CN108801205A - 一种应变传感器的灵敏度标定装置及标定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种应变传感器的灵敏度标定装置及标定方法，所述的标定装置包括：底板，导轨滑台，导轨滑台两端的导轨夹块，导轨滑台前面的前挡块，导轨滑台后侧的后挡块，导轨滑台上面的固定块、上滑块；固定块和上滑块分别安装了固定应变传感器的结构，导轨两端设有滑轮固定架，滑轮固定架上固定着滑轮，上滑块固定着细绳的一端，细绳的另一端绕过滑轮悬挂着砝码，滑块上固定着侧挡块，前挡块上固定着千分尺固定架，千分尺固定架上固定着千分尺，通过该装置进行标定可达到标定结果可重复性好结果可靠；高精度标定；装置稳定、坚固耐用；标定方便，省时省力、快速高效等效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种应变传感器的灵敏度标定装置及标定方法。
背景技术
应变指在外力和非均匀温度场等因素作用下物体局部的相对变形。在实际应用中，通常采用应变传感器测试物体的应变。应变传感器是基于测量物体受力变形所产生的应变的一种传感器。应变传感器广泛用于桥梁、隧道、电力杆塔、石油平台、建筑物、钢结构、舰船、塔吊、龙门吊等大型建筑物的结构应变检测。但每一只应变传感器的灵敏度是不一样的，在使用前必须进行灵敏度系数的标定，以确保应变检测的准确性。
目前大部分单位都利用等强度梁标定应变传感器，该方法是是在等强度梁上同时安装应变和应变传感器，在其自由端施加重物，产生近似沿轴向的拉伸形变，依次施加不同的重物，所得数据进行拟合后，从而进行应变传感器的标定。然而用这种方法标定不同标距的应变传感器时，需通过更换等强度梁实现，极不方便，而且该方法不能产生完全沿轴向的拉力，因其梁臂本身的形变会放大应变，在标定应变传感器时，由于等强度梁不同部位之间的应变值和传感器测得的应变值与等强度梁上应变片测得的应变值的误差，因此无法满足对测量微小应变的应变传感器进行标定的精度要求。在固定方式上，一个等强度梁仅能固定一种标距的应变传感器，标定多种标距的应变传感器，需配置多个等强度梁，通用性差。
目前国内外都针对该技术做了改进，但国内的标定装置标定的传感器灵敏度系数误差较大，且标定工作的效率较低，无法进行传感器的比对测试。国外的价格价格昂贵，也无法同时进行不同标距应变传感器的标定，以及同时进行多个应变传感器的标定和比对。
发明内容
为了克服上述技术的不足，本发明的目的是提供一种可以同时标定多个传感器，标定任意标距，标定误差小，精度高的应变传感器的灵敏度标定装置及标定方法。
为了解决上述技术问题，本发明的技术解决方案是：一种应变传感器的灵敏度标定装置，包括：底板，导轨滑台，导轨滑台两端的导轨夹块，导轨滑台前面的前挡块，导轨滑台后侧的后挡块，导轨滑台上面的固定块、上滑块；固定块和上滑块分别安装了固定应变传感器的结构，导轨两端设有滑轮固定架，滑轮固定架上固定着滑轮，上滑块固定着细绳的一端，细绳的另一端绕过滑轮悬挂着砝码，滑块上固定着侧挡块，前挡块上固定着千分尺固定架，千分尺固定架上固定着千分尺。
所述的导轨滑台由导轨和能沿着导轨轴向移动的下滑块组成。
所述的固定块通过螺杆结构，固定于导轨滑块上。
所述的上滑块通过螺杆结构固定在下滑块上。
所述的应变传感器通过M6平垫、螺母固定在上滑块和固定块上。
所述固定应变传感器的结构是螺杆结构。
所述的侧挡块通过螺杆固定在滑块上，并与滑块水平面相互垂直，所述的千分尺通过螺丝固定在千分尺固定架上。
一种使用应变传感器灵敏度标定装置的标定方法，所述的标定方法根据静态标定中比较法的标定思想可按如下步骤进行标定：
