CN110672413A - 用于拉压状态下微小应变-电阻响应测试装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于拉压状态下微小应变‑电阻响应测试装置及方法，包括：应变控制台，样品应变测量引伸计和样品电阻测量装置；应变控制台包括：机架，机架上分别设有样品夹持部和样品拉伸部；样品拉伸部与样品夹持部连接，样品拉伸部的拉伸能够带动样品夹持部实现拉伸，从而实现样品的拉伸；样品应变测量引伸计和样品电阻测量装置分别与样品接触，实现对样品拉压状态下应变和电阻的测量。本发明有益效果：可以适用于拉压状态下微小应变的测量，且测量精度高，装置操作简单方便，测量效率极高，无需大型设备，适用的测试样品尺寸可调可控，装置使用寿命长。

Description

用于拉压状态下微小应变-电阻响应测试装置及方法
技术领域
本发明涉及道路检测装置技术领域，尤其涉及一种用于高精度微小应变-电阻响应测试装置及其使用方法。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
我国最新《公路沥青路面设计规范》(JTG D50-2017)明确提出路面结构应变作为路面结构设计的关键技术指标，沥青路面在周期性轮载作用下的变形量将直接关系到沥青路面的永久变形和疲劳开裂。在正常运载情况下，沥青路面面层和基层变形量中，应变往往低于100με。如此微小的变形量对监测精度和监测传感器提出了极大的挑战。近年来相关研究学者利用力-电响应方法就高精度微小应变监测材料及传感技术进行研究，但缺乏相应有效的、适合拉应力和压应力状态下的高精度微小应变-电阻响应测试装置。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出了用于拉压状态下微小应变-电阻响应测试装置及方法，具有检测精度高、使用寿命长、操作简单方便等诸多优势，测量效率极高，无需大型设备，适用的测试样品尺寸可调可控，适合用于高精度微小应变-电阻的检测。
在一些实施方式中，采用如下技术方案：
用于拉压状态下微小应变-电阻响应测试装置，包括：应变控制台，样品应变测量引伸计和样品电阻测量装置；
所述应变控制台包括：机架，所述机架上分别设有样品夹持部和样品拉伸部；所述样品拉伸部与样品夹持部连接，样品拉伸部的拉伸能够带动样品夹持部实现拉伸，从而实现样品的拉伸；
样品应变测量引伸计和样品电阻测量装置分别与样品接触，实现对样品拉压状态下应变和电阻的测量。
在另一些实施方案中，采用如下技术方案：
一种用于拉压状态下微小应变-电阻响应测试方法，包括：
待测样品两端分别通过固定夹持件和移动夹持件夹紧固定；
拉伸样品时，向设定方向转动丝杠，使得移动件向远离样品夹持部的方向移动；
移动件的移动带动移动夹持件向与其相同的方向移动，从而实现对待测样品的拉伸；
拉伸过程中，通过样品应变测量引伸计测量应变数据；通过样品电阻测量装置测量电阻值，得到应变数据和电阻值的对应关系。
在另一些实施方案中，采用如下技术方案：
一种用于拉压状态下微小应变-电阻响应测试方法，包括：压缩样品时，反方向转动丝杠，使得移动件向靠近样品夹持部的方向移动；
移动件的移动带动移动夹持件向与其相同的方向移动，从而实现对待测样品的压缩；
压缩过程中，通过样品应变测量引伸计测量应变数据；通过样品电阻测量装置测量电阻值，得到应变数据和电阻值的对应关系。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明的应变-电阻响应测试装置可以适用于拉压状态下微小应变的测量，且测量精度高，装置操作简单方便，测量效率极高，无需大型设备，适用的测试样品尺寸可调可控，装置使用寿命长。
(2)本发明通过设计夹持固定套装、样品夹持绝缘件，有效解决了样品滑移问题，避免自带导电性的样品和应变控制台、引伸计等金属制品的接触，有效防止了实验误差的引入。
(3)本发明特制的精密滚珠丝杠可以实现微小应变的有效控制，避免大型拉伸试验机中微小应变控制程度精准度不足的问题。
附图说明
图1为本发明实施例一中用于拉压状态下微小应变-电阻响应测试装置结构示意图；
图2为本发明实施例一中带凹槽的夹持板结构示意图；
图3为本发明实施例一中防滑夹持绝缘件示意图；
