CN103558095B - 一种输电导线切变模量的测量设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种输电导线切变模量的测量设备，包括平面底座（1）、A立柱（2）、B立柱（3）、环形轴承（6）、固定螺丝（7）、圆盘（8）、钢丝（10）、限位螺丝（11）、配重壶（12）、导管（15）、计量泵（16）、储液罐（17）、控制器（18）和电涡流位移传感器（19）。本发明的输电导线切变模量的测量设备，通过在与被测物刚性连接的转动圆盘边沿固定刚性大的钢丝，钢丝末端吊装配重壶顶端，配重壶正下方平面底座上安装的电涡流位移传感器可以测得配重壶底端的下降位移量进而可以准确地计算出圆盘的转动角度。配重壶可以由计量泵精确控制注液量。因此能够自动记录测量数据和计算切变模量，提高测量效率和数据处理精度。

Description

一种输电导线切变模量的测量设备

技术领域

本发明涉及到一种输电导线切变模量的测量设备，主要利用扭角法测定物体的转动惯量的装置，属于电力设备实验仪器领域。

背景技术

切变模量是一种材料常数,是剪切应力与应变的比值。切变模量又称刚性模量是材料的力学性能指标之一。具体来说切变模量是材料在剪切应力作用下，在弹性变形比例极限范围内，切应力与切应变的比值。它表征材料抵抗切应变的能力。模量大，则表示材料的刚性强。

切变模量的常见测量方法是扭角法。扭角法测量物体的切变模量，是在材料的弹性范围内，采用增量法测得被测物所受扭矩和扭角，就可计算得到被测物的切变模量，适用于刚度较大且直径较大的钢棒或者钢绞线。

现有扭角法测物体切变模量的测量仪器普遍存在如下几个缺陷：(1)现有装置中测量被测物扭角采用了小角度范围内正切量直接近似为小角度值。扭角其中b为百分表杆触点到被测物轴线的距离；δ为百分表推杆的移动距离，也就是扭角所成等腰三角形的底边的变化量，这里把等腰三角形的底边近似为直角三角形的直角底边，这两处近似使得在大角度扭转中的测算误差增大。(2)现有装置中为被测物提供扭矩的外力是砝码的重力，办法是通过在与被测物轴线垂直且刚性连接的转臂的末端挂装砝码来产生扭力，当转臂与砝码挂钩呈垂直关系时，砝码所受重力沿转臂转动切线方向可以看作扭力为被测物提供扭矩，当转臂转过一定角度，转臂与砝码挂钩不再垂直，砝码所受重力不再沿转臂转动切线方向，被测物所受扭力为砝码所受重力的一个分力。这一点现有装置中都是近似地把砝码所受重力看作扭力为被测物提供扭矩，在测算中使误差增大。并且这种现有扭角法测物体切变模量的测量仪器不能自动记录测量数值和计算，需人工记录和计算，效率低且准确性差。

发明内容

本发明的发明目的是提供了一种新型的扭角法测定物体的切变模量测量设备，检测精度高，操作简单，通过在与被测物刚性连接的转动圆盘实现扭角法测量，能够自动记录测量数据和计算切变模量，可以大幅度的减少实验者的近似误差、降低了使用误差，提高测量效率和数据处理精度。

本发明的技术方案是一种输电导线切变模量的测量设备，包括平面底座、A立柱、B立柱、环形轴承、固定螺丝、圆盘、钢丝、限位螺丝、配重壶、导管（15）、计量泵、储液罐、控制器和电涡流位移传感器，其特征在于，

所述的A立柱和B立柱固定安装在平面底座上，A立柱和B立柱上分别开有轴线共线的A通孔和B通孔，被测的输电导线段的一端用固定螺丝安装在A通孔中，所述的环形轴承的外圈安装在B通孔中，被测的输电导线段的另一端穿过环形轴承的内圈并固定在内圈上，被测的输电导线段穿过环形轴承的内圈的这一端的端头与圆盘的旋转中心固定，被测的输电导线段的轴线与水平面平行并与圆盘的旋转轴共线，

所述的钢丝的一端通过限位螺丝固定在圆盘外缘的端面的九点钟位置，钢丝绕过圆盘外缘的端面的顶端，垂向平面底座，钢丝垂向平面底座的这一端下吊装有配重壶，配重壶的顶部具有开口，

所述的电涡流位移传感器安装在配重壶的正下方位置处的平面底座上，电涡流位移传感器与控制器电连接，

所述的配重壶旁边的平面底座上安装有储液罐，储液罐的顶部安装有计量泵，计量泵的吸入口伸入储液罐内，计量泵的输出口连通导管的一端，导管的另一端的注液口指向配重壶顶部的开口，计量泵的控制端与控制器电连接。