(1)安装；按照发明装置，根据不同结构的应变传感器，将标准应变传感器和待标定的应变传感器连接安装在正确的位置，将千分尺探头顶到侧挡块测量得到初始值，在前后侧悬挂砝码。
(2)标定；应变传感器安装完毕，检查无误后，对传感器施加激励电源，测量其电桥电压变化，根据应变大小与其所受轴向力的大小呈现线性关系，并通过标准应变传感器已知系数，得到待测传感器对应的系数；
(3)验证；将千分尺探头顶到侧挡块测量得到当前值，当前值与初始值差值即得到的位移值。通过位移值验证系数的准确性。
(4)应变传感器标定结束后，停止施加激励电源，取出砝码，使装置停止工作。
所述步骤2中的电桥电压测量利用了惠斯登电桥测量原理。
所述步骤3中利用位移值验证系数的方法是公式定义法；传感器的系数乘以采集到的电压就会等于应变，而千分尺测得的位移量除以自身标距也会等于应变，根据两者等式验证系数的准确性。
有益效果：采用上述方案后，本发明具有以下积极的效果及优点，
(1)标定结果可重复性好：重复进行标定，应变传感器的灵敏度系数一致性好，重复性好，结果可靠。
(2)标定方便，省时省力、快速高效。有效的防止装置的侧移，确保施力方向为轴向，实现应变传感器的高精度标定。
(3)适应不同标距的应变传感器，并可同时标定多个，通用性强且效率高。
(4)两种标定方法集于一身，能够对标定结果进行验证。装置稳定、坚固耐用。
附图说明
图1是本发明的装置爆炸图；
图2是本发明的装置完整图；
图中：1、底板；2、导轨夹块；3、后挡块；4、固定块；5、上滑块；6、千分尺固定架；7、前挡块；8、下滑块；9、导轨；10、滑轮固定架；11、侧挡块；12、滑轮；13、砝码；14、细绳；15、千分尺。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详述。
本发明所揭示的是一种应变传感器的灵敏度标定装置，如图2所示，所述的标定装置包括：
底板1；导轨滑台，导轨滑台由导轨9和能沿着导轨轴向移动的下滑块8组成；导轨滑台两端的导轨夹块2；导轨滑台前面的前挡块7；导轨滑台后侧的后挡块3；导轨滑台上面的固定块4、上滑块5，固定块4通过螺杆结构，固定于导轨滑块2上，上滑块5通过螺杆结构固定在下滑块8上，固定块4和上滑块5分别安装了固定应变传感器的结构，该结构较佳实施例为螺杆结构，应变传感器通过M6平垫、螺母固定在上滑块5和固定块4上；导轨9两端设有滑轮固定架10，滑轮固定架10上固定着滑轮12；上滑块5固定着细绳14的一端，细绳14的另一端绕过滑轮悬挂着砝码13，滑块5上固定着侧挡块11，侧挡块11通过螺杆固定在滑块5上，并与滑块5水平面相互垂直，前挡块7上固定着千分尺固定架6，千分尺15通过螺丝固定在千分尺固定架6上。
实施例1是使用时，分别将标准应变传感器和待测应变传感器一端固定到上滑块5上，另一端固定到固定块4上，分别使用M6平垫、螺母进行固定，使用套筒扳手将其旋紧，细绳14的一端固定到上滑块5，另一端绕过前侧滑轮12，在其另一端悬挂砝码13。根据惠斯登电桥测量原理，利用电阻的变化来测量物理量的变化，对传感器施加激励电源并测量其电桥电压变化。根据应变大小与其所受轴向力的大小呈现线性关系，并通过标准应变传感器已知的系数，可以得到待测传感器对应的系数，从而实现对未知系数的应变传感器进行标定的目的。这种标定方式可以实现传感器标定，使用方便，精度高。
实施例2是使用时，可以单独用千分尺进行标定，侧挡块11通过螺杆固定在滑块5上，与滑块5水平面相互垂直。千分尺固定架6通过螺栓固定到前挡块7上，千分尺通过螺丝固定在千分尺固定架6。在初始状态下(前后侧均没有悬挂砝码)，将千分尺15探头顶到侧挡块11测量得到初始值，在前侧或后侧悬挂砝码时再将千分尺15探头顶到侧挡块11测量得到当前值，当前值与初始值相减即得到位移值。而位移值与传感器标距(传感器的初始长度)的比值就是微应变，由此，实现应变传感器的标定。