其中，1.机架，2.丝杠，3.移动板，4.移动夹持板，4-1，凹槽，4-2.防滑夹持件，5.固定夹持板，6.联通横梁，7.应变测量引伸计，8.数据线，9.应变测量引伸计数据读取计算机，10.电极，11.导线，12.万用表，13.万用表数据读取计算机。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
实施例一
在一个或多个实施例中，公开了一种用于拉压状态下高精度微小应变-电阻响应测试装置，如图1所示，包括：应变控制台、电阻测试万用表12、高精度应变测量引伸计7、万用表数据读取计算机13、高精度应变测量引伸计数据读取计算机9；样品固定在应变控制台上，电阻测试万用表12测量样品的电阻，并将数据传送至万用表数据读取计算机13；高精度应变测量引伸计7测量样品分别在拉压状态下的应变量，将数据传送至高精度应变测量引伸计数据读取计算机9。
本实施例中，高精度应变测量引伸计7标距范围可为10mm-300mm，测量精度为0.0001mm。其数据采集通过特定采集软件通过计算机读取和记录。引伸计夹持样品刀片处应进行绝缘处理。
万用表12电阻最大测量范围为100MΩ、1000MΩ或10000MΩ，可选两电极或四电极法进行测量；其数据采集通过特定采集软件通过计算机读取和记录。
其中，应变控制台结构包括：机架1，样品夹持部和样品拉伸部；
机架1包括设置在两端的固定板，两个固定板之间横向固定三根支柱；两个固定板上分别留有用于固定夹持样品的通孔和用于穿过丝杠2的螺纹通孔。另外，机架1上还设有与丝杠2匹配连接的移动板3以及用于固定样品的移动夹持板4，移动板3上设有带有螺纹的通孔，丝杠2转动能够带动移动板3移动，移动板3与移动夹持板4连接，移动板3移动带动移动夹持板4移动，实现对夹持样品的拉伸或者压缩。
参照图2和图3，样品夹持部包括：设置在机架1上的固定夹持板5和移动夹持板4；固定夹持板5固定在机架1的端部，与机架1另一端的固定板配合，实现三根圆柱杆的固定；同时，固定夹持板5和移动夹持板4均由两块完全对称的带凹槽4-1的夹持板组成，每一块夹持板上均设有半圆柱的凹槽4-1，凹槽4-1中设有防滑夹持件4-2，防滑夹持件4-2也为半圆形，中间设有带有螺纹的凹槽。两个半圆柱的凹槽4-1相对接形成带有圆形通孔，两个防滑夹持件4-2对接后形成内部带有的螺纹的防滑夹持绝缘件。
样品的端部固定在防滑夹持绝缘件内，防滑夹持绝缘件内的螺纹能够避免样品在夹持测试过程中产生滑移引起实验误差。
另外，通过调整防滑夹持绝缘件的内径、内部凹槽直径，可以实现对不同夹持样品直径的有效匹配；通过调整固定夹持板5和移动夹持板4之间的距离，可以适应不同长度的样品；从而使得本装置适用于多尺寸规格的样品测试。
本实施例中，样品直径测试范围为2mm-30mm；样品长度测试范围为20mm-500mm。
本实施例中，固定夹持板5和移动夹持板4均由绝缘、耐磨、强度高的塑料制成，所用塑料包括聚酰胺(PA)、聚苯硫醚(PPS)、聚醚醚酮(PEEK)、环氧板等。
样品拉伸部设置在机架1的另一端，样品拉伸部包括：丝杆，以及与丝杠2通过螺纹匹配的移动板3；丝杠2穿过机架1端部的固定板后，与移动板3通过螺纹连接；移动板3穿过机架1的两根圆柱杆，同时，移动板3上还设有与丝杠2相匹配的通孔，通孔内设有螺纹；移动板3与移动夹持板4之间通过联通横梁6和螺母的配合实现硬连接。
丝杠2上设有手轮，手轮上设有手柄，通过摇动手柄实现丝杠2的转动；当然，也可以通过驱动电机带动丝杠2自动转动。
丝杠2固定螺母套装包含两个螺母，内含螺纹，与丝杠纹路和规格相同，外部与应变控制台机架1上预留的螺母固定圈完全匹配。
本实施例中，加密滚珠丝杠2螺距范围为0.5mm-20mm之间中的任意值，通过手柄调整精密滚珠丝杠的手轮方向，实现拉应力和压应力不同方向。
丝杠2转动带动移动板3的移动，通过手柄的正反转，能够实现移动板3向靠近移动夹持板4的方向移动或者向远离移动夹持板4的方向移动；通过移动夹持板4的移动实现对于样品的拉伸和压缩。
测试过程中，将样品放置于固定夹持板5和移动夹持板4中，组装固定好后，在样品上夹持高精度应变测量引伸计7，高精度应变测量引伸计7通过数据线8与高精度应变测量引伸计数据读取计算机9连接；样品的两端分别设置电极10，电极10引出导线11与电阻测试万用表12连接，电阻测试万用表12通过数据线与万用表数据读取计算机13连接。
