CN111578892B - 基于液压元件驱动的应变计校准装置及校准方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于液压元件驱动的应变计校准装置及校准方法，包括一种基于液压元件驱动的应变计校准装置，其特征在于，包括：工作台；设置在所述工作台上的安装座和液压驱动组件；一对大螺杆和位于所述一对大螺杆之间的一对小螺杆；上横梁和位于所述上横梁下方的下横梁；移动板；一对第一定位螺母、一对第二定位螺母、一对第三定位螺母和一对第四定位螺母；上夹具和位于所述上夹具下方的下夹具；设置于所述工作台上的传感器支架、设置于所述传感器支架上的上位移传感器和下位移传感器。该应变计校准装置旨在解决现有技术中的以下问题：1、无法施加较大的载荷；2、控制难度高；3、装夹复杂；4、不能实时补偿，校准精度低。

Description

基于液压元件驱动的应变计校准装置及校准方法

技术领域

本发明涉及应变计校准领域，尤其涉及一种基于液压元件驱动的应变计校准装置及校准方法。

背景技术

应变计是用于测量结构物或者建筑物内部由于其应力发生变化所产生的位移变形量的仪器，它具有精度高、稳定性和重复性好等特点，在工程建设、检测领域应用十分广泛。基于应变计的校准和量值溯源，其校准装置的研发也具有重要的意义。

现有技术中的应变计校准装置根据其驱动方式分为如下三类：第一类：人工驱动螺杆传动式；第二类、为电机驱动滚珠丝杠传动式；第三类：压电陶瓷直接驱动式。但它们存在如下缺陷：

1、由于对有些型号的应变计实施校准时，需要对其施加的力很大，因此所施加载荷超过了普通人体的能力范围。对于需要施加载荷较大的应变计，人工驱动无法实施校准。

2、在保证定位精度的情况下，电机驱动滚珠丝杠传动的方式同样存在驱动力不能覆盖市面上常见应变计型号的问题，由于应变计的正行程(拉行程)和反行程(压行程)都需要校准，所以也增加了电机在较大负载情况下控制的难度。同时，此种驱动方式实施校准时应变计的装夹也比较复杂。

3、单个压电陶瓷只能输出单向的驱动力，因此为了实现应变计的双向校准，通常情况下只能在校准装置中安装一对压电陶瓷，因此采用此种驱动方式的校准装置结构复杂，经济成本较高，精准控制难度也较大。

发明内容

(一)要解决的技术问题

基于此，本发明提出了一种基于液压元件驱动的应变计校准装置，该基于液压元件驱动的应变计校准装置旨在解决现有技术中的以下问题：1、无法施加较大的载荷；2、控制难度高；3、装夹复杂；4、不能实时补偿，校准精度低。

(二)技术方案

为解决上述技术问题，本发明提出了一种基于液压元件驱动的应变计校准装置，其中，包括：

工作台；

设置在所述工作台上的安装座和液压驱动组件；

一对大螺杆和位于所述一对大螺杆之间的一对小螺杆，所述一对大螺杆各自沿竖直方向设置于所述安装座并且彼此平行间隔，所述一对小螺杆各自沿竖直方向设置并且彼此平行间隔；

上横梁和位于所述上横梁下方的下横梁，所述上横梁和下横梁穿套于所述大螺杆并且与所述大螺杆间隙配合，所述上横梁和下横梁穿套于所述小螺杆并且与所述小螺杆间隙配合；

移动板，所述移动板连接在所述一对小螺杆下方并且能够被所述液压驱动组件驱动升降；

一对第一定位螺母、一对第二定位螺母、一对第三定位螺母和一对第四定位螺母，所述一对第一定位螺母分别对应安装在所述一对大螺杆上并位于所述上横梁上方，所述一对第二定位螺母分别对应安装在所述一对大螺杆上并位于所述上横梁和下横梁之间，所述一对第三定位螺母分别对应安装在所述一对小螺杆上并位于所述上横梁和下横梁之间，所述一对第四定位螺母分别对应安装在所述一对小螺杆上并且位于所述下横梁下方；

上夹具和位于所述上夹具下方的下夹具，所述上夹具设置于所述上横梁的下方，所述下夹具设置于所述下横梁的上方，以能够使被校应变计夹持固定在所述上夹具和下夹具之间；

设置于所述工作台上的传感器支架、设置于所述传感器支架上的上位移传感器和下位移传感器，所述上位移传感器对应所述上夹具设置以能够使所述上位移传感器的活动端接触被校应变计的上端，所述下位移传感器对应所述下夹具设置以能够使所述下位移传感器的活动端接触被校应变计的下端。