最佳的实施例是通过以上两种方法结合，先测出待测传感器系数，再测出位移量，最后用公式定义法来验证标定的结果。
本装置可以标定不同标距的应变传感器和不同固定方式的应变传感器。
可以通过调节固定应变传感器的螺杆在所述上滑块5的轴向距离位置，固定不同标距的应变传感器，并进行标定。调节固定应变传感器的螺杆在所述上滑块5的轴向距离位置则根据所要标定的应变传感器的标距与标准应变传感器的标距相比，在所述上滑块5的相应位置开固定螺杆的螺丝孔。
根据在相同位移量的情况下，不同标距的应变传感器产生的应变值与标距值成反比，可以计算出被标定传感器的正确应变值，利用这一关系可以通过测得一系列对应关系拟合计算出被测应变传感器的灵敏度系数。
可以通过在固定块4和上滑块5之间固定标准应变传感器，以及在固定块4和上滑块5上用胶水沾粘应变传感器，以达到灵活标定不同固定方式、任意标距的应变传感器的作用。
通过二标一安装方法，可以消除因装置位移不平衡导致的误差：根据权利要求1所述的一种应变传感器的灵敏度标定装置，在固定块4和上滑块5上有左、中、右三个应变传感器的安装位置，采用2只标准应变传感器分别安装在左、右位置上，中间位置则安装1只被测应变传感器，标准应变值采用左、右2只标准传感器所读取的应变值的平均值，这可以消除因装置位移不平衡导致的误差。
一种使用应变传感器灵敏度标定装置的标定方法，所述的标定方法根据静态标定中比较法的标定思想可按如下步骤进行标定：
(1)安装；按照发明装置，根据不同结构的应变传感器，将标准应变传感器和待标定的应变传感器连接安装在正确的位置，将千分尺探头顶到侧挡块测量得到初始值，在前后侧悬挂砝码。
(2)标定；应变传感器安装完毕，检查无误后，对传感器施加激励电源，测量其电桥电压变化，根据应变大小与其所受轴向力的大小呈现线性关系，并通过标准应变传感器已知系数，得到待测传感器对应的系数；
(3)验证；将千分尺探头顶到侧挡块测量得到当前值，当前值与初始值差值即得到的位移值。通过位移值验证系数的准确性。
(4)应变传感器标定结束后，停止施加激励电源，取出砝码，使装置停止工作。
另外，所述步骤2中的电桥电压测量利用了惠斯登电桥测量原理。
另外，所述步骤3中利用位移值验证系数的方法是公式定义法；传感器的系数乘以采集到的电压就会等于应变，而千分尺测得的位移量除以自身标距也会等于应变，根据两者等式验证系数的准确性。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故但凡依本发明的权利要求和说明书所做的变化或修饰，皆应属于本发明专利涵盖的范围之内。
Claims (13)
1.一种应变传感器的灵敏度标定装置，其特征在于所述的标定装置包括：底板(1)，导轨滑台，导轨滑台两端的导轨夹块(2)，导轨滑台前面的前挡块(7)，导轨滑台后侧的后挡块(3)，导轨滑台上面的固定块(4)、上滑块(5)，所述的固定块(4)和上滑块(5)分别安装了固定应变传感器的结构，所述的导轨(9)两端设有滑轮固定架(10)，滑轮固定架(10)上固定着滑轮(12)，所述的上滑块(5)固定着细绳(14)的一端，所述细绳(14)的另一端绕过滑轮悬挂着砝码(13)，所述滑块(5)上固定着侧挡块(11)，所述前挡块(7)上固定着千分尺固定架(6)，所述千分尺固定架上固定着千分尺(15)。
2.根据权利要求1所述的应变传感器的灵敏度标定装置，其特征在于所述的导轨滑台由导轨(9)和能沿着导轨轴向移动的下滑块(8)组成。
