專利名稱：多場耦合綜合測試系統(tǒng)中的拉力測量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種多場耦合綜合測試系統(tǒng)中的拉力測量裝置。
背景技術(shù)：
研究表明，有缺陷的高聚物以一定的速度拉伸時，會在裂口周圍產(chǎn)生一定的溫升，同時伴生一定強度的磁場。為了進一步研究該磁場與拉伸時產(chǎn)生的溫升之間的關(guān)系，需要在自動控制拉伸速度的同時，對試件的溫升與磁感應(yīng)強度進行同步測量，并以時間同步方式保存所有的測量數(shù)據(jù):拉力、位移量、磁感應(yīng)強度、溫度(圖像數(shù)據(jù))，以研究并確定它們之間的關(guān)系。檢測液壓拉伸試驗機的夾頭對試件的拉力是極為困難的，由于夾頭處無法安裝傳感器，另外，自帶有壓力檢測的試驗機，無法直接輸出壓力數(shù)據(jù)給多場耦合綜合測試系統(tǒng)的控制器，因此，有必要設(shè)計一種多場耦合綜合測試系統(tǒng)中的拉力測量裝置。

實用新型內(nèi)容本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種多場耦合綜合測試系統(tǒng)中的拉力測量裝置，該多場耦合綜合測試系統(tǒng)中的拉力測量裝置結(jié)構(gòu)簡單，易于實施，構(gòu)思巧妙。實用新型的技術(shù)解決方案如下:一種多場耦合綜合測試系統(tǒng)中的拉力測量裝置，其特征在于，包括應(yīng)變式壓力傳感器、放大器、控制器和上位機；應(yīng)變式壓力傳感器的輸出信號經(jīng)放大器放大后輸入到控制器中，控制器與上位機通過USB線連接；應(yīng)變式壓力傳感器安裝在液壓拉伸試驗機的油缸上；應(yīng)變式壓力傳感器為圓筒式結(jié)構(gòu)，應(yīng)變式壓力傳感器主體為一個帶有一個軸向盲孔的圓筒，圓筒的開口端設(shè)有用于連接油缸的外螺紋；圓筒的外壁上設(shè)有4片應(yīng)變片:R1 R4 ;其中Rl和R2在設(shè)置在圓筒外壁的一側(cè)，R3和R4設(shè)置在圓筒外壁的相對的另一側(cè)；且Rl和R3橫向平齊并位于圓筒的實心段的外側(cè)，R2和R4橫向平齊并位于圓筒的盲孔段外偵lJ,橫向指圓筒的徑向；Rl R4連接成橋式檢測電路:即Rl和R4依次串聯(lián)后與直流電源并接；R2和R3依次串聯(lián)后與直流電源并接，Rl與R4的連接點即為c點，R2與R3的連接點即為d點，c點和d點間的電壓即為傳感器的輸出電壓。

圖1是應(yīng)變式壓力傳感器的結(jié)構(gòu)圖；圖2是應(yīng)變式壓力傳感器的電路圖；圖3是多場耦合綜合測試系統(tǒng)的總體框圖。有益效果:本實用新型的多場耦合綜合測試系統(tǒng)中的拉力測量裝置，通過測量油缸的形變來間接測量夾頭對試件的拉力，構(gòu)思巧妙，而且采用應(yīng)變式壓力傳感器具有結(jié)構(gòu)簡單，易于實施等優(yōu)點，該裝置非常適合于應(yīng)用在多場耦合綜合測試系統(tǒng)中。
具體實施方式
以下將結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型做進一步詳細(xì)說明:實施例1:如圖1-2所示，一種多場耦合綜合測試系統(tǒng)中的拉力測量裝置，其特征在于，包括應(yīng)變式壓力傳感器、放大器、控制器(即ARM處理器)和上位機(即工控機)；應(yīng)變式壓力傳感器的輸出信號經(jīng)放大器放大后輸入到控制器中，控制器與上位機通過USB線連接；應(yīng)變式壓力傳感器安裝在液壓拉伸試驗機的油缸上；應(yīng)變式壓力傳感器為圓筒式結(jié)構(gòu)，應(yīng)變式壓力傳感器主體為一個帶有一個軸向盲孔的圓筒，圓筒的開口端設(shè)有用于連接油缸的外螺紋；圓筒的外壁上設(shè)有4片應(yīng)變片:R1 