较大，若差值超出阀值，则很可能发生危险。
39.所述上反力架顶板11、所述上反力架球头座12以及所述下反力架球头座21三者的横截面均为带倒角的等边三角形结构，所述下反力架底板22的横截面则为圆形结构；所述上反力架顶板11和所述上反力架球头座12的边角方向对应一致布置，并与所述下反力架球头座21的边角方向相错开。如此，各上反力架立柱13可以设置在所述上反力架顶板11、所述上反力架球头座12的角部，各下反力架立柱23则可以设在所述下反力架球头座21的角部，从而，可使上反力架立柱13和下反力架立柱23错开不会产生干涉；且激光位移测距传感器52和油缸支撑组件61也可以分布于所述上反力架球头座12的角部，由于角部位置相隔距离更大，因此更利于倾斜程度的判断。
40.所述第一固定部142为设在所述上反力架球头座12中心处的第一螺接通孔；所述第二固定部242设在所述下反力架球头座21中心处的第二螺接通孔。
41.所述上反力架球头座12和下反力架球头座21均为推力关节轴承球座，下球头14和上球头24均为推力关节轴承球头，从而可更好地通过推力关节轴承座与推力关节轴承球头的自由配合原理形成上下自动对心。
42.所述下球头14和所述上球头24的大小均对应拉力传感器200的规格设置，且所述上反力架球头座12为可拆卸地连接在所述上反力架球头座12的上表面并与所述下球头14匹配；所述下反力架球头座21为可拆卸地连接在所述下反力架球头座21的下表面并与所述上球头24匹配。
43.进一步的，作为上述实施例更为具体或更优的实现方式，上述实施例还可包括上缓冲装置3和下缓冲装置4。
44.所述上缓冲装置3位于所述上反力架顶板11与所述上球头24之间；
45.所述下缓冲装置4位于所述下球头14的下方。
46.所述上缓冲装置3包括一底板31和复数个薄壁管套件32，所述复数个薄壁管套件32固定在所述底板31上。
47.所述下缓冲装置4的结构可与所述上缓冲装置3完全一致，即所述下缓冲装置4包括一底板41和复数个薄壁管套件42，所述复数个薄壁管套件42固定在所述底板41上，固定时，可以采用焊接或者胶粘方式固定均可。
48.任一所述薄壁管套件32(42)包括三层内外嵌套设置的金属薄壁管，内层直径小，外层直径大，金属材质可以是碳钢或合金钢，壁厚以0.5-5mm为宜。
49.所述下反力架底板22的中心具有一镂空221，所述下缓冲装置4位于所述镂空221处，且所述薄壁管套件42正对于所述下球头14的下方。将下缓冲装置4与下反力架底板22设为两个分体的部件，是便于下缓冲装置4的更换。
50.进一步的，作为上述实施例更为具体或更优的实现方式，本发明还可包括辅助安装机构6。
51.所述辅助安装机构6包括油缸支撑组件61和油缸控制系统；所述油缸支撑组件61为复数个，均匀布设在所述上反力架球头座12与所述下反力架底板22之间。油缸支撑组件61通过油缸控制系统的控制，用于在安装反力装置时可对上反力架进行支撑。
52.所述油缸支撑组件61进一步包括油缸611、推力关节轴承球座612和推力关节轴承
球头613；所述油缸611设在所述下反力架底板22上；所述推力关节轴承球座612设在上反力架球头座12的底部，所述推力关节轴承球头613设在所述推力关节轴承球座612内并连接所述油缸611的活塞杆6112。
53.进一步的，作为上述实施例更为具体或更优的实现方式，本发明还包括防护装置7，所述防护装置7包括多个防护门框71和防爆防冲透明板72，所述防爆防冲透明板72嵌在所述防护门框71内；所述防护装置7围在由所述上反力架1、所述下反力架2、所述上缓冲装置3和所述下缓冲装置4构成的主体之外形成一个屏障。其中，所述防护门框71的底部设有移动轮73，便于移动，所述防爆防冲透明板72为防弹玻璃，从而便于操作人员在检测期间观察反力装置的工作状态，保护操作人员的生命安全。
