CN103743506A - 一种载荷测量装置及其测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种载荷测量装置及其测量方法，其特征在于，具有：支撑部与支撑部连接的测量部以及与测量部连接的数据处理部，支撑部包括承载板以及承载柱，承载柱连接在承载板的底部，测量部包括电阻应变片以及与电阻应变片连接的电阻应变仪，电阻应变片连接在承载柱上，数据处理部与电阻应变仪连接接收的应变值从而得出应变曲线。测量方法如下，选择合适的承载柱，粘贴电阻应变片。测出附有电阻应变片的承载柱的弹性模量，将电阻应变片连接到电阻应变仪上，在承载板上加载待测载荷，电阻应变仪测量得出应变值，得出应变曲线，经过计算，得出载荷大小。此种结构能够高效快捷的测量静态载荷和周期性冲击载荷，成本较低，十分具有实用性。

Description

一种载荷测量装置及其测量方法

技术领域

本发明涉及一种载荷测量装置及其测量方法。

背景技术

载荷测量装置常用于建筑机械、运输业、纺织机械以及印刷机械等行业，测量货物重量或者校核机械设备压力值，检测大型设备施加的静态载荷与各种动态冲击载荷大小，以便监测重载货物是否在安全范围之内，设备冲击载荷是否达到设定的要求，保证工程运输的安全性，提高大型加载设备的使用寿命。

目前，实际工程与生产实际中，载荷测试装置不是很多，测量效果也不理想，主要存在的问题是测量载荷的装置往往是体积庞大，量程有限，测量场所固定，且价格昂贵，同时也只能读取过程中的结果数据，无法记录载荷整个测量过程，只能对静态的载荷进行测量，无法对动态、周期性的冲击载荷进行实时测量，例如在纺织机械与印刷机械中，周期性冲击载荷的测量均有较大困难，而周期性冲击载荷的测量在某些领域中又是至关重要的，所以一种既能够测量静态载荷又能测量动态周期性载荷的测量装置十分重要。

发明内容

本发明为了实现上述目的，采用了以下结构：

本发明提供一种载荷测量装置，其特征在于，具有：

支撑部，

与支撑部连接的测量部，以及

与测量部连接的数据处理部。

其中，支撑部包括承载板以及承载柱，承载柱的数量为至少两个，承载柱连接在承载板的底部。

测量部包括电阻应变片以及与电阻应变片连接的电阻应变仪。

电阻应变片连接在承载柱上，每个承载柱上设有至少一个电阻应变片。

电阻应变仪用于计算承载柱的应变值并输出。

数据处理部与电阻应变仪连接，用于处理接收的应变值从而得出应变曲线。

进一步地，在本发明的载荷测量装置中，还可以具有这样的特征：

其中，承载柱的高度与直径比在1-2之间。

进一步地，在本发明的载荷测量装置中，还可以具有这样的特征：

承载板与承载柱通过螺钉连接。

进一步地，在本发明的载荷测量装置中，还可以具有这样的特征：

其中，承载板上设有多个通孔用于容纳螺钉。

进一步地，在本发明的载荷测量装置中，还可以具有这样的特征：

每个承载柱上的电阻应变片的数量为两个，两个电阻应变片分别位于承载柱的对称面，两个电阻应变片的连接方式为串联。

进一步地，在本发明的载荷测量装置中，还可以具有这样的特征：

其中，电阻应变片在电阻应变仪上的接线方法为半桥公共外补偿。

本发明还提供一种使用上述载荷测量装置的测量载荷的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：选择合适的承载柱，用于粘贴电阻应变片；

步骤二：对附有电阻应变片的承载柱在弹性范围内进行预压缩，测出附有电阻应变片的承载柱的弹性模量；

步骤三：将电阻应变片连接到电阻应变仪上；

步骤四：在承载板上加载待测载荷，通过电阻应变仪测量得出应变值，传送至数据处理部，得出应变曲线，经过计算，从而得出载荷大小。

发明的作用与效果

根据本发明的载荷测量装置，采取了将支撑部、测量部和数据处理部相结合的结构，由于支撑部的承载柱与测量部的电阻应变片连接，当承载板上负有载荷时，承载柱会产生应变，其应变会被电阻应变片测得并传输给电阻应变仪得出应变值的大小ε，而数据处理部接收应变值的大小从而得出应变曲线，从应变曲线可得到各种过程中的所有承载柱的总应变值，而事先测得的承载柱的弹性模量E以及承载柱的总截面A₀，通过以下公式：

F=A₀*E*ε

可测得各种过程中载荷的大小。

此种装置能够方便有效的测量各种过程的载荷的大小，包括静态载荷和周期性冲击载荷的瞬态最大载荷，还能得到整个动态过程中载荷变化，能够满足不同工况下载荷的测量，未来可广泛应用于各种机械行业与建筑行业领域中，而且此载荷测量装置体积小，便于移动，成本低廉，十分具有实用性。

