CN110375634A - 一种滑动变阻式应变计及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种滑动变阻式应变计及其使用方法。所述滑动变阻式应变计包括壳体、连接端头、滑动变阻器和位移放大组件。其中，连接端头一端伸入壳体中，并可沿壳体长度方向移动；滑动变阻器包括条形电阻和滑块，滑块上设置有金属触头，条形电阻的一侧端部及金属触头分别通过导线引出；位移放大组件包括若干设置于固定铰栓上的杠杆以及第一链杆，并通过第二链杆、第三链杆分别与滑块、连接端头连接。该滑动变阻式应变计利用机械原理，装置本身无需内置电源，具有耗能低的优点；另外，本发明通过位移放大组件将变形位移放大，通过滑动变阻器的电阻值变化确定所测量构件的变形位移，具有操作方便、受周围环境干扰小、测量精度高等优点。

Description

一种滑动变阻式应变计及其使用方法

技术领域

本发明涉及一种滑动变阻式应变计及其使用方法，属于变形监测技术领域。

背景技术

在建筑施工中，安全控制至关重要，常常需要对建筑构件及建筑结构进行变形监测。电阻应变器是一种较为常见的变形监测仪器，它是利用金属丝、金属箔、金属薄膜在外界应力作用下电阻值变化的效应(电阻应变效应)，来检测位移变化数值。构件较小的变形就可能产生较大的内应力，然而，常规的电阻应变器应用于较小的变形检测时，存在检测数据误差大、精度低的缺点。

发明内容

针对常规的电阻应变器应用于较小的变形检测时，存在检测数据误差大、精度低的缺点，本发明提供了一种滑动变阻式应变计及其使用方法，可以有效提小变形构件的测量精度。

为解决以上技术问题，本发明包括如下技术方案：

一种滑动变阻式应变计，包括：

壳体，包括相匹配的盖板和底板，底板上设置有若干固定铰栓；

连接端头，一端伸入壳体中，并可沿壳体长度方向移动；

滑动变阻器，包括条形电阻和滑块，条形电阻固定在底板上，滑块可沿条形电阻长度方向滑动，滑块上设置有金属触头，条形电阻的一侧端部及金属触头分别通过导线引出，用于外接仪器对滑动变阻器的电阻值进行测量；

位移放大组件，包括若干设置于固定铰栓上的杠杆以及将相邻杠杆两端依次连接在一起的若干第一链杆，位移放大组件的位于一端的杠杆通过第二链杆与滑动变阻器的滑块连接，位于另一端的杠杆通过第三链杆与连接端头连接。

进一步，所述底板上设置轨道槽，条形电阻为设置在轨道槽内的均布电阻涂层，滑块的尺寸与轨道槽相匹配，可沿轨道槽长度方向移动。

进一步，所述金属触头为柔性金属网，通过锡热熔焊的方式固定在滑块上，柔性金属网紧贴条形电阻。

进一步，所述杠杆上设置有三个孔，分别为铰栓孔、第一铰接孔、第二铰接孔，所述杠杆通过铰栓孔与固定铰栓铰接，第一铰接孔、第二铰接孔位于杠杆的两端，与铰栓孔的距离分别为L₁和L₂，其中，L₁/L₂＝a，a>1。

进一步，所述滑动变阻式应变计包括三个杠杆，分别为第一杠杆、第二杠杆和第三杠杆，第一杠杆的第一铰接孔通过第二链杆与滑块连接，第一杠杆的第二铰接孔通过一个第一链杆与第二杠杆的第一铰接孔连接，第二杠杆的第一铰接孔通过另一个第一链杆与第三杠杆的第二铰接孔连接，第三杠杆的第二铰接孔通过第三链杆与连接端头连接。

进一步，连接端头伸入壳体中的伸入段的顶面和底面嵌有多个滚珠形成滑动轨道，用于连接端头沿壳体长度方向移动。

相应地，本发明还提供了一种所述滑动变阻式应变计的使用方法，包括如下步骤：

步骤一：将滑动变阻式应变计的连接端头与建筑构件的位移监测点固定，将滑动变阻式应变计的另一端以限定位移的方式固定，滑动电阻的最大阻值为R_max，条形电阻的最大长度为L_max，测定初始状态滑动变阻器的电阻初始值为R₀，确定位移放大组件的位移放大倍数n；

步骤二：建筑构件的位移监测点发生变形，变形位移记为δ，推动连接端头移动δ，经位移放大组件将位移放大后，滑块在条形电阻上滑动距离为△L，再次测定电阻值R₁，计算出电阻变化值△R，然后由电阻变化值△R计算出滑块的位移△L，计算位移监测点发生的变形位移δ；其中，