R4 ;其中Rl和R2在設(shè)置在圓筒外壁的一側(cè)，R3和R4設(shè)置在圓筒外壁的相對的另一側(cè)；且Rl和R3橫向平齊并位于圓筒的實心段的外側(cè)，R2和R4橫向平齊并位于圓筒的盲孔段外偵lJ,橫向指圓筒的徑向；Rl R4連接成橋式檢測電路:即Rl和R4依次串聯(lián)后與直流電源并接；R2和R3依次串聯(lián)后與直流電源并接，Rl與R4的連接點即為c點，R2與R3的連接點即為d點，c點和d點間的電壓即為傳感器的輸出電壓。該輸出電壓即反映了拉力測量裝置需要檢測的壓力。油缸中的油壓同時反映了拉伸力的大小。因此測得油缸中的油壓，即可獲得拉伸力的大小。在油缸底部開孔，安裝壓力傳感器以測量油缸中油壓。原WE-30型萬能材料試驗機的油缸活塞直徑為D = 140_，可算得油缸活塞的面積為:·[0020]S = 31 (D/2)2 = 3.14X (0.14/2)2 = 0.015m2 (2.1)試驗機的最大載荷為30噸，約合300KN。則油缸內(nèi)的最大壓強為:3 X 105/0.015 = 2 X IO7Pa = 20MPa (2.2)考慮過載的情況，本系統(tǒng)采用SM25Y01型應(yīng)變式壓力傳感器，其最大量程為25MPa，滿足系統(tǒng)的要求。應(yīng)變式傳感器由彈性元件及應(yīng)變片組成，油壓使彈性元件產(chǎn)生變形，再用應(yīng)變片將變形轉(zhuǎn)換為電信號輸出。傳感器結(jié)構(gòu)簡圖如圖1所示，通過傳感器測量油壓間接反映試驗時拉力的大小。傳感器結(jié)構(gòu)形式為圓筒式。它是一個一端有盲孔的薄壁圓筒，盲孔深度為筒高的一半左右，孔端有螺紋可與油壓系統(tǒng)連接。圓孔的空心部分及實心部分的外壁上各粘貼有兩片應(yīng)變片，敏感柵方向與軸線垂直，并按圖2接成橋路。當(dāng)內(nèi)腔油壓增高時，薄壁圓筒產(chǎn)生腰鼓形變形，應(yīng)變片R2及R4受拉伸，而Rl及R3不變，只起溫度補償作用。工作時，a, b端接電源，則在c，d端的輸出電壓信號將正比與變形量成正比，因而也與壓力成正比。由于試驗機在工作過程中，油的溫度會升高，因此，傳感器應(yīng)在一定溫度范圍內(nèi)能穩(wěn)定、正常工作。SM25Y01型應(yīng)變式壓力傳感器主要性能指標(biāo)如下: 量程 25MPa 溫度零漂彡 0.03% FS/0C[0030] 非線性度彡0.3% FS[0031 ] 滯后誤差彡0.3% FS 不重復(fù)性誤差彡0.15% FS 精度 0.3% FS總的來說，采用應(yīng)變式壓力傳感器測量的優(yōu)點是安裝使用方便，通用性強，特別是測量大負(fù)荷時，更顯得小巧簡便。其缺點是精度沒有負(fù)荷傳感器高，當(dāng)活塞與油缸間的摩擦力較大時測力誤差比較大M。為了盡量減小壓力傳感器的測量誤差，需要在標(biāo)定力值時盡量多取標(biāo)定點，特別在小力值段。油壓信號實際測量的是壓強，根據(jù)試驗機的結(jié)構(gòu)，拉力實際應(yīng)為液壓油缸產(chǎn)生的壓力減去夾頭與油缸的自重，拉力F = kV-g，其中k與g為常數(shù)，g為夾頭與油缸的自重，K為與整個硬件系統(tǒng)有關(guān)的系數(shù)，V為壓力傳感器輸出的信號經(jīng)過放大后的電壓值，k和g的求法:采用已經(jīng)校準(zhǔn)的拉力測試儀(非本發(fā)明的拉力測量裝置，而是標(biāo)準(zhǔn)的拉力測量儀器)實測2個不同的拉力值:F1和F2，再測得該兩個拉力值對應(yīng)的電壓值Vl和V2，將這2組值代入F = kV-g,即可求得k和g。