利用应变片检测活塞位移的方法与流程

本发明涉及一种位移传感器，特别是用板弹簧支撑的直线压缩机的位移检测装置。

背景技术

直线压缩机使用板弹簧支撑活塞组件，而它的位移检测对压缩机的余隙控制非常重要。现有的位移信号检测方法有电感式线性差动变压器、电容式传感器、电阻式传感器等方法。电感式线性差动变压器为非接触测量，线性度及稳定性好，但需要一定的安装空间，技术复杂，成本高，对于有体积限制的装置不太适用。电容式传感器也需要安装空间，专门设计。而电阻式传感器，可以通过弹簧片的变形间接测量，结构简单，不需要单独的安装空间。

应变数据采集仪主要用于应力分析及研究材料任意部位的静态应变测量，配以电阻应变式传感器，可测量力、压力、位移、振幅、速度、加速度等物理变化过程。若采用1/4桥路连接方式，则桥路输出电压较低，灵敏度差，位移数据非线性度相对较差。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种利用应变片检测活塞位移的方法，并提高测量活塞位移的精确性。

本发明提出的利用应变片检测活塞位移的方法，包括板弹簧、应变片、应变桥盒和应变数据采集仪。将应变片粘贴到板弹簧的涡旋臂上，并将应变片信号线连接到应变桥盒上，应变桥盒与应变数据采集仪连接。当直线压缩机活塞有一定的位移时，板弹簧产生一定的形变，应变片感受到形变后，其中的电阻大小发生变化，将形变信号转换为电信号，然后通过信号线传输到应变数据采集仪，通过计算机监控显示信号曲线并记录位移数据。

本发明的应变片检测活塞位移的方法，采用单面两个、双面两个或双面四个应变片的粘贴方式。应变片粘贴位置可以为板弹簧涡旋臂尾部。由应力分析可知，涡旋臂尾部产生的应力最大，形变也相对较大，更能准确地采集形变信号。采用单面两个或双面两个应变片的粘贴方式时，与应变桥盒连接成半桥形式，可以提高输出灵敏度，改善数据非线性度。采用双面四个应变片的粘贴方式时，与应变桥盒连接成全桥形式，相同侧的两个应变片粘贴到涡旋臂对称或产生相同形变的位置，以更好地提高测量数据的线性度。当应变片连接线较细较短时，通过接线过渡片将信号线转接。应变片及接线过渡片均使用胶粘到板弹簧的合适位置，以使信号线安全稳定地固定，不易断裂。

本发明的应变桥盒的接线方法根据半桥及全桥的逻辑图布置。应变桥盒上有8个接线柱，当应变桥盒为无短接片时，其内部有三个120ω的电阻，并以一定的形式连接。当使用半桥逻辑图时，应变片信号线与应变桥盒相应的几个接线端子连接，部分连接端子使用短接线连接。当使用全桥逻辑图时，应变桥盒无短接线，使用相应的接线端子连接。

本发明的利用应变片检测活塞位移的方法的优点和积极作用：

本发明的使用应变片测量直线压缩机活塞位移的方法，不占用额外的空间，不增加压缩机长度，成本低。使用应变桥盒连接方式，操作方法简单，灵敏度高，产生的位移数据线性度好。使用应变数据采集仪连接计算机，可以使压缩机活塞位移可视化，并记录位移数据，方便对压缩机位移的控制研究。

附图说明

图1为本发明板弹簧与压缩机活塞的连接方式。

图2为本发明板弹簧与两个应变片采用双面粘贴方式的示意图。

图3为本发明双面粘贴应变片与应变桥盒连接采用半桥方式接线的示意图。

图4为本发明板弹簧与应变桥盒之间信号线采用接线过渡片的示意图。

图5为本发明板弹簧与两个应变片采用单面粘贴方式的示意图。

图6为本发明单面粘贴应变片与应变桥盒连接采用半桥方式接线的示意图。

图7为本发明板弹簧与四个应变片采用双面粘贴方式的示意图。

图8为本发明应变片与应变桥盒连接采用全桥方式接线的示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明，但不应以此限制本发明的保护范围。

如图1所示，直线压缩机使用板弹簧10支撑活塞41，使用连接件42将板弹簧10和活塞41连接起来，并使用螺母43将板弹簧10中心与连接件42固定。使用螺钉44将板弹簧10外缘固定。