ΔR＝R₁-R₀，

进一步，所述杠杆上设置有三个孔，分别为铰栓孔、第一铰接孔、第二铰接孔，所述杠杆通过铰栓孔与固定铰栓铰接，第一铰接孔、第二铰接孔位于杠杆的两端，与铰栓孔的距离分别为L₁和L₂，其中，L₁/L₂＝a，a>1；

所述滑动变阻式应变计包括三个杠杆，分别为第一杠杆、第二杠杆和第三杠杆，第一杠杆的第一铰接孔通过第二链杆与滑块连接，第一杠杆的第二铰接孔通过一个第一链杆与第二杠杆的第一铰接孔连接，第二杠杆的第一铰接孔通过另一个第一链杆与第三杠杆的第二铰接孔连接，第三杠杆的第二铰接孔通过第三链杆与连接端头连接，该位移放大组件的位移放大倍数n＝a³。

进一步，所述底板上设置轨道槽，条形电阻为设置在轨道槽内的均布电阻涂层，滑块的尺寸与轨道槽相匹配，可沿轨道槽长度方向移动。

进一步，所述金属触头为柔性金属网，通过锡热熔焊的方式固定在滑块上，柔性金属网紧贴条形电阻。

本发明提供的滑动变阻式应变计，利用机械式原理对变形位移进行测量，装置本身无需内置电源，仅在测量滑动电阻器的电阻值时，接入万用表等测量仪器，具有耗能低的优点。另外，本发明通过杠杆和链杆组成位移放大组件，通过滑动变阻器的电阻值变化，计算出滑块的滑动位移，然后确定建筑构件的变形位移，具有操作方便、受周围环境干扰小、测量精度高等优点。

附图说明

图1为本发明一实施例中的滑动变阻式应变计的结构示意图；

图2为本发明一实施例中的滑动变阻式应变计的俯视图；

图3为本发明一实施例中的滑动变阻式应变计的剖视图；

图4为底板的结构示意图；

图5为盖板的结构示意图；

图6为杠杆的结构示意图。

图中标号如下：

1-壳体；11-盖板；12-底板；13-固定铰栓；

2-连接端头；

3-滑动变阻器；31-条形电阻；32-滑块；导线；电源；

4-位移放大组件；41-杠杆；411-铰栓孔；412-第一铰接孔；413-第二铰接孔；

42-第一链杆；43-第二链杆；44-第三链杆。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提供的一种滑动变阻式应变计及其使用方法作进一步详细说明。结合下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

实施例一

下面结合图1至图6对本实施例提供的滑动变阻式应变计作进一步介绍。所述滑动变阻式应变计，包括壳体1、连接端头2、滑动变阻器3和位移放大组件4。

其中，壳体1包括相匹配的盖板11和底板12，底板12上设置有若干固定铰栓13。如图4和图5所示，盖板11和底板12尺寸相匹配，且均设置有螺栓孔，通过螺栓连接，或通过相互配合的卡扣件卡扣连接。如图1至图3所示，连接端头2的一端伸入壳体1中，并可沿壳体1长度方向移动，作为举例，连接端头2伸入壳体1中的伸入段的顶面和底面嵌有多个滚珠形成滑动轨道，使连接端头2沿壳体1长度方向移动。

如图3所示，滑动变阻器3包括条形电阻31和滑块32，条形电阻31固定在底板12上，滑块32可沿条形电阻31长度方向滑动，滑块32上设置有金属触头，条形电阻31的一侧端部及金属触头分别通过导线33引出，用于外接仪器对滑动变阻器3的电阻值进行测量，比如，可以在底板12上设置绝缘接线盒，在接线盒中设置接线柱或接线孔，将导线33的另一端分别与接线柱或接线孔固定连接，利用万能表可以测量滑动变阻器3的电阻值。作为举例，底板12上设置有轨道槽，条形电阻31为设置在轨道槽内的均布电阻涂层，滑块32的尺寸与轨道槽相匹配，可沿轨道槽长度方向移动；所述金属触头为柔性金属网，通过锡热熔焊的方式固定在滑块32上，柔性金属网紧贴条形电阻31。当然，条形电阻31还可以为电阻棒或电阻片，保证滑块32的金属触头与电阻棒或电阻片紧密贴合即可。

