CN109974572A - 一种石墨烯橡胶应变测试装置及岩石应变测量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种石墨烯橡胶应变测试装置及岩石应变测量方法，用于测量岩石试块的应变，包括依次相连的石墨烯橡胶应变仪、数据采集器、显示器，所述石墨烯橡胶应变仪包括石墨烯橡胶条，所述石墨烯橡胶条由石墨烯和弹性橡胶混合而成，所述石墨烯橡胶条的两端分别通过导线与数据采集器相连。采用石墨烯与弹性橡胶混合制作而成的的石墨烯橡胶条，具有良好的导电性，将石墨烯橡胶条箍在岩石试块上，当岩石试块受力发生微小变形时，石墨烯橡胶条也会同步发生变形，能灵敏的感受到物体的形变。当石墨烯橡胶条变形时，其电阻率必然发生变化，通过测量石墨烯橡胶条在变形过程中其电阻率的变化即可准确换算获得岩石试块的应变。

Description

一种石墨烯橡胶应变测试装置及岩石应变测量方法
技术领域
本发明涉及岩石应变测量技术领域，具体为一种石墨烯橡胶应变测试装置及岩石应变测量方法。
背景技术
目前，市场上测量应变的仪器主要是应变片和引伸计。应变片的原理是将应变片贴在岩石试块上，使其随着岩石试块的应变一起伸缩，这样里面的金属箔材就随着应变伸长或缩短，很多金属在机械性地伸长或缩短时其电阻会随之变化。但是应变片是单点测量，只能测量岩石试块的局部应变，有些微小应变无法测量，且应变片的操作不便，也会有一定的误差产生。引伸计安装困难，且在实验中容易脱落，导致实验失败。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种将石墨烯掺入弹性好的橡胶中，石墨烯橡胶在变形时，其横截面上的石墨烯含量发生变化，通过的电流量也发生改变，测量其电阻的变化率，来达到方便快捷的测得物体的应变目的的石墨烯橡胶应变测试装置及岩石应变测量方法。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种石墨烯橡胶应变测试装置，用于测量岩石试块的应变，包括依次相连的石墨烯橡胶应变仪、数据采集器、显示器，所述石墨烯橡胶应变仪包括石墨烯橡胶条，所述石墨烯橡胶条由石墨烯和弹性橡胶混合而成，所述石墨烯橡胶条的两端分别通过导线与数据采集器相连。
优选的，所述石墨烯橡胶条外包覆有绝缘橡胶层。
优选的，所述绝缘橡胶层与岩石试块相接触的一面设置有凹槽，所述凹槽沿着绝缘橡胶层的长度方向延伸。
优选的，所述凹槽设置在绝缘橡胶层的均分线上。
优选的，所述绝缘橡胶层为条形状，所述绝缘橡胶层与岩石试块相接触的一面设置有粘胶层。
优选的，所述绝缘橡胶层为闭合的环状。
一种岩石应变测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：先进行测试，当橡胶增长Δl时，电阻增加ΔR，求得
步骤二：测量原始岩石试块半径为r、石墨烯橡胶条的长度为l、岩石试块变形前橡胶电阻为R1；
步骤三：将石墨烯橡胶条环包在岩石试块上，其两端通过导线与数据采集器相连，数据采集器与显示器相连；
步骤四：岩石试块变形后测得橡胶电阻为R2，岩石试块变形后的半径为r2＝r+Δr，橡胶变形后的长度与橡胶原长的比：得橡胶变形后长度为得出岩石试块的应变
一种轴向岩石应变测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：先进行测试，当橡胶增长Δl时，电阻增加ΔR，求得
步骤二：测量岩石试块的总长度为l，石墨烯橡胶的长度为l1，岩石试块变形前测得橡胶电阻R1；
步骤三：将石墨烯橡胶条沿着岩石试块的长度方向粘贴在岩石试块上，其两端通过导线与数据采集器相连，数据采集器与显示器相连；
步骤四：岩石试块变形后测得橡胶电阻R2，电阻变化值：ΔR＝R2-R1，测量应变值：Δl1＝k(R2-R1)，岩石试块总应变值：