附图说明

图1是本发明载荷测量装置在实施例中截面结构示意图；

图2是本发明载荷测量装置在实施例中俯视图；

图3是本发明载荷测量装置在实施例中动态电阻应变仪的接线方法；

图4是本发明载荷测量装置在实施例中静态载荷的应变时间曲线图；

以及

图5是本发明载荷测量装置在实施例中动态冲击载荷的应变时间曲线图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明所涉及的载荷测量装置做详细阐述。

<实施例1>

图1是本发明载荷测量装置在实施例中的截面结构示意图。

如图1所示，此载荷测量装置5的支撑部包括承载板4和四个承载柱1，承载柱1的高度与直径比为1.5：1，采用的材质为弹性较好的金属材料，使用时尽量调节整个装置的水平，使每个承载柱1受到均等的载荷，其中每个承载柱1上的对称位置进行打磨后用于贴附两个串联的电阻应变片5a和5b，一个承载柱1上的两个电阻应变片5a与5b与测量部的动态电阻应变仪连接。动态电阻应变仪和数据处理部的计算机连接。

承载板4与承载柱1通过螺钉3连接，由于承载板4上设有14个螺孔2用于容纳螺钉3，所以，承载板4最多能够连接14个承载柱1，当在测量过程中，如出现承载柱1所承受的载荷较小，读取载荷不便时，可以拆下原来的承载柱1，更换直径较小的承载柱，或减少连接在承载板4上的承载柱1的数量；若出现承载柱1所承受的载荷超出事先测定的弹性范围，应更换直径较大的承载柱，或者增加承载柱1连接到承载板4的数量。

当承载板4上负有载荷时，4个承载柱1会产生应变，此应变由贴附在承载柱1上的电阻应变片5a和5b共同测得并传输至动态电阻应变仪得出总4个承载柱1的总应变值的大小。将此过程中的得到的总应变值传输至计算机得出应变曲线。从应变曲线上得到的数值，将其与事先测得的承载柱的弹性模量E以及承载柱的总截面A₀，通过以下公式：

F=A₀*E*ε

可得出待测的载荷大小。

图2是本发明载荷测量装置在实施例中俯视图。

如图2所示，此载荷测量装置5的承载板4上设有14个螺孔2，用于容纳螺钉3，这些螺孔2均匀的分布在承载板4上，使得承载板4能够与通过4个螺钉3与4个承载柱1相连接。

图3是本发明载荷测量装置在实施例中动态电阻应变仪的接线方法。

如图3所示，动态电阻应变仪采用了“串联式半桥公共外补偿”的电桥接线方式，该接桥方式利用惠斯顿电桥的电桥“邻臂相减”特性，将承载柱1上两侧对称位置的两个应变片5a和5b直接串联后，作为R₁和R’₁接入电桥同一桥臂AB，这种连接方式能够消除载荷方向原因造成的承载柱1的弯曲应变的影响，邻臂BC接入串联后的两片温度补偿片Rt，能够消除温度应变的影响，提高测量过程的准确性。

图4是本发明载荷测量装置在实施例中静态载荷的应变时间曲线图。

如图4所示，当本载荷测量装置5测量静态载荷时，当承载板4受压时，承载柱1的应变值为负值，当载荷越大时，其应变负值越大，所以图中曲线的最低处的应变负值的绝对值为其应变值大小。通过公式F=A₀*E*ε能够得出静态载荷的大小。

图5是本发明载荷测量装置在实施例中动态冲击载荷的应变时间曲线图。

如图5所示，当本载荷测量装置5测量周期性动态冲击载荷时，图中曲线的最低处的应变负值的绝对值为其瞬时应变最大值，通过公式F=A₀*E*ε能够得出载荷大小。而曲线的变化也代表了其应变值的变化，从而能得到整个冲击过程中应变值的大小。

实施例1的作用与效果

根据本发明的载荷测量装置，采取了将支撑部、测量部和数据处理部相结合的结构，由于支撑部的承载柱与测量部的电阻应变片连接，当承载板上负有载荷时，承载柱会产生应变，其应变会被电阻应变片测得并传输给动态电阻应变仪得出应变值的大小ε，而数据处理部接收应变值的大小从而得出应变曲线，从应变曲线可得到各种过程中的所有承载柱的总应变值，而事先测得的承载柱的弹性模量E以及承载柱的总截面A₀，通过以下公式：

F=A₀*E*ε

可测得各种过程中载荷的大小。

此种装置能够方便有效的测量各种过程的载荷的大小，包括静态载荷和周期性冲击载荷的瞬态最大载荷，还能得到整个动态过程中载荷变化，能够满足不同工况下载荷的测量，未来可广泛应用于各种机械行业与建筑行业领域中，而且此载荷测量装置体积小，便于移动，成本低廉，十分具有实用性。