54.关于本发明实施例各组成部分的相互连接关系：上反力架立柱13与上反力架顶板11和上反力架球头座12之间，下反力架立柱22与下反力架球头座21和下反力架底板22之间可采用螺钉或者别的紧固件锁紧，上、下球头与上、下反力架球头座之间则为自由配合，上、下球头和力传感器一般可采用螺纹配合，针对特殊形状的传感器可以采用平面配合。
55.主要如图9所示，本发明的的操作过程以及工作原理如下:
56.①
将下反力架底板22放置在工作台301的中心，在下反力架底板22的镂空处放入下缓冲吸能装置4；
57.②
在下反力架底板22上放置厚度约20mm的两块长条状铁板，再将下球头放置铁板上；
58.③
薄型油缸611上升，将上反力架球头座12放至三个油缸611上方，然后将上反力架立柱13安装至上反力架球头座12上；
59.④
将拉力传感器200的一端安装至下球头14，然后依次安装下反力架立柱23和下反力架球头座21；
60.⑤
将上球头24安装至拉向力传感器200的另一端，并且将上缓冲吸能装置3放置上球头24上；
61.⑥
最后，将上反力架顶板11安装至上反力架立柱13上端，薄型油缸611下降直至脱离，在下反力架底板22对应于上反力架球头座12的角部下方放置三个激光位移测距传感器51，安装完成。
62.检测拉力传感器200时，上反力架1受到力标准机300压头302的压力f1和拉力传感器200通过下球头14向上反力架球头座11施加的拉力f3，f1和f3力值相等，方向反向，上反力架1受力平衡，下反力架2同理，此时：
63.|f1|＝|f2|＝|f3|＝|f4|。
64.在拉力传感器200的两端通过螺纹连接锁上上、下球头14和24，球头与反力架球头座接触，这样就具备了自动调心功能，使得被检拉力传感器200受拉力f5和f6，f5和f1力值相等，方向相同，f6和f2力值相等，方向相同，从而将压力转换成拉力。
65.此过程中，如果所述下降速度和倾斜程度超出阀值，则触发力标准机卸掉载荷。如果拉力传感器200发生断裂，拉伸力将在瞬间释放，产生巨大的冲击力，即可通过上下缓冲吸能装置将巨大的能量吸收达到缓冲的效果，防止对力标准机造成重大损伤。
66.本发明的优点在于：本发明的反力装置设置了交错布置的下反力架和上反力架实现了将压向力转化为拉向力，即可实现传感器的拉力测试，且在下反力架的上端和上反力
架的下端分别设置球头座，通过球头座与球头的自动对心作用，保证传递至传感器上各处的拉力的方向和大小一致，大大提高了力值传递的精度，且结构简单。同时，还通过实时监测装置对上反力架的下降速度和倾斜程度进行判断，若上反力架的下降速度和倾斜程度是超出阀值，则触发力标准机卸掉载荷，从而保障了传感器的拉力测试的安全性。本发明还可通过上缓冲装置和下缓冲装置有效防止在拉向力传感器校准过程中，因传感器发生断裂而产生巨大的冲击力将对力标准机造成的重大损伤，从而很好地保护了力标准机。
67.虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本发明的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。

技术特征：