如图3所示，位移放大组件4包括若干设置于固定铰栓13上的杠杆41以及将相邻杠杆41两端依次连接在一起的若干第一链杆42，位移放大组件4的位于一端的杠杆41通过第二链杆43与滑动变阻器3的滑块32连接，位于另一端的杠杆41通过第三链杆44与连接端头2连接。进一步，如图6所示，所述杠杆41上设置有三个孔，分别为铰栓孔411、第一铰接孔412、第二铰接孔413，所述杠杆41通过铰栓孔411与固定铰栓13铰接，第一铰接孔412、第二铰接孔413位于杠杆41的两端，与铰栓孔411的距离分别为L₁和L₂，其中，L₁/L₂＝a，a>1。作为举例，L₁＝9mm，L₂＝3mm，a＝3，所述滑动变阻式应变计包括三个杠杆41，分别为第一杠杆、第二杠杆和第三杠杆，第一杠杆的第一铰接孔412通过第二链杆43与滑块32连接，第一杠杆的第二铰接孔413通过一个第一链杆42与第二杠杆的第一铰接孔412连接，第二杠杆的第一铰接孔412通过另一个第一链杆42与第三杠杆的第二铰接孔413连接，第三杠杆的第二铰接孔413通过第三链杆44与连接端头2连接，该位移放大组件4可以将连接端头2的位移放大a³＝27倍后，传递至滑块32，也就是连接端头2移动1mm，滑块32移动27mm，从而显著改变滑动变阻器3的电阻值变化量，可以有效提高测量精度。需要说明的是，不同杠杆41的a值可以不同，比如，三个杠杆的a值分别为a₁、a₂、a₃，不同链杆的长度也可以不同。

本发明提供的滑动变阻式应变计，利用机械式原理对变形位移进行测量，装置本身无需内置电源，仅在测量滑动变阻器的电阻值时，接入万用表等测量仪器，具有耗能低的优点。另外，本发明通过杠杆41和链杆组成位移放大组件4，通过滑动变阻器3的电阻值变化，计算出滑块32的滑动位移，然后确定建筑构件的变形位移，具有操作方便、受周围环境干扰小、测量精度高等优点。

实施例二

本实施例提供了一种所述滑动变阻式应变计的使用方法，下面结合图1至图6对该使用方法作进一步说明，该使用方法包括如下步骤：

步骤一：将滑动变阻式应变计的连接端头2与建筑构件的位移监测点固定，将滑动变阻式应变计的另一端以限定位移的方式固定，滑动电阻的最大阻值为R_max，条形电阻31的最大长度为L_max，测定初始状态滑动变阻器的电阻初始值为R₀，确定位移放大组件4的位移放大倍数n。其中，“以限定位移的方式固定”，是指该固定点不随连接端头2处的建筑构件变形而发生位移变化，即不受接端头2处的建筑构件变形的影响。作为举例，滑动变阻式应变计可以用于支撑杆件的线性变形，将应变计的两端分别与支撑杆件两端连接，从而测定支撑杆件的伸缩变形；另外，还可以测定杆件的弯曲变形，比如基坑的围护桩，将滑动变阻式应变计的连接端头与建筑构件的位移监测点固定，应变计的壳体垂直于杆件，应变计的另一端以限定位移的放置固定，从而测量杆件的挠度。

步骤二：建筑构件的位移监测点发生变形，变形位移记为δ，推动连接端头2移动δ，经位移放大组件4将位移放大后，滑块32在条形电阻31上滑动距离为△L，再次测定电阻值R₁，计算出电阻变化值△R，然后由电阻变化值△R计算出滑块32的位移△L，计算位移监测点发生的变形位移δ；其中，

ΔR＝R₁-R₀

由以上三个公式可推出：

作为优选的实施方式，滑块的初始位置为条形电阻的中点处，即R₀＝R_max/2，可实现测量构件的拉伸或收缩。

进一步，所述杠杆41上设置有三个孔，分别为铰栓孔411、第一铰接孔412、第二铰接孔413，所述杠杆41通过铰栓孔411与固定铰栓13铰接，第一铰接孔412、第二铰接孔413位于杠杆41的两端，与铰栓孔411的距离分别为L₁和L₂，其中，L₁/L₂＝a，a>1；所述滑动变阻式应变计包括三个杠杆41，分别为第一杠杆、第二杠杆和第三杠杆，第一杠杆的第一铰接孔412通过第二链杆43与滑块32连接，第一杠杆的第二铰接孔413通过一个第一链杆42与第二杠杆的第一铰接孔412连接，第二杠杆的第一铰接孔412通过另一个第一链杆42与第三杠杆的第二铰接孔413连接，第三杠杆的第二铰接孔413通过第三链杆44与连接端头2连接，该位移放大组件4的位移放大倍数n＝a³，从而可得出作为举例，L₁＝9mm，L₂＝3mm，a＝3，于是n＝a³＝27。若三个杠杆的a值分别为a₁、a₂、a₃，则n＝a₁×a₂×a₃。