另外，承载柱的高度与直径比为1.5:1，满足GB/T7314-2005金属材料室温压缩实验方法要求。

另外，承载板上设有多个螺孔容纳用于连接承载板与承载柱的螺钉，这种结构能够使得承载板能够连接多个承载柱。使其能够适应不同范围载荷的测量。

另外，承载柱上对称面贴附有两个电阻应变片连接至动态电阻应变仪，其在动态电阻应变仪上的接线方法为半桥公共外补偿。当将温度补偿片也接入此电路时，这种连接方法既能够消除载荷方向原因造成的承载柱的弯曲应变的影响，也能够消除温度应变的影响。使得测量结果更为准确。

另外，本实施例采用的载荷测量装置，其承载柱的高度与直径比不仅仅限于1.5，可在1—2之间，承载柱上的螺孔的数量也不仅仅为14个，数量大于2就能实现效果。

<实施例2>

本实施例提供一种使用上述载荷测量装置的测量载荷的方法，具体步骤如下：

步骤一：首先选择承载柱尺寸，使其高度h与直径D比为1.5，测量出承载柱的横截面积，满足GB/T7314-2005金属材料室温压缩实验方法要求，然后在满足尺寸要求的承载柱中部柱面上前后对称处进行打磨，粘贴电阻应变片。

步骤二：将贴好电阻应变片的承载柱在弹性范围内，用尽量大且相同的预载荷进行预压缩，测出所有承载柱的弹性模量E；

步骤三：用螺钉将承载柱与承载板连接，同时将每个承载柱对称柱面上的两个电阻应变片连接到动态电阻应变仪上，动态电阻应变仪上用“串联式半桥公共外补偿”接线方法，

步骤四：测试过程中，承载板承受的待测载荷，由贴在承载柱上的电阻应变片通过动态电阻应变仪测得的应变值。传输到计算机形成应变曲线。如果待测载荷过大，可以在增加连接在承载板上的承载柱的数量。如果待测载荷过小，可以减少连接在承载板上的承载柱的数量。

步骤五：通过根据测得的应变曲线，读取测得应变值ε，通过理论计算，即可得到测试载荷的大小，其计算公式如下：

F=A₀*σ=A₀*E*ε

σ为测试过程中承载柱受到的压缩应力，ε为测试过程中所有承载柱上直接测得的压缩应变；A₀为测试过程中所有承载柱的总横截面积，F为待测载荷。

实施例2的作用与效果

本实施例的使用载荷测量装置的方法既能够测量静态载荷的大小又能测量周期性冲击载荷的瞬态最大载荷，还能得到整个动态过程中载荷变化。此种方法十分快捷高效。

当然本发明所涉及的载荷测量装置及其测量方法并不仅仅限定于在上述实施例中的结构。以上内容仅为本发明构思下的基本说明，而依据本发明的技术方案所作的任何等效变换，均应属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种载荷测量装置，其特征在于，具有：

支撑部；

与所述支撑部连接的测量部；以及

与所述测量部连接的数据处理部，

其中，所述支撑部包括承载板以及承载柱，所述承载柱的数量为至少两个，所述承载柱连接在所述承载板的底部；

所述测量部包括电阻应变片以及与所述电阻应变片连接的电阻应变仪，

所述电阻应变片连接在所述承载柱上，每个所述承载柱上设有至少一个所述电阻应变片，

所述电阻应变仪用于计算所述承载柱的应变值并输出；

所述数据处理部与所述电阻应变仪连接，用于处理接收的所述应变值从而得出应变曲线。

2.根据权利要求1所述的载荷测量装置，其特征在于：

其中，所述承载柱的高度与直径比在1-2之间。

3.根据权利要求1所述的载荷测量装置，其特征在于：

所述承载板与所述承载柱通过螺钉连接。

4.根据权利要求3所述的载荷测量装置，其特征在于：

其中，所述承载板上设有多个通孔用于容纳所述螺钉。

5.根据权利要求1所述的载荷测量装置，其特征在于：

每个所述承载柱上的所述电阻应变片的数量为两个，两个所述电阻应变片分别位于所述承载柱的对称面，两个所述电阻应变片的连接方式为串联。

6.根据权利要求5所述的载荷测量装置，其特征在于：

其中，所述电阻应变片在所述电阻应变仪上的接线方法为半桥公共外补偿。

7.一种使用如权利要求1所述的载荷测量装置的测量载荷的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：选择合适的所述承载柱，用于粘贴所述电阻应变片；

步骤二：对附有电阻应变片的承载柱在弹性范围内进行预压缩，测出所述附有电阻应变片的承载柱的弹性模量；

步骤三：将所述电阻应变片连接到所述电阻应变仪上；

步骤四：在所述承载板上加载待测载荷，通过所述电阻应变仪测量得出所述应变值，传送至所述数据处理部，得出所述应变曲线，经过计算，从而得出载荷大小。

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