如圖3所示，多場耦合綜合測試系統(tǒng)包括液壓拉伸試驗機、溫度測量裝置、三維磁場測量裝置、拉力測量裝置、位移測量裝置、液壓控制裝置、控制器和 上位機；溫度測量裝置為基于紅外相機的測溫裝置；溫度測量裝置與上位機(即工控機)連接；紅外相機的鏡頭正對試樣正面的中部；三維磁場測量裝置、拉力測量裝置、位移測量裝置和液壓控制裝置均與控制器連接;由液壓拉伸試驗機夾持住試條板狀的試樣并對試樣上端施加拉力使得試樣產(chǎn)生形變；紅外相機的鏡頭正對試樣的正面以測量試樣的實時溫度數(shù)據(jù)；三維磁場測量裝置設(shè)置在背面以檢測試樣在被拉伸的過程中產(chǎn)生的實時三維磁場數(shù)據(jù)；液壓控制裝置驅(qū)動液壓拉伸試驗機；拉力測量裝置和位移測量裝置分別檢測液壓拉伸試驗機對試樣施加的拉力以及液壓拉伸試驗機的上夾持部產(chǎn)生的實時位移；控制器與上位機通信連接；上位機控制液壓拉伸試驗機、溫度測量裝置和三維磁場測量裝置同時啟動，并由上位機同步收集實時數(shù)據(jù),所述的實時數(shù)據(jù)包括:實時溫度數(shù)據(jù)、三維磁場數(shù)據(jù)、拉力及液壓拉伸試驗機的上夾持部產(chǎn)生的實時位移數(shù)據(jù)。
權(quán)利要求1.一種多場耦合綜合測試系統(tǒng)中的拉力測量裝置，其特征在于，包括應(yīng)變式壓力傳感器、放大器、控制器和上位機；應(yīng)變式壓力傳感器的輸出信號經(jīng)放大器放大后輸入到控制器中，控制器與上位機通過USB線連接；應(yīng)變式壓力傳感器安裝在液壓拉伸試驗機的油缸上；應(yīng)變式壓力傳感器為圓筒式結(jié)構(gòu)，應(yīng)變式壓力傳感器主體為一個帶有一個軸向盲孔的圓筒，圓筒的開口端設(shè)有用于連接油缸的外螺紋；圓筒的外壁上設(shè)有4片應(yīng)變片:R1 R4 ；其中Rl和R2在設(shè)置在圓筒外壁的一側(cè)，R3和R4設(shè)置在圓筒外壁的相對的另一側(cè)；且Rl和R3橫向平齊并位于圓筒的實心段的外側(cè)，R2和R4橫向平齊并位于圓筒的盲孔段外側(cè)，橫向指圓筒的徑向； Rl R4連接成橋式檢測電路:即Rl和R4依次串聯(lián)后與直流電源并接；R2和R3依次串聯(lián)后與直流電源并接，Rl與R4的連接點即為c點，R2與R3的連接點即為d點，c點和d點間的電壓即為傳感器的·輸出電壓。
專利摘要本實用新型公開了一種多場耦合綜合測試系統(tǒng)中的拉力測量裝置，包括應(yīng)變式壓力傳感器、放大器、控制器和上位機；應(yīng)變式壓力傳感器的輸出信號經(jīng)放大器放大后輸入到控制器中，控制器與上位機通過USB線連接；應(yīng)變式壓力傳感器安裝在液壓拉伸試驗機的油缸上；應(yīng)變式壓力傳感器為圓筒式結(jié)構(gòu)，應(yīng)變式壓力傳感器主體為一個帶有一個軸向盲孔的圓筒，圓筒的開口端設(shè)有用于連接油缸的外螺紋；圓筒的外壁上設(shè)有4片應(yīng)變片R1～R4。該多場耦合綜合測試系統(tǒng)中的拉力測量裝置結(jié)構(gòu)簡單，易于實施，構(gòu)思巧妙。
文檔編號G01L1/22GK203163912SQ201320189768
公開日2013年8月28日 申請日期2013年4月16日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月16日
發(fā)明者陳勝銘, 羅迎社, 鄧瑞基, 羅樹凌, 鄧旭華, 鄧彪, 李卉, 張永忠, 任嘉 申請人:中南林業(yè)科技大學(xué)