3.根据权利要求1所述的应变传感器的灵敏度标定装置，其特征在于所述的固定块(4)通过螺杆结构，固定于所述导轨滑台两端的导轨滑块(2)上。
4.根据权利要求1所述的应变传感器的灵敏度标定装置，其特征在于所述的上滑块(5)通过螺杆结构固定在下滑块(8)上。
5.根据权利要求1所述的应变传感器的灵敏度标定装置，其特征在于所述的应变传感器通过M6平垫、螺母固定在上滑块(5)和固定块(4)上。
6.根据权利要求1所述的应变传感器的灵敏度标定装置，其特征在于所述固定应变传感器的结构是螺杆结构。
7.根据权利要求1所述的应变传感器的灵敏度标定装置，其特征在于可以通过调节固定应变传感器的螺杆在所述上滑块(5)的轴向距离位置，固定不同标距的应变传感器，并进行标定，调节固定应变传感器的螺杆在所述上滑块(5)的轴向距离位置则根据所要标定的应变传感器的标距与标准应变传感器的标距相比，在所述上滑块(5)的相应位置开固定螺杆的螺丝孔。
8.根据权利要求1所述的应变传感器的灵敏度标定装置，其特征在于可以通过在固定块(4)和上滑块(5)之间固定标准应变传感器，以及在固定块(4)和上滑块(5)上用胶水沾粘应变传感器，以达到灵活标定不同固定方式、任意标距的应变传感器的作用。
9.根据权利要求1所述的应变传感器的灵敏度标定装置，其特征在于所述的侧挡块(11)通过螺杆固定在滑块(5)上，并与滑块(5)水平面相互垂直，所述的千分尺(15)通过螺丝固定在千分尺固定架(6)上，所述千分尺固定架(6)与前挡块夹住固定，而未使用螺丝。
10.一种使用应变传感器灵敏度标定装置的标定方法，其特征在于所述的标定方法根据静态标定中比较法的标定思想可按如下步骤进行标定：
(1)按照发明装置，根据不同结构的应变传感器，将标准应变传感器和待标定的应变传感器连接安装在正确的位置，在前后侧悬挂砝码，将千分尺探头顶到侧挡块测量得到初始值，
(2)根据权利要求1所述的一种应变传感器的灵敏度标定装置，在固定块(4)和上滑块(5)上有左、中、右三个应变传感器的安装位置，采用2只标准应变传感器分别安装在左、右位置上，中间位置则安装1只被测应变传感器，这可以消除因装置位移不平衡导致的误差，
(3)应变传感器安装完毕，检查无误后，对传感器施加激励电源，测量其电桥电压变化，根据应变大小与其所受轴向力的大小呈现线性关系，并通过标准应变传感器已知系数，得到待测传感器对应的系数，
(4)将千分尺探头顶到侧挡块测量得到当前值，当前值与初始值差值即得到的位移值。通过位移值验证系数的准确性，
(5)应变传感器标定结束后，停止施加激励电源，取出砝码，使装置停止工作。
11.根据权利要求10所述的使用应变传感器的灵敏度标定装置的标定方法，其特征在于所述步骤2中的电桥电压测量利用了惠斯登电桥测量原理。
12.根据权利要求10所述的使用应变传感器的灵敏度标定装置的标定方法，其特征在于所述步骤3中利用位移值验证系数的方法是公式定义法，传感器的系数乘以采集到的电压就会等于应变，而千分尺测得的位移量除以自身标距也会等于应变，根据两者等式验证系数的准确性。
13.根据权利要求10所述的使用应变传感器的灵敏度标定装置的标定方法，其特征在于通过二标一安装方法，可以消除因装置位移不平衡导致的误差：根据权利要求1所述的一种应变传感器的灵敏度标定装置，在固定块(4)和上滑块(5)上有左、中、右三个应变传感器的安装位置，采用2只标准应变传感器分别安装在左、右位置上，中间位置则安装1只被测应变传感器，标准应变值采用左、右2只标准传感器所读取的应变值的平均值，这可以消除因装置位移不平衡导致的误差。
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