更进一步地，所述的配重壶为透明材料制成，配重壶的壶壁上具有计量容积的刻度。

更进一步地，所述的控制器具有显示计量泵输出的流量、该流量换算的质量、配重壶移动的距离以及计算出的切变模量的功能。

更进一步地，还包括导管支架，所述的导管架在导管支架。

更进一步地，所述的钢丝安装在圆盘外缘的端面开有凹槽内。

更进一步地，所述的固定螺丝共三个，沿A通孔的周向均布。

本发明的有益效果是本切变模量测量设备检测精度高，操作简单，通过在与被测物刚性连接的转动圆盘边沿固定刚性大的钢丝，钢丝末端吊装配重壶顶端，配重壶正下方平面底座上安装的电涡流位移传感器可以测得配重壶底端的下降位移量进而可以准确地计算出圆盘的转动角度，得到被测物的扭角。而挂装的配重壶可以由计量泵精确控制注液量，且配重壶所受重力通过钢丝一直作用于圆盘切线方向。这一装置可以大幅度的减少实验者的近似误差、彻底解决了使用误差问题，能够自动记录测量数据和计算切变模量，提高测量效率和数据处理精度。在实验过程中，可以根据实验要求实时地更改实验内容，简单，方便。

附图说明

图1为本发明的设备实施例的整体立体结构图；

图2为本发明的设备实施例的整体侧视结构图；

图3为本发明的设备实施例的转动部分结构图。

其中，平面底座1、A立柱2、B立柱3、被测的输电导线段4、圆孔A5、环形轴承6、固定螺丝7、圆盘8、定位螺丝9、钢丝10、限位螺丝11、配重壶12、注液口13、导管支架14、导管15、计量泵16、储液罐17、控制器18、电涡流位移传感器19。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。

如图1-3所示，本发明的一种输电导线切变模量的测量设备，包括平面底座1、A立柱2、B立柱3、环形轴承6、固定螺丝7、圆盘8、钢丝10、限位螺丝11、配重壶12、导管支架14、导管15、计量泵16、储液罐17、控制器18和电涡流位移传感器19。

所述的A立柱2和B立柱3固定安装在平面底座1上，A立柱2和B立柱3上分别开有轴线共线的A通孔5和B通孔，被测的输电导线段4的一端用固定螺丝7安装在A通孔5中，所述的固定螺丝7共三个，沿A通孔5的周向均布。所述的环形轴承6的外圈安装在B通孔中，被测的输电导线段4的另一端穿过环形轴承6的内圈并固定在内圈上，被测的输电导线段4穿过环形轴承6的内圈的这一端的端头与圆盘8的旋转中心通过定位螺丝9固定，被测的输电导线段4的轴线与水平面平行并与圆盘8的旋转轴共线。

所述的钢丝10的一端通过限位螺丝11固定在圆盘8外缘的端面的九点钟位置，即面向圆盘将圆盘比为一个时钟面板时的九点钟位置。钢丝10绕过圆盘8外缘的端面的顶端，垂向平面底座1，所述的钢丝10安装在圆盘8外缘的端面开有凹槽内。钢丝10采用刚度大变形小的材料。钢丝10垂向平面底座1的这一端下吊装有配重壶12，配重壶12的顶部具有开口。所述的配重壶12为透明材料制成，配重壶12的壶壁上具有计量容积的刻度。实验人员也可通过计量液体的刻度读数，计算出所加计量液体的质量，校验切变流量测量的准确性。

所述的电涡流位移传感器19安装在配重壶12的正下方位置处的平面底座1上，电涡流位移传感器19与控制器18电连接。

所述的配重壶12旁边的平面底座1上安装有储液罐17，储液罐17的顶部安装有计量泵16，计量泵16的吸入口伸入储液罐17内，计量泵16的输出口连通导管15的一端，导管15的另一端的注液口13指向配重壶12顶部的开口，计量泵16的控制端与控制器18电连接。所述的导管15架在导管支架14上。

