CN106768523A - 一种压力机吨位测量方法及其装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种压力机吨位测量装置及其方法，通过将若干电阻应变片粘贴到被测构件上并连接成一个全桥电路，当电阻应变片随被测构件发生形变时，阻值发生变化，从而使得电路的输出电压发生变化，得出了压力机吨位与电路输出电压变化之间的数学表达式。并在此基础上，设计与制造了相应的吨位测量装置，测量装置主要由压力传感器、压力显示面板组成，压力传感器有12个电阻应变片对称分布在圆柱形被测构件的侧面并且连接成全桥电路，将冲压的吨位值转化为可测量的输出电压变化；压力显示面板采集代表压力机吨位的电压信号，经过处理、运算，显示每次负荷单元在冲压后的吨位值；该装置体积小，操作简单，能够精确、真实地反映每次冲压的吨位值。

Description

一种压力机吨位测量方法及其装置
技术领域
本发明涉及压力机吨位测量领域，具体涉及一种压力机吨位测量方法及其装置。
背景技术
电阻应变片压力传感器作为力学传感器的一种，广泛用于各种工业自控环境，涉及水利水电、铁路交通、智能建筑、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道等众多行业。
电阻丝应变片一般是粘贴在传感器的弹性体上，当传感器承受压力后的，弹性体产生形变，引起粘贴在弹性体上的应变片电阻值变化。电阻的变化经电路处理后的以电信号的方式输出，这就是电阻应变式传感器的工作原理。而电阻应变片的贴片方式和组桥方式的不同对压力传感器的精度有很大影响。本发明就采用一种全新的贴片方式和组桥方式，增加了传感器灵敏度和精度，使测量的吨位值和实际值更加接近。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种压力机吨位测量方法及其装置。
技术方案：
一种压力机吨位测量方法，包括步骤：
步骤1：在被测构件侧面对称粘贴若干电阻应变片，并连接成一个全桥电路；
步骤2：根据电阻应变片的应变效应及电阻应变片电桥原理得到压力机吨位与所述全桥电路电压变化之间的线性关系；
步骤3：通过测量所述被测构件受到冲压时步骤1中的全桥电路的电压变化，计算得到被测构件受到的压力机吨位。
一种压力机吨位测量装置，包括被测构件、压力传感器以及压力显示面板组成；
所述压力传感器包括若干电阻应变片；所述电阻应变片对称粘贴在被测构件侧面，并连接成一个全桥电路；所述压力显示面板与所述全桥电路连接，并采集被测构件受到压力机吨位时全桥电路的电压信号，并通过其内置的计算单元进行计算，得到压力机吨位值并显示。
所述电阻应变片包括测量水平应变的电阻应变片和测量垂直应变的电阻应变片；所述测量水平应变的电阻应变片方向与被测构件底面平行，所述测量垂直应变的电阻应变片方向与被测构件底面垂直。
所述电阻应变片包括为12片；包括4片测量水平应变的电阻应变片和8片测量垂直应变的电阻应变片；所述测量水平应变的电阻应变片两两串联接入全桥电路；所述测量垂直应变的电阻应变片两两串联再并联接入全桥电路。
有益效果：本发明的测量方法具有高灵敏度，高精度的优点，使得测量结果更加贴近实际。与显示面板构成的吨位标定仪装置体积小，操作简单，能够快速，真实反映每次冲压的吨位值。
附图说明
图1为本发明标定仪压力传感器正视图；
图2为标定仪压力传感器俯视图；
图3为压力传感器的内部电路图以及电阻应变片的分布图。
图4为电阻应变效应示意图。
图5为应变仪电桥线路原理图。
其中，1～12均为电阻应变片。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
本发明的压力机吨位测量装置，如图1和图2所示，包括被测构件，被测构件为一圆柱体，在被测构件的侧面均匀地粘贴有电阻应变片，在本发明中，电阻应变片数量为12片，图2中的1-12表示的是电阻应变片。被测构件和电阻应变片组成了吨位标定仪传感器。而吨位标定仪传感器加上压力显示面板组成吨位标定仪。
本发明采用的组桥方式是全桥电路，是一个自补偿电路，从零漂、温度补偿、灵敏度漂移多个方面增加了电路输出的精度，减小误差，使测量结果更准确。如图3所示，即电桥的四个桥臂全部接入电阻应变片，而且接入电桥各桥臂的电阻应变片的电阻值、灵敏系数和电阻温度系数均相同。因为各个电阻应变片的温度始终相同(粘贴在同一个被测构件上)，所以它们因温度变化所引起的电阻值的变化也相同，又因为它们处于电桥相邻的两臂，所以并不产生电桥的输出电压，从而使得温度效应的影响被消除。且在垂直方向上分别贴有8个电阻应变片，即其中8个电阻应变片方向与圆柱体底面垂直，测量出多个点的受力，再取其平均值，使得测量的结果更加准确，接近实际；在水平方向上贴有4个电阻应变片，即该各个电阻应变片方向与圆柱体底面平行，用于测出被测构件水平方向的受力，避免了因遗漏被测构件水平方向的形变而导致的误差。
