CN101226088A - 多功能数显测力仪 - Google Patents

Abstract

一种多功能数显测力仪，它包括反力支撑架，其特征是在反力支撑架上设置有带拉杆的加力机构，位于所述反力支撑架上方的拉杆上套装有圆柱穿心式压力传感器以及与圆柱穿心式压力传感器连接的数显仪表。它主要用于建筑工程中检测力值。

Description

多功能数显测力仪

技术领域

本发明涉及一种建筑工程中检测力值的仪器，尤其涉及一种多功能数显测力仪。

背景技术

目前，市场上有一些厂家生产的饰面砖粘结强度检测仪、碳纤维粘结强度仪、混凝土强度检测仪、锚固力检测仪等，这些仪器都是采用液压传动技术。液压传动基本原理是：液压缸与单向阀一起完成吸油与排油，将杠杆的机械能转换为油液的压力能输出。大液压缸将油液的压力能转换为机械能输出，抬起重物，大、小液压缸组成了最简单的液压传动系统，实现了力和运动的传递。

一个完整的、能够正常工作的液压传动系统，应该由以下五个主要部分来组成：

(1)能源装置(动力元件)：它是供给液压系统压力油，把机械能转换成液压能的装置。最常见的形式是液压泵。

(2)执行装置(元件)：它是把液压能转换成机械能以驱动工作机构的装置。其形式有作直线运动的液压缸，有作回转运动的液压马达，它们又称为液压系统的执行元件。

(3)控制调节装置(元件)：它是对系统中的压力、流量或流动方向进行控制或调节的装置。如溢流阀、节流阀、换向阀、开停阀等。

(4)辅助装置(元件)：上述三部分之外的其他装置，例如油箱，滤油器，油管等。它们对保证系统正常工作是必不可少的。

(5)工作介质：传递能量的流体，即液压油等。

液压传动测力的缺点是：

1、在传动过程中，能量需经两次转换，传动效率低。

2、由于传动介质的可压缩性和泄漏，以及缸体、管路的变形等因素的影响，影响运动的平稳性和正确性，使得液压传动不能保证严格的传动比，表现为示值稳定性差。

3、因活塞与缸体之间不可能完全无缝，液压油不可能完全不渗回，活塞不作用时，压力不易保持恒定。

4、液压传动对油温的变化比较敏感，温度变化时，液体粘性变化，引起运动特性的变化，使得工作的稳定性受到影响，所以它不宜在温度变化很大的环境条件下工作。

5、系统在工作过程中发生故障不易检查和排除。

6、为了减少泄漏，以及为了满足某些性能上的要求，液压元件的配合件制造精度要求较高，加工工艺较复杂。

7、液压传动要求有单独的能源。

我们在现场检测过程中发现，这些液压传动仪器精度及示值稳定性较差，不易控制加载速度，行程较小，不易保持恒定力值等，同时易出故障，如液压油渗漏、油管老化、油塞漏油无力等。

表面锚固法、无约束后锚固法试验破坏力均在20kN以下，后锚固法试验破坏力均在35kN以下，试验的加载速率对检测结果影响非常显著，为保证检测精度，要求采用匀速加载，加载速率控制在0.05～0.1kN/s。

《建筑工程饰面砖粘结强度检验标准》(JGJ110-97)第6.0.1条“在建筑物外墙上镶贴的同类饰面砖，其粘结强度同时符合以下两项指标时可定为合格：

(1)每组试样平均粘结强度不应小于0.4MPa；

每组可有一个试样的粘结强度小于0.4MPa，但不应小于0.3MPa。

粘结强度： $R=\frac{F}{S},$ 则试样的粘结拉力F＝R×S

标准块粘结面尺寸为：95×45mm(或40×40mm)，受拉面积S＝4275mm²(或1600mm²)。计算出粘结拉力平均值应不小于1.71kN(或0.64kN)，最小值不小于1.282kN(或0.48kN)。若将检测误差定为±5％，则平均误差值为±0.0855kN(或0.032kN)。

若用液压千斤顶加载，液压千斤顶由于传动介质的可压缩性和泄漏，以及缸体、管路的变形等因素的影响，影响运动的平稳性和正确性，使得液压传动不能保证严格的传动比，普通液压千斤顶此项误差已大于±0.1kN，因此，不能满足检测要求。