通过手柄匀速转动手轮，缓慢转动丝杠2，正向转动丝杠2时，能够实现对于样品的拉伸；反向转动丝杠2时，能够实现对于样品的压缩；转动过程中，通过读取引伸计的变形量数据核算应变值，待应变值达到指定相应应变位置处时，通过万用表软件读取和记录相应的电阻值，随后继续转动丝杠2，进行其他数据的采集和测量。
实施例二
在一个或多个实施方式中，公开了一种用于拉压状态下微小应变-电阻响应测试方法，包括：
待测样品两端分别通过固定夹持件和移动夹持件夹紧固定；
拉伸样品时，向设定方向转动丝杠，使得移动件向远离样品夹持部的方向移动；
移动件的移动带动移动夹持件向与其相同的方向移动，从而实现对待测样品的拉伸；
拉伸过程中，通过样品应变测量引伸计测量应变数据；通过样品电阻测量装置测量电阻值，得到应变数据和电阻值的对应关系。
压缩样品时，反方向转动丝杠，使得移动件向靠近样品夹持部的方向移动；
移动件的移动带动移动夹持件向与其相同的方向移动，从而实现对待测样品的压缩；
压缩过程中，通过样品应变测量引伸计测量应变数据；通过样品电阻测量装置测量电阻值，得到应变数据和电阻值的对应关系。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (9)

1.用于拉压状态下微小应变-电阻响应测试装置，其特征在于，包括：应变控制台，样品应变测量引伸计和样品电阻测量装置；
所述应变控制台包括：机架，所述机架上分别设有样品夹持部和样品拉伸部；所述样品拉伸部与样品夹持部连接，样品拉伸部的拉伸能够带动样品夹持部实现拉伸，从而实现样品的拉伸；
样品应变测量引伸计和样品电阻测量装置分别与样品接触，实现对样品拉压状态下应变和电阻的测量。
2.如权利要求1所述的用于拉压状态下微小应变-电阻响应测试装置，其特征在于，所述样品夹持部包括：设置在机架上的固定夹持件和移动夹持件；所述固定夹持件固定在机架的端部，所述移动夹持件能够在机架上相对于固定夹持件移动；固定夹持件和移动夹持件上均设有用于承载并加紧样品的夹紧部。
3.如权利要求2所述的用于拉压状态下微小应变-电阻响应测试装置，其特征在于，所述夹紧部由两个半圆形凹槽对接形成的通孔，所述通孔内设有由两个内部带有螺纹的半圆形凹槽对接而成的绝缘夹紧件。
4.如权利要求2所述的用于拉压状态下微小应变-电阻响应测试装置，其特征在于，所述移动夹持件和固定夹持件由塑料制成，所述塑料包括聚酰胺、聚苯硫醚、聚醚醚酮和环氧板。
5.如权利要求1所述的用于拉压状态下微小应变-电阻响应测试装置，其特征在于，所述样品拉伸部设置在机架的另一端；所述拉伸部包括：丝杠以及与丝杠通过螺纹配合的移动件；丝杠转动带动所述移动件向靠近样品夹持部方向移动或者向远离样品夹持部方向移动；所述移动件与样品夹持部硬连接。
6.如权利要求1所述的用于拉压状态下微小应变-电阻响应测试装置，其特征在于，所述丝杠的螺距范围为0.5mm-20mm。
7.如权利要求1所述的用于拉压状态下微小应变-电阻响应测试装置，其特征在于，所述样品应变测量引伸计通过数据线与计算机连接；所述样品两端连接电极，所述电极通过导线与电阻测试万用表连接。
8.一种用于拉压状态下微小应变-电阻响应测试方法，其特征在于，包括：
待测样品两端分别通过固定夹持件和移动夹持件夹紧固定；
拉伸样品时，向设定方向转动丝杠，使得移动件向远离样品夹持部的方向移动；
移动件的移动带动移动夹持件向与其相同的方向移动，从而实现对待测样品的拉伸；
拉伸过程中，通过样品应变测量引伸计测量应变数据；通过样品电阻测量装置测量电阻值，得到应变数据和电阻值的对应关系。
9.一种用于拉压状态下微小应变-电阻响应测试方法，其特征在于，包括：压缩样品时，反方向转动丝杠，使得移动件向靠近样品夹持部的方向移动；
移动件的移动带动移动夹持件向与其相同的方向移动，从而实现对待测样品的压缩；
压缩过程中，通过样品应变测量引伸计测量应变数据；通过样品电阻测量装置测量电阻值，得到应变数据和电阻值的对应关系。
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