另外，这是一个四壁差动工作电桥，即相邻两个桥臂上的工作应变片，正反受力，或者拉压受力，一个正向变的时候，另一个相反的方向变，而相对桥臂受力方向相同。这样消除了非线性误差,灵敏度比单臂电桥提高了4倍。所以这样电桥有很好的灵敏度和很好的抗干扰能力，从而减小误差，使测量的结果更加接近实际值。
如图3所示，应变片1、7、4、10测量的是被测构件的水平形变，且应变片1与7、4与10串联接入全桥电路，在被测构件较大，表面受力不均时起到平均测量应变的作用，从而使得测量的吨位更加准确，更能反映实际吨位值。由于被测构件的受力方向是垂直向下的，所以会理所当然得认为构件发生的形变只集中在垂直方向上，但是在实际测量中，作用力不可能正好通过柱体的中心轴线，所以这样的柱体弹性元件除了受到垂直压力外，还受到横向力。而忽略水平方向的形变则会导致测量误差的出现，让测量结果失准。本发明设置了四个应变片用于测量被测构件的水平形变，使得测量的吨位更加准确，更能反映实际吨位值。
其余的应变片测量的则是被测构件的垂直形变。应变片2、3与8、9分别对称分布，且在电路应变片2与3、8与9先串联再并联，这样做一方面能够起到平均测量应变的作用，而另一方面则使电桥输入和输出电阻与供桥电源内阻或者输出电表内阻匹配，从而减小测量误差。应变片5、6与11、12原理同上。
本发明中，采用的标定仪为AC750。
本发明的压力机吨位测量方法，包括步骤：
步骤1：根据电阻应变片的应变效应建立冲压吨位与应变片电阻变化之间的数学关系模型：F＝E*e；即：力＝弹性模量*应变，其中，应变是指单位力产生的变形；应变通过应变片测得，具体的公式跟电阻应变片贴片和组桥方式有关。
电阻应变片测量应变的原理：
用电阻应变片测量应变时，要将电阻应变片粘贴到试件上，当试件发生变形，应变片就会跟随一起变形，这时应变片中的电阻丝就会因其机械变形而导致电阻丝的电阻发生变化，电阻的变化也就反应了结构的变形情况，这就是用电阻应变片测量应变的基本原理。
电阻应变效应如图2所示：
材料阻值：其中ρ表示材料的电阻率，l表示单元长度，A表示切面面积；
电阻变化公式：
步骤2：利用电阻应变片电桥原理，得出电路输出电压与应变片电阻变化关系的数学公式；
电阻应变片电桥原理如图3所示：
根据电路原理得出：其中，U0是恒定的输入电压，而Ui是测量的电压。当R1R3＝R2R4时，Ui为0，此时电桥达到平衡，我们测量冲压吨位则是使用非平衡电桥。
所以电压变化公式为：
步骤3：根据步骤1与步骤2建立起冲压吨位与电阻应变片所组成的全桥电路的电压变化之间的线性关系，根据对称分布在圆柱形被测构件上的12个电阻应变片，通过测量其组成的全桥电路的电压变化，计算出多个点的受力，再取其平均值，使得测量的结果更加准确，接近实际；特别是在垂直方向上贴有的8个电阻应变片，测量出电阻应变片垂直方向上多个点的受力，再取其平均值；在水平方向上有4个电阻应变片测出被测构件水平方向的受力，再取其平均值，避免了因遗漏被测构件水平方向的形变而导致的误差；
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种压力机吨位测量方法，其特征在于：包括步骤：
步骤1：在被测构件侧面对称粘贴若干电阻应变片，并连接成一个全桥电路；
步骤2：根据电阻应变片的应变效应及电阻应变片电桥原理得到压力机吨位与所述全桥电路电压变化之间的线性关系；
步骤3：通过测量所述被测构件受到冲压时步骤1中的全桥电路的电压变化，计算得到被测构件受到的压力机吨位。
2.一种压力机吨位测量装置，其特征在于：包括被测构件、压力传感器以及压力显示面板组成；
所述压力传感器包括若干电阻应变片；所述电阻应变片对称粘贴在被测构件侧面，并连接成一个全桥电路；所述压力显示面板与所述全桥电路连接，并采集被测构件受到压力机吨位时全桥电路的电压信号，并通过其内置的计算单元进行计算，得到压力机吨位值并显示。
3.根据权利要求2所述的压力机吨位测量装置，其特征在于：所述电阻应变片包括测量水平应变的电阻应变片和测量垂直应变的电阻应变片；所述测量水平应变的电阻应变片方向与被测构件底面平行，所述测量垂直应变的电阻应变片方向与被测构件底面垂直。
4.根据权利要求2所述的压力机吨位测量装置，其特征在于：所述电阻应变片包括为12片；包括4片测量水平应变的电阻应变片和8片测量垂直应变的电阻应变片；所述测量水平应变的电阻应变片两两串联接入全桥电路；所述测量垂直应变的电阻应变片两两串联再并联接入全桥电路。
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