一种利用应变片检测活塞位移的方法，如图2、图3所示，包括板弹簧10、应变片100(110)、应变桥盒20和应变数据采集仪24。板弹簧10包括涡旋臂11、涡旋槽12、中心孔13和外缘孔14。将应变片100(110)粘贴到板弹簧10的涡旋臂11上，并将应变片100(110)的信号线101(111)连接到应变桥盒20上，应变桥盒20与应变数据采集仪24连接。当直线压缩机活塞41有一定的位移时，板弹簧10产生一定的形变，应变片100(110)感受到形变后，其中的电阻大小发生变化，将形变信号转换为电信号，然后通过信号线101(111)和应变桥盒连接线22传输到应变数据采集仪24，通过计算机监控显示信号曲线并记录位移数据。

应变片100(110)阻值为120ω，灵敏系数为2.0。贴片前先将板弹簧涡旋臂11表面部位用细砂纸打磨去除氧化层，打磨方向应与应变片100(110)的丝栅方向成45°左右；然后用脱脂棉醮丙酮或无水乙醇将贴片部位擦洗干净，并将应变片100(110)粘贴面擦干净。使用快干胶(501或502胶水)粘贴，若是长期测试则采用加温固化胶。贴片时应在应变片100(110)上面盖一张聚乙烯薄膜，用手指均匀地滚压，将多余的粘接剂和气泡挤出。要求达到胶层均匀无气泡，位置准确。而且贴片时一般相对湿度不应超过65％。

图2所示采用双面两个应变片100(110)的粘贴方式。应变片100(110)粘贴位置为板弹簧涡旋臂11尾部，且在板弹簧10正反两个表面的相同位置。由应力分析可知，涡旋臂11尾部产生的应力最大，形变也相对较大，更能准确地采集形变信号。应变片100(110)的信号线101(111)与应变桥盒20连接成半桥形式，桥路输出电压是1/4桥的2倍，可以提高输出灵敏度，改善数据非线性度。图3所示半桥的接线方法，应变桥盒20的接线柱21有1～8共8个接线端子。应变片100的两条信号线101与应变桥盒20的接线端子2、3连接。应变片110的两条信号线111与应变桥盒20的接线端子1、2连接。应变桥盒20的接线端子3、6和4、5之间使用短接线23连接。

如图4所示，当应变片信号线101(111)较细较短时，通过接线过渡片25将信号线101(111)转接。应变片100(110)及接线过渡片25均使用胶粘到板弹簧10的合适位置，以使信号线101(111)安全稳定地固定，不易断裂。

如图5所示，采用单面两个应变片160(170)的粘贴方式时，与应变桥盒20连接成半桥形式，两个应变片160与170粘贴到涡旋臂11对称或产生相同形变的位置，以提高测量数据的线性度。如图6所示单面两个应变片采用半桥接法的应变桥盒连接方式，桥路输出电压是1/4桥的2倍，可以提高输出灵敏度和数据线性度。应变片160的信号线161连接应变桥盒20的接线端子1、2。应变片170的信号线171连接应变桥盒20的接线端子3、4。接线端子2、7和4、5之间使用短接线23连接。

如图7所示，采用双面四个应变片120(130、140、150)的粘贴方式时，与应变桥盒20连接成全桥形式，同侧的两个应变片120与140粘贴到涡旋臂11对称或产生相同形变的位置。另一侧的应变片130与150分别粘贴到应变片120与140反面位置。如图8所示全桥的应变桥盒连接方式，桥路输出电压是1/4桥的4倍，显著提高了输出灵敏度和数据线性度。应变片120的信号线121连接应变桥盒20的接线端子1、2。应变片130的信号线131连接应变桥盒20的接线端子2、3。应变片140的信号线141连接应变桥盒20的接线端子3、4。应变片150的信号线151连接应变桥盒20的接线端子4、1。

当使用上述不同的应变片与应变桥盒之间的接线方法时，若应变片信号线较细较短时，均可以使用图4的接线过渡片25进行转接。

本发明的使用应变片测量直线压缩机活塞位移的方法，不占用额外的空间，不增加压缩机长度，成本低。使用应变桥盒连接方式，操作方法简单，灵敏度高，产生的位移数据线性度好。使用应变数据采集仪连接计算机，可以使压缩机活塞位移可视化，并记录位移数据，方便对压缩机位移的控制研究。