(三)有益效果
本发明提供了一种石墨烯橡胶应变测试装置及岩石应变测量方法。具备以下有益效果：
1、该石墨烯橡胶应变测试装置及岩石应变测量方法，采用石墨烯与弹性橡胶混合制作而成的的石墨烯橡胶条，石墨烯是一种非常强韧的材料，具有很好的弹性，拉伸的幅度能达到自身尺寸的20％比橡胶柔软。石墨烯的电阻率极低，电子能在其中高效的移动，故石墨烯拥有非常良好的导电性，甚至优于铜的导电性。石墨烯的优点就是在于有高效导电性的情况下还拥有良好的延展性，将石墨烯橡胶条拉长箍在岩石试块上，由于石墨烯橡胶条被拉长了，且自身存在一定的弹性，因此当岩石试块受力发生微小变形时，石墨烯橡胶条也会同步发生变形，能灵敏的感受到物体的形变。当石墨烯橡胶条变形时，其电阻率必然发生变化，通过测量石墨烯橡胶条在变形过程中其电阻率的变化即可准确换算获得岩石试块的应变。
2、该石墨烯橡胶应变测试装置及岩石应变测量方法，在石墨烯橡胶条的外侧包覆一层绝缘橡胶层，第一是能够防止石墨烯橡胶条与被测物的直接接触，防止被测物对石墨烯橡胶条的导电性产生影响。第二是防止石墨烯橡胶条在安装时发生磨损的情况。第三，因为石墨烯橡胶条容易被空气氧化，而导致老化，以此增加石墨烯橡胶条的使用寿命。
附图说明
图1为本发明的岩石试块应变径向测量的结构示意图；
图2为本发明的岩石试块应变径向测量的正面剖视图；
图3为本发明的岩石试块应变径向测量的俯面剖视图；
图4为本发明的石墨烯橡胶应变仪截面图；
图5为本发明的岩石试块应变轴向测量的结构示意图；
图6为本发明的岩石试块应变轴向测量的俯面剖视图。
图中：1岩石试块、2石墨烯橡胶应变仪、21石墨烯橡胶条、22绝缘橡胶层、23凹槽、3数据采集器、4显示器、5导线、6粘胶层。
具体实施方式
本发明实施例提供一种石墨烯橡胶应变测试装置及岩石应变测量方法，如图1-6所示，用于测量岩石试块1的径向应变和轴向应变，包括依次相连的石墨烯橡胶应变仪2、数据采集器3、显示器4。
石墨烯橡胶应变仪2包括石墨烯橡胶条21，石墨烯橡胶条21由石墨烯和弹性橡胶混合而成。将石墨烯掺入弹性好的橡胶中，橡胶为天然橡胶，使石墨烯橡胶条21在变形时，其横截面上的石墨烯含量发生变化，通过的电流量也发生改变，测量其电阻的变化率，来达到方便快捷的测得物体的应变的目的。
如图3所示，石墨烯橡胶条21的两端分别通过导线5与数据采集器3相连。数据采集器3通过导向5与显示器4相连。数据采集器3的型号为INV3065N。显示器的型号为三星T220G。
石墨烯橡胶条21的外侧包覆有绝缘橡胶层22。在石墨烯橡胶条21的外侧包覆一层绝缘橡胶层22，第一是能够防止石墨烯橡胶条21与被测物的直接接触，防止被测物对石墨烯橡胶条21的导电性产生影响。第二是防止石墨烯橡胶条21在安装时发生磨损的情况。第三，因为石墨烯橡胶条21容易被空气氧化，而导致老化，以此增加石墨烯橡胶条21的使用寿命。
如图4-6所示，绝缘橡胶层22与岩石试块1相接触的一面设置有凹槽23，凹槽23沿着绝缘橡胶层22的长度方向延伸。在测试轴向应变时，通过设置凹槽23，可减少径向应变对其的影响。
凹槽23设置在绝缘橡胶层22的均分线上。
绝缘橡胶层22为条形状，绝缘橡胶层22与岩石试块1相接触的一面设置有粘胶层6。粘胶层6为工业强力胶，工业强力胶为现有技术。当测试岩石试块1的轴向应变时，如图5所示，将石墨烯橡胶应变仪2沿着岩石试块1的长度方向粘贴在岩石试块1上。
绝缘橡胶层22为闭合的环状。当测试岩石试块1的径向应变时，如图1所示，将石墨烯橡胶应变仪2环形箍在岩石试块1上。
一种岩石应变测量方法，包括以下步骤：
步骤一：先进行测试，当橡胶增长Δl时，电阻增加ΔR，求得
步骤二：测量原始岩石试块半径为r、石墨烯橡胶条的长度为l、岩石试块变形前橡胶电阻为R1。