《混凝土结构加固设计规范》(GB50367-2006)及《混凝土结构后锚固技术规程》(JGJ145-2004)要求，现场检测用的加荷设备，应符合下列要求：

(1)设备的加荷能力应比预计的检测荷载值至少大20％，且应能连续、平稳、速度可控地运行；

(2)设备的测力系统，其整机误差不得超过全量程的±2％，且应具有峰值贮存功能；

(3)设备的加荷系统在短时(≤5min)保持荷载期间，其降荷值不得大于5％。

液压千斤顶加载因活塞与缸体之间不可能完全无缝，液压油不可能完全不渗回，活塞不作用时，压力不易保持恒定。因此，不能保证“加荷系统在短时(≤5min)保持荷载期间，其降荷值不得大于5％。”的要求。

发明内容

本发明针对现有技术中的不足提出了一种多功能数显测力仪，它具有便于控制加载速度，检测精度高，行程大等特点，可用于检测混凝土强度、保温板材与基层粘结强度、预埋或后置锚固件锚固力、饰面砖粘结强度、碳纤维粘结强度等，具有一机多用的特点。

本方案是通过如下技术措施来实现的：它包括反力支撑架，其特征是在反力支撑架上设置有带拉杆的加力机构，位于所述反力支撑架上方的拉杆上套装有圆柱穿心式压力传感器以及与圆柱穿心式压力传感器连接的数显仪表。

在所述反力支撑架上方安装圆柱穿心式压力传感器以及与传感器连接的数显仪表，拉杆穿过反力支撑架及上方传感器，拉杆连接端与检测目标(胀钉、膨胀螺栓、饰面砖标准块、混凝土锚固件等)连接，转动加力手柄，加力螺栓绕拉杆顺时针转动，拉杆向上运动，检测目标受拉的同时给传感器向下压力，根据力平衡原理，检测目标所受拉力与传感器压力相等，从传感器连接的数显仪上读出力值。因圆柱穿心式传感器安装在反力支撑架上，不受拉杆连接形式的影响，所以，一方面保证传感器力值检测准确性，实现各种量程传感器的可换性，另一方面拉杆连接端与连接头可以有多种形式，进而实现多种检测用途。

本发明的具体特点还有，所述加力机构包括穿过反力支撑架中心孔且上端带有螺纹的拉杆，位于所述圆柱穿心式压力传感器上面的拉杆上还套装有传力垫和加力螺栓，所述拉杆下端设置带有内螺纹的盲孔。

所述加力机构包括穿过反力支撑架中心孔且表面带有螺纹的拉杆，位于所述圆柱穿心式压力传感器上面的拉杆上还套装有传力垫和加力螺栓，在拉杆下端设置有丝套。

反力支撑架中心孔及圆柱穿心式传感器中心孔应同心，为此在反力支撑架上对称于中心孔有四个丝孔，丝孔布置与圆柱穿心式传感器底部安装用丝孔布置一致，用螺丝将圆柱穿心式传感器安装在反力支撑架上，保证反力支撑架中心孔及圆柱穿心式传感器中心孔同心。加力螺栓施加的力经传力垫传给圆柱穿心式传感器，传力垫为圆环型，内径应略小于传感器内径，外径与传感器外径相同，厚度大于传感器外径与加力螺栓外径之差，以保证加力螺栓施加力全部均匀传递到圆柱穿心式传感器上。传力垫在保证加力螺栓施加力全部均匀传递的条件下可采用多种形式。为保证传力垫与圆柱穿心式传感器全面均匀接触，传力垫下部加橡胶垫，尺寸与传力垫底面相同，厚度不小于2mm。拉杆的作用包括：施加力、传递力，根据检测项目和目的不同分为普通直拉杆、带连接端头拉杆、混凝土强度检测专用拉杆。带连接端头拉杆、混凝土强度检测专用拉杆制作用钢材的力学性能，不低于45号钢。

所述加力螺栓上设置有加力手柄。在所述拉杆下端设置有胀钉连接头。所述胀钉连接头是由一端带有卡槽，另一端带有与拉杆下端盲孔配合的螺杆组成。在所述拉杆下端可连接胀钉连接头。胀钉拉拔力较小，可采用普通直拉杆或带连接端头拉杆，对应胀钉连接头有两种：内螺纹连接头、外螺纹连接头，所述胀钉连接头一端带有卡槽，可将胀钉卡入其中，另一端为带有(内)外螺纹的螺杆，可与相应拉杆连接。