进一步，所述底板12上设置有轨道槽，条形电阻31为设置在轨道槽内的均布电阻涂层，滑块32的尺寸与轨道槽相匹配，可沿轨道槽长度方向移动。

进一步，所述金属触头为柔性金属网，通过锡热熔焊的方式固定在滑块32上，柔性金属网紧贴条形电阻31。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种滑动变阻式应变计，其特征在于，包括：

壳体，包括相匹配的盖板和底板，底板上设置有若干固定铰栓；

连接端头，一端伸入壳体中，并可沿壳体长度方向移动；

滑动变阻器，包括条形电阻和滑块，条形电阻固定在底板上，滑块可沿条形电阻长度方向滑动，滑块上设置有金属触头，条形电阻的一侧端部及金属触头分别通过导线引出，用于外接仪器对滑动变阻器的电阻值进行测量；

位移放大组件，包括若干设置于固定铰栓上的杠杆以及将相邻杠杆两端依次连接在一起的若干第一链杆，位移放大组件的位于一端的杠杆通过第二链杆与滑动变阻器的滑块连接，位于另一端的杠杆通过第三链杆与连接端头连接。

2.如权利要求1所述的滑动变阻式应变计，其特征在于，

所述底板上设置轨道槽，条形电阻为设置在轨道槽内的均布电阻涂层，滑块的尺寸与轨道槽相匹配，可沿轨道槽长度方向移动。

3.如权利要求1所述的滑动变阻式应变计，其特征在于，

所述金属触头为柔性金属网，通过锡热熔焊的方式固定在滑块上，柔性金属网紧贴条形电阻。

4.如权利要求1所述的滑动变阻式应变计，其特征在于，

所述杠杆上设置有三个孔，分别为铰栓孔、第一铰接孔、第二铰接孔，所述杠杆通过铰栓孔与固定铰栓铰接，第一铰接孔、第二铰接孔位于杠杆的两端，与铰栓孔的距离分别为L₁和L₂，其中，L₁/L₂＝a，a>1。

5.如权利要求4所述的滑动变阻式应变计，其特征在于，

所述滑动变阻式应变计包括三个杠杆，分别为第一杠杆、第二杠杆和第三杠杆，第一杠杆的第一铰接孔通过第二链杆与滑块连接，第一杠杆的第二铰接孔通过一个第一链杆与第二杠杆的第一铰接孔连接，第二杠杆的第一铰接孔通过另一个第一链杆与第三杠杆的第二铰接孔连接，第三杠杆的第二铰接孔通过第三链杆与连接端头连接。

6.如权利要求1所述的滑动变阻式应变计，其特征在于，

连接端头伸入壳体中的伸入段的顶面和底面嵌有多个滚珠形成滑动轨道，用于连接端头沿壳体长度方向移动。

7.如权利要求1所述的所述滑动变阻式应变计的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：将滑动变阻式应变计的连接端头与建筑构件的位移监测点固定，将滑动变阻式应变计的另一端以限定位移的方式固定，滑动电阻的最大阻值为R_max，条形电阻的最大长度为L_max，测定初始状态滑动变阻器的电阻初始值为R₀，确定位移放大组件的位移放大倍数n；

步骤二：建筑构件的位移监测点发生变形，变形位移记为δ，推动连接端头移动δ，经位移放大组件将位移放大后，滑块在条形电阻上滑动距离为△L，再次测定电阻值R₁，计算出电阻变化值△R，然后由电阻变化值△R计算出滑块的位移△L，计算位移监测点发生的变形位移δ；其中，

ΔR＝R₁-R₀，

8.如权利要求7所述的使用方法，其特征在于，

所述杠杆上设置有三个孔，分别为铰栓孔、第一铰接孔、第二铰接孔，所述杠杆通过铰栓孔与固定铰栓铰接，第一铰接孔、第二铰接孔位于杠杆的两端，与铰栓孔的距离分别为L₁和L₂，其中，L₁/L₂＝a，a>1；

所述滑动变阻式应变计包括三个杠杆，分别为第一杠杆、第二杠杆和第三杠杆，第一杠杆的第一铰接孔通过第二链杆与滑块连接，第一杠杆的第二铰接孔通过一个第一链杆与第二杠杆的第一铰接孔连接，第二杠杆的第一铰接孔通过另一个第一链杆与第三杠杆的第二铰接孔连接，第三杠杆的第二铰接孔通过第三链杆与连接端头连接，该位移放大组件的位移放大倍数n＝a³。

9.如权利要求7所述的使用方法，其特征在于，

所述底板上设置轨道槽，条形电阻为设置在轨道槽内的均布电阻涂层，滑块的尺寸与轨道槽相匹配，可沿轨道槽长度方向移动。

10.如权利要求7所述的使用方法，其特征在于，

所述金属触头为柔性金属网，通过锡热熔焊的方式固定在滑块上，柔性金属网紧贴条形电阻。