1.一种测试拉力传感器的安全型反力装置，其特征在于：包括上反力架、下反力架和实时监测装置；所述上反力架包括上反力架顶板、上反力架球头座、上反力架立柱和下球头；所述上反力架立柱的两端分别固定连接于所述上反力架顶板和所述上反力架球头座，上反力架球头座的下表面形成一下球面，所述下球头自由配合于所述下球面内并设有第一固定部，用于固定连接拉力传感器的下端；所述下反力架包括下反力架球头座、下反力架底板、下反力架立柱和上球头；所述下反力架立柱的两端分别固定连接于所述下反力架球头座和所述下反力架底板，所述下反力架球头座的上表面形成一上球面，所述上球头自由配合于所述上球面内并设有第二固定部，用于固定连接拉力传感器的上端；其中，所述上反力架球头座位于所述下反力架底板的上方，所述下反力架球头座位于所述上反力架顶板的下方；所述实时监测装置包括多个激光位移测距传感器和一计算模块，激光位移测距传感器分布于所述下反力架底板的不同位置上，在力标准机对缓冲预警型装置的载荷增加的过程中，对所述上反力架球头座的下降距离进行监测，并将监测所得的下降距离发送给所述计算模块，由计算模块计算所述上反力架的下降速度和倾斜程度，并判断所述下降速度和倾斜程度是否超出阀值，若是，则触发力标准机卸掉载荷。2.如权利要求1所述的一种测试拉力传感器的安全型反力装置，其特征在于：所述下反力架球头座、所述上反力架球头座以及所述下支架顶板三者的横截面均为带倒角的等边三角形结构；所述下支架底板的横截面则为圆形结构；所述下反力架球头座和所述上反力架球头座的边角方向对应一致布置，并与所述下支架顶板的边角方向相错开；各上支架立柱设置在所述下反力架球头座、所述上反力架球头座的角部之间，各下支架立柱则设在所述下支架顶板的角部与所述下反力架底板之间；所述激光位移测距传感器则与所述上反力架球头座的角部下方。3.如权利要求1所述的一种测试拉力传感器的安全型反力装置，其特征在于：还包括上缓冲装置和下缓冲装置；所述上缓冲装置位于所述上反力架顶板与所述上球头之间；所述下缓冲装置位于所述下球头的下方。4.如权利要求1所述的一种测试拉力传感器的安全型反力装置，其特征在于：所述上缓冲装置或所述下缓冲装置包括一底板和复数个薄壁管套件，所述复数个薄壁管套件固定在所述底板上。5.如权利要求4所述的一种测试拉力传感器的安全型反力装置，其特征在于：任一所述薄壁管套件包括三层内外嵌套设置的金属薄壁管。6.如权利要求4所述的一种测试拉力传感器的安全型反力装置，其特征在于：所述下反力架底板的中心具有一镂空，所述下缓冲装置位于所述镂空处，且所述薄壁管套件正对于所述下球头的下方。7.如权利要求1所述的一种测试拉力传感器的安全型反力装置，其特征在于：还包括防护装置，所述防护装置包括多个防护门框和防爆防冲透明板，所述防爆防冲透明板嵌在所述防护门框内；所述防护装置围在由所述上反力架、所述下反力架、所述上缓冲装置和所述下缓冲装置构成的主体之外形成一个屏障。
8.如权利要求7述的一种测试拉力传感器的安全型反力装置，其特征在于：所述防护门框的底部设有移动轮，所述防爆防冲透明板为防弹玻璃。9.如权利要求1所述的一种测试拉力传感器的安全型反力装置，其特征在于：所述激光位移测距传感器的测量精度为0.1mm，所述计算模块为远程计算机。

技术总结
本发明提供了一种测试拉力传感器的安全型反力装置，包括包括上反力架、下反力架和实时监测装置；下反力架和上反力架交错布置，实现了将压向力转化为拉向力，即可实现传感器的拉力测试，且在下反力架的上端和上反力架的下端分别设置球头座，通过球头座与球头的自动对心作用，保证传递至传感器上各处的拉力的方向和大小一致，大大提高了力值传递的精度，且结构简单。同时实时监测装置对上反力架的下降速度和倾斜程度进行判断，若上反力架的下降速度和倾斜程度是超出阀值，则触发力标准机卸掉载荷，从而保障了传感器的拉力测试的安全性。从而保障了传感器的拉力测试的安全性。从而保障了传感器的拉力测试的安全性。


技术研发人员：阙鹏峰 林硕 谢杰 张勇 王秀荣 韦铁平 寇超
受保护的技术使用者：福建省计量科学研究院（福建省眼镜质量检验站）
技术研发日：2022.11.25
技术公布日：2023/9/23