所述的控制器18具有显示计量泵16输出的流量、该流量换算的质量、配重壶12移动的距离以及计算出的切变模量的功能。

测量前调节固定被测的输电导线段4的三个固定螺丝7，使输电导线段4的轴线水平。

本发明测量输电导线切变模量的原理是：

被测的输电导线段4圆轴承受扭矩，当材料处于线弹性范围内时，扭矩τ和扭角之间的关系服从扭转虎克定律，即则有采用增量法有其中所以得到其中△τ为扭力增量，在这里即为配重壶12所受重力的增量△mg；为扭角，在这里配重壶12底端下降位移量△a是钢丝10的末端的位移量也就是圆盘8边沿转过的弧长，根据弧长公式得到公式中l为A立柱中心到圆盘8中心的距离，也就是被测的输电导线段4发生扭转的实际距离；d为被测的输电导线段4的直径；R为圆盘8的半径。

测量时仅需读出配重壶12所受重力的增量△mg和配重壶12底端下降位移量△a代入公式即得到被测的输电导线段4的切变模量G。

本领域技术人员将理解本发明可以以本文中所述的那些以外的、没有偏离本发明的精神和本质特性的特定形式来执行。因此，所有方面的上述实施方式应当被解释为例示的而不是限制性的。本发明的范围应当由所附权利要求书和它们的法律等同物来确定，而不是由上述描述来确定，并且所有落入所附权利要求书的含义和等同范围之内的改变都将包括进来。

对于本领域技术人员来说显而易见的是，在所附权利要求书中没有显示地互相引用的权利要求可以组合起来，作为本发明的示例性实施方式，或者被包括而在提交本申请之后通过之后的修改而成为新权利要求。

本发明的方式

以用于执行本发明的最佳方式已经描述了各种实施方式。

工业应用性

如根据上述描述所显而易见的，对于本领域技术人员来说显而易见的是，可以对本发明做出各种修改和变型，而不偏离本发明的精神或范围。因此，旨在本发明覆盖落入所附权利要求书和它们的等同物的范围之内的修改例和变型。

Claims (6)

1.一种输电导线切变模量的测量设备，包括平面底座(1)、A立柱(2)、B立柱(3)、环形轴承(6)、固定螺丝(7)、圆盘(8)、钢丝(10)、限位螺丝(11)、配重壶(12)、导管(15)、计量泵(16)、储液罐(17)、控制器(18)和电涡流位移传感器(19)，其特征在于，

所述的A立柱(2)和B立柱(3)固定安装在平面底座(1)上，A立柱(2)和B立柱(3)上分别开有轴线共线的A通孔(5)和B通孔，被测的输电导线段的一端用固定螺丝(7)安装在A通孔(5)中，所述的环形轴承(6)的外圈安装在B通孔中，被测的输电导线段(4)的另一端穿过环形轴承(6)的内圈并固定在内圈上，被测的输电导线段(4)穿过环形轴承(6)的内圈的这一端的端头与圆盘(8)的旋转中心固定，被测的输电导线段(4)的轴线与水平面平行并与圆盘(8)的旋转轴共线，

所述的钢丝(10)的一端通过限位螺丝(11)固定在圆盘(8)外缘的端面的九点钟位置，钢丝(10)绕过圆盘(8)外缘的端面的顶端，垂向平面底座(1)，钢丝(10)垂向平面底座(1)的这一端下吊装有配重壶(12)，配重壶(12)的顶部具有开口，

所述的电涡流位移传感器(19)安装在配重壶(12)的正下方位置处的平面底座(1)上，电涡流位移传感器(19)与控制器(18)电连接，

所述的配重壶(12)旁边的平面底座(1)上安装有储液罐(17)，储液罐(17)的顶部安装有计量泵(16)，计量泵(16)的吸入口伸入储液罐(17)内，计量泵(16)的输出口连通导管(15)的一端，导管(15)的另一端的注液口(13)指向配重壶(12)顶部的开口，计量泵(16)的控制端与控制器(18)电连接。

2.根据权利要求1所述的一种输电导线切变模量的测量设备，其特征在于，所述的配重壶(12)为透明材料制成，配重壶(12)的壶壁上具有计量容积的刻度。

3.根据权利要求1所述的一种输电导线切变模量的测量设备，其特征在于，所述的控制器(18)具有显示计量泵(16)输出的流量、该流量换算的质量、配重壶(12)移动的距离以及计算出的切变模量的功能。

4.根据权利要求1所述的一种输电导线切变模量的测量设备，其特征在于，还包括导管支架(14)，所述的导管(15)架在导管支架(14)。

5.根据权利要求1-4任一一项所述的一种输电导线切变模量的测量设备，其特征在于，所述的钢丝(10)安装在圆盘(8)外缘的端面凹槽内。

6.根据权利要求5所述的一种输电导线切变模量的测量设备，其特征在于，所述的固定螺丝(7)共三个，沿A通孔(5)的周向均布。