步骤三：将石墨烯橡胶条21拉长箍在被测物体上，由于石墨烯橡胶条被拉长了，且自身存在一定的弹性，因此当岩石试块1受力发生微小变形时，石墨烯橡胶条21也会同步发生变形，能灵敏的感受到岩石试块1的形变。当石墨烯橡胶条21变形时，其电阻率必然发生变化，通过测量石墨烯橡胶条21在变形过程中其电阻率的变化即可准确换算获得岩石试块1的径向应变。石墨烯橡胶条21的两端通过导线与数据采集器3相连，数据采集器3与显示器4相连。
步骤四：岩石试块变形后测得橡胶电阻为R2，岩石试块变形后的半径为r2＝r+Δr，橡胶变形后的长度与橡胶原长的比：得橡胶变形后长度为得出岩石试块的应变
一种轴向岩石应变测量方法，包括以下步骤：
步骤一：先进行测试，当橡胶增长Δl时，电阻增加ΔR，求得
步骤二：测量原始岩石试块的总长度为l，石墨烯橡胶的长度为l1，岩石试块变形前测得橡胶电阻R1。
步骤三：将石墨烯橡胶条21沿着岩石试块1的长度方向粘贴在岩石试块1上，其两端通过导线与数据采集器3相连，数据采集器3与显示器4相连。
步骤四：岩石试块1变形后测得橡胶电阻R2，电阻变化值：ΔR＝R2-R1，测量应变值：Δl1＝k(R2-R1)，岩石试块总应变值：
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种石墨烯橡胶应变测试装置，用于测量岩石试块(1)的应变，其特征在于：包括依次相连的石墨烯橡胶应变仪(2)、数据采集器(3)、显示器(4)，所述石墨烯橡胶应变仪(2)包括石墨烯橡胶条(21)，所述石墨烯橡胶条(21)由石墨烯和弹性橡胶混合而成，所述石墨烯橡胶条(21)的两端分别通过导线(5)与数据采集器(3)相连。
2.根据权利要求1所述的一种石墨烯橡胶应变测试装置，其特征在于：所述石墨烯橡胶条(21)外包覆有绝缘橡胶层(22)。
3.根据权利要求2所述的一种石墨烯橡胶应变测试装置，其特征在于：所述绝缘橡胶层(22)与岩石试块(1)相接触的一面设置有凹槽(23)，所述凹槽(23)沿着绝缘橡胶层(22)的长度方向延伸。
4.根据权利要求3所述的一种石墨烯橡胶应变测试装置，其特征在于：所述凹槽(23)设置在绝缘橡胶层(22)的均分线上。
5.根据权利要求2所述的一种石墨烯橡胶应变测试装置，其特征在于：所述绝缘橡胶层(22)为条形状，所述绝缘橡胶层(22)与岩石试块(1)相接触的一面设置有粘胶层(6)。
6.根据权利要求2所述的一种石墨烯橡胶应变测试装置，其特征在于：所述绝缘橡胶层(22)为闭合的环状。
7.一种径向岩石应变测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：先进行测试，当橡胶增长Δl时，电阻增加ΔR，求得
步骤二：测量原始岩石试块半径为r、石墨烯橡胶条的长度为l、岩石试块变形前橡胶电阻为R1；
步骤三：将石墨烯橡胶条环包在岩石试块上，其两端通过导线与数据采集器相连，数据采集器与显示器相连；
步骤四：岩石试块变形后测得橡胶电阻为R2，岩石试块变形后的半径为r2＝r+Δr，橡胶变形后的长度与橡胶原长的比：得橡胶变形后长度为得出岩石试块的应变
8.一种轴向岩石应变测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：先进行测试，当橡胶增长Δl时，电阻增加ΔR，求得
步骤二：测量岩石试块的总长度为l，石墨烯橡胶的长度为l1，岩石试块变形前测得橡胶电阻R1；
步骤三：将石墨烯橡胶条沿着岩石试块的长度方向粘贴在岩石试块上，其两端通过导线与数据采集器相连，数据采集器与显示器相连；
步骤四：岩石试块变形后测得橡胶电阻R2，电阻变化值：ΔR＝R2-R1，测量应变值：Δl1＝k(R2-R1)，岩石试块总应变值：
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