在所述拉杆下端设置有膨胀螺栓连接头。所述膨胀螺栓连接头为一端带有外螺纹的螺杆，螺杆的另一端设置有与膨胀螺栓配合的带有内螺纹的盲孔。

在所述拉杆下端设置有饰面砖连接块。所述饰面砖连接块包括连接面板以及设置于连接面板上的带有内螺纹的安装座，所述安装座通过双头螺杆与拉杆连接，实现在所述拉杆下端可连接饰面砖连接块。

所述反力支撑架为三点式反力支撑架或者圆环式反力支撑架。所述反力支撑架根据检测项目和目的不同分为三点式反力支撑架、圆环式反力支撑架。

所述加力机构包括穿过反力支撑架中心孔且上端带有螺纹的拉杆，位于所述圆柱穿心式压力传感器上面的拉杆上还套装有传力垫和加力螺栓，所述拉杆为专用拉杆，专用拉杆上端设置与加力螺栓配合的螺纹，下端通过混凝土强度检测连接头连接混凝土强度现场检测锚固件，所述混凝土强度检测连接头与混凝土强度检测专用拉杆连接的一端带专用卡槽，另一端设置有与锚固件连接的内螺纹，所述混凝土强度检测专用拉杆下端设置专用卡头，专用卡头与专用卡槽的受力接触面为圆弧面，使此连接为铰接，保证混凝土锚固件所受拉力垂直支撑平面，防止锚固件偏心受拉。

所述混凝土强度现场检测锚固件，一端锚固于混凝土中，另一端为直螺杆。

本方案吸取现场检测经验，操作简单，测力准确，精度高于±1％，加荷速度便于控制，便于现场携带使用。本发明利用反力支撑架、反力支撑架上方安装的圆柱穿心式压力传感器以及与传感器连接的数显仪表，通过多种形式拉杆及相应连接头、加力螺栓、传力垫等一系列技术的应用，一方面保证检测结果准确性，实现各种量程传感器的可换性，另一方面拉杆连接端与连接头可以有多种形式，进而实现多种检测用途，达到一机多用的目的。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步详细地描述。

图1本发明结构示意图；图2为胀钉连接头结构示意图；图3为图2左视图；图4为图2仰视图；图5为三点式反力支撑架主视图；图6为图5仰视图；图7为圆环式反力支撑架主视图；图8为图7仰视图；图9膨胀螺栓连接头示意图；图10为饰面砖连接块示意图；图11为图10俯视图；图12为数显仪面板示意图；图13为数显仪接线端子示意图；图14为传感器与数显仪表连接示意图；图15为专用拉杆结构示意图；图16为混凝土强度检测连接头结构主视图；图17为图16仰视图；图18为图16左视图；图19为图18中C-C视图；

图中，1、拉杆连接端盲孔，2、反力支撑架，3、数显仪表，4、传感器，5、拉杆，6、加力螺母，7、加力手柄，8、传力垫，9、卡槽，10、安装座，11、饰面砖连接块，12、槽口，13、支撑腿，15、专用卡槽，16、专用卡槽槽口，17、连接混凝土锚固件螺丝孔，18、专用卡头。

具体实施方式

现有检测仪器已不能满足要求，为提高检测精度、控制加载速度，我们发明了量程分别为10kN、20kN、30kN、50kN的多功能数显测力仪。

如图1，图5～图8所示，检测前，根据检测项目确定量程，选择合适传感器4和反力支撑架2，传感器分为1T(10kN)、2T(20kN)、5T(50kN)，反力支撑架2分三点式支撑、圆环式支撑，通过反力支撑架2平台上的四个定位螺栓将传感器4安装在反力支撑架2上。

本发明中数显仪表适合所有电阻应变式测力传感器，可与各种量程传感器配合使用，对拉、压力进行测量、显示、精确控制。基本原理是弹性体(弹性元件，敏感梁)在外力作用下产生弹性变形，使粘贴在他表面的电阻应变片也随同产生变形，电阻应变片变形后，它的阻值将发生变化(增大或减小)，再经相应的测量电路把这一电阻变化转换为电信号，采用高速16位A/D转换器，将电信号转换为数字信号输出。

具有(1)自动标定和实物标定功能；(2)峰值保持功能；(3)现场数据存储功能，停、掉电数据不丢失；(4)去皮(清零)功能。

1、主要技术指标

基本误差：0.5％FS或0.2％FS±1个字

显示方式：双排四位LED数码管显示

输出：  模拟量4～20mA、0～10/20mA、1～5V、0～5/10V控制输出电源：开关电源85～265VAC或DC24V，功耗4W以下。

数显仪面板如图12。

2、接线方法

电源按“+”、“-”极接在①、②上，③接桥压“-”，④接桥压“+”，⑤⑥接信号，传感器与数显仪表连接采用四线制，如图13-14所示。

传感器4与数显仪3连接。打开电源，仪表自动进入测量状态，数码管和指示灯全部点亮，仪表进行自检，两秒钟后显示力值数据。

在测量状态下，仪表对受力信号进行采样，根据设定参数计算，然后进行显示和输出。

清零操作：在测量状态下按“A/M”清零键3秒，大屏显示“CAL”，显示值被清零。

峰值保持与解除：在测量状态下按“”键，“MAN”指示灯亮，峰值保持功能启用，再按“”键，“MAN”指示灯灭，峰值保持功能停用。

3、仪表的标定

实物标定是对整个测力系统进行标定，所以也是最准确的标定方法。注意：在开机10分钟内，不要进行仪表的标定工作。标定使用仪器：精度不低于1级的万能材料试验机。步骤如下：

(1)实物标定应在测力仪测量状态下进行。反力支撑及压力传感器放在万能材料试验机下压板正中，预加负荷两次，每次加到所需负荷后退回到零负荷，检查系统有无异常；

(2)从初负荷开始，按递增顺序施加负荷，直到额定负荷，以试验机指示读数为标准负荷值，在每一级负荷达到时，记录试验机指示标准负荷值及本发明指示的应变值，校验点一般取额定负荷的10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％、100％相对应的负荷点。

(3)均匀缓慢卸荷到零；

(4)按5、6步骤再测定两次。

(5)三次标定结果取平均，回归得到多功能数显测力仪指示应变值与标准负荷值关系曲线：

F＝a+bε

式中F——标准负荷值；ε——多功能数显测力仪指示应变值。

4、力值检测

(1)混凝土强度检测：

混凝土内部预埋锚固件连接端为M14螺杆，垂直于混凝土检测面，专用连接头下端螺孔17拧在锚固件上，安放反力支撑架2及传感器4，连接数显仪表3，专用拉杆下端专用卡头18穿过混凝土强度检测连接头上端的专用卡槽槽口16卡入混凝土强度检测连接头上部的专用卡槽15中。

传感器4上加传力垫8，将加力螺栓6拧在(专用)拉杆5上。

仪器连接好后，开启测力仪数显仪表3，清零，打开峰值保持。

转动加力手柄7，(专用)拉杆5向上运动，使下部连接的锚固件受(专用)拉杆5拉力作用，同时传感器4受加力螺栓6及传力垫8压力作用，根据力平衡原理，锚固件所受拉力与传感器4所受压力相等，从传感器4连接的数显仪表3上读出应变值，根据标定公式计算出实测力值。

(2)胀钉(或膨胀螺栓)拉拔力检测：

胀钉(或膨胀螺栓)与胀钉(或膨胀螺栓)连接头连接，胀钉(或膨胀螺栓)连接头连接上端螺杆拧入拉杆连接端盲孔1中，安放反力支撑架2及传感器4，连接数显仪表3。

传感器4上加传力垫8，将加力螺栓6拧在拉杆5上。

仪器连接好后，开启测力仪数显仪表3，清零，打开峰值保持。

转动加力手柄7，拉杆5向上运动，使下部连接的锚固件受拉杆5拉力作用，同时传感器4受加力螺栓6及传力垫8压力作用，根据力平衡原理，锚固件所受拉力与传感器4所受压力相等，从传感器4连接的数显仪表3上读出应变值，根据标定公式计算出实测力值。

(3)饰面砖(或碳纤维)粘结强度检测：

通用螺杆一端拧入饰面砖(或碳纤维)标准连接块的安装座10中，另一端拧入拉杆连接端盲孔中，实现被饰面砖(或碳纤维)标准连接块的连接，安放反力支撑架2及传感器4，连接数显仪表3。

以下步骤同(2)

便于控制加载速度：转动加力手柄进行加载，以华东电子仪器厂BHR-4型5T荷重传感器为例，每1kN对应应变值为40，手动加载时观察应变值变化控制加载速率，如加载速率为0.05～0.1kN/s，对应应变值为2～4/s。

提高检测精度：以华东电子仪器厂BHR-4型5T荷重传感器为例，每1kN对应应变值为40，数显仪表最小分辨率为25N(0.025kN)，一般数显测力仪、压力表最小分辨率仅0.1kN。

行程大：由附图可看出工作行程由拉杆长度及反力支撑架高度决定，而拉杆长度及反力支撑架高度是可加长的，因此工作行程可长可短，可以做到大于100mm。

如图2～4所示，解决外墙保温板锚固件粘结强度和锚固力现场拉拔试验的难题，将胀钉的端头卡进胀钉连接头的卡槽12的槽口9内，胀钉连接头拧入拉杆连接头中，实现胀钉锚固力现场检测；

如图9所示一般保温板安装用M4或M6小膨胀螺栓连接头拧入拉杆连接头中，实现膨胀螺栓锚固力现场检测；如图10所示，饰面砖(或保温板)粘结强度检测时，将饰面砖(或保温板)连接块的连接面板11粘贴在测点处，M14螺杆拧入连接块的安装座10中，实现粘结强度现场检测。

在所述拉杆下端可连接膨胀螺栓连接头。膨胀螺栓拉拔力较小时，可采用普通直拉杆或带连接端头拉杆，对应膨胀螺栓连接头有两种：内螺纹连接头、外螺纹连接头，所述膨胀螺栓连接头一端设置有与膨胀螺栓配合的带有内螺纹的盲孔，另一端为带有外螺纹的螺杆，可与相应拉杆连接。对于下端带有螺纹的拉杆，与拉杆下端配合的膨胀螺栓连接头可采用带内螺纹的连接头。

Claims (10)

1.一种多功能数显测力仪，它包括反力支撑架，其特征是在反力支撑架上设置有带拉杆的加力机构，位于所述反力支撑架上方的拉杆上套装有圆柱穿心式压力传感器以及与圆柱穿心式压力传感器连接的数显仪表。

2.根据权利要求1所述的多功能数显测力仪，其特征是所述加力机构包括穿过反力支撑架中心孔的上端带有螺纹的拉杆，位于所述圆柱穿心式压力传感器上面的拉杆上还套装有传力垫和加力螺栓，所述拉杆下端设置带有内螺纹的盲孔。

3.根据权利要求2所述的多功能数显测力仪，其特征是所述加力螺栓上设置有加力手柄。

4.根据权利要求3所述的多功能数显测力仪，其特征是在所述拉杆下端设置有胀钉连接头。

5.根据权利要求4所述的多功能数显测力仪，其特征是所述胀钉连接头是由一端带有卡槽，另一端带有与拉杆下端盲孔配合的螺杆组成。

6.根据权利要求3所述的多功能数显测力仪，其特征是在所述拉杆下端设置有膨胀螺栓连接头。

7.根据权利要求6所述的多功能数显测力仪，其特征是所述膨胀螺栓连接头为一端带有外螺纹的螺杆，螺杆的另一端设置有与膨胀螺栓配合的带有内螺纹的盲孔。

8.根据权利要求1或2或3所述的多功能数显测力仪，其特征是在所述拉杆下端设置有饰面砖连接块。

9.根据权利要求2所述的多功能数显测力仪，其特征是所述加力机构包括穿过反力支撑架中心孔且上端带有螺纹的拉杆，位于所述圆柱穿心式压力传感器上面的拉杆上还套装有传力垫和加力螺栓，所述拉杆为专用拉杆，专用拉杆上端设置与加力螺栓配合的螺纹，下端通过混凝土强度检测连接头连接混凝土强度现场检测锚固件，所述混凝土强度检测连接头与混凝土强度检测专用拉杆连接的一端带专用卡槽，另一端设置有与锚固件连接的内螺纹，所述混凝土强度检测专用拉杆下端设置专用卡头，专用卡头与专用卡槽的受力接触面为圆弧面。

10.根据权利要求3所述的多功能数显测力仪，其特征是所述反力支撑架为三点式反力支撑架或者圆环式反力支撑架。

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