优选地，所述上夹具和下夹具为相同的夹具结构，所述夹具结构的一端形成安装头，另一端形成定位面，所述夹具结构还包括可拆卸地安装于所述定位面的压板，以能够将被校应变计的端部压在所述压板和定位面之间。

优选地，所述安装头形成有供上位移传感器的活动端或下位移传感器的活动端穿过的贯通孔，所述贯通孔通向所述定位面所处区域。

优选地，所述夹具结构为平直型接头应变计夹具，所述定位面为平面，所述压板为平板。

优选地，所述夹具结构为圆柱型接头应变计夹具，所述定位面具有弧形凹面，压板具有与所述弧形凹面适配的凸出部。

优选地，所述液压驱动组件包括安装于所述工作台的液压控制部件以及设置于所述安装座上的液压驱动元件，所述液压驱动元件与所述液压控制部件通过液压连接管连接，所述液压驱动元件的活动端与所述移动板的下方接触。

优选地，所述传感器支架包括设置于所述安装座的一对支撑杆以及设置于所述一对支撑杆的上安装板和下安装板，所述上安装板伸入至所述上横梁的上方，所述上位移传感器安装于所述上安装板，所述下安装板伸入至所述下横梁的下方，所述下位移传感器安装于所述下安装板。

此外，本发明提供一种上述的基于液压元件驱动的应变计校准装置的校准方法，其中，所述校准方法包括步骤：

a、使移动板和被校应变计均处于初始位，被校应变计的上端装夹于上夹具，上位移传感器的活动端接触被校应变计的上端，被校应变计的下端装夹于下夹具，下位移传感器的活动端接触被校应变计的下端，使上位移传感器、下位移传感器以及被校应变计的读数清零；

b、旋转一对第四定位螺母至接触下横梁的下表面，旋转一对第一定位螺母至接触上横梁的上表面，旋转一对第二定位螺母远离下横梁的上表面，第二定位螺母远离下横梁的上表面的距离大于被校应变计的量程，旋转第三定位螺母远离上横梁的下表面，第三定位螺母远离上横梁的下表面的距离大于被校应变计的量程；

c、启动液压驱动组件，使液压驱动组件向上驱动移动板，此时下位移传感器的读数开始变化，直到下位移传感器的读数为x mm停止驱动，其中，x为被校应变计量程的十分之一，此时上位移传感器的读数为β1，被校应变计的读数为a1，在本校准行程中第一个校准点被校应变计的绝对示值误差为：a1-x+β1，单位为mm；

d、继续使液压驱动组件向上驱动移动板，并以x mm为间隔完成剩下九个校准点的校准，其中，第n个校准点的被校应变计的绝对示值误差为：an-n×x+βn，单位为mm，从而完成被校应变计的压行程的校准；

e、旋转一对第四定位螺母远离下横梁的下表面，一对第四定位螺母远离下横梁的下表面的距离大于被校应变计的量程，旋转一对第一定位螺母远离上横梁的上表面，一对第一定位螺母远离上横梁的距离大于被校应变计的量程，旋转一对第二定位螺母至接触下横梁的上表面，旋转一对第三定位螺母至接触上横梁的下表面，使上位移传感器、下位移传感器以及被校应变计的读数清零；

f、启动液压驱动组件，使液压驱动组件向上驱动移动板，此时上位移传感器的读数开始变化，直到上位移传感器的读数为y mm停止驱动，其中，y为被校应变计量程的十分之一，此时下位移传感器的读数为β1，被校应变计的读数为b1，在本校准行程中的第一个校准点的被校应变计的绝对示值误差为：b1-y+β1，单位为mm；

g、继续使液压驱动组件向上驱动移动板，并以y mm为间隔完成剩下九个校准点的校准，其中，第n个校准点的被校应变计的绝对示值误差为：bn-n×y+βn，单位为mm，从而完成被校应变计的拉行程的校准。

(三)有益效果

本发明与现有技术对比，本发明的基于液压元件驱动的应变计校准装置的有益效果包括：

该应变计校准装置只需要一名检定员即可完成全部流程(可通过实验论证)，操作简捷，安全性和适用性强。该应变计校准装置可以只采用单个液压元件驱动达到节约成本、简化校准装置以及减小控制难度的效果。该应变计校准装置可以实现应变计拉行程和压行程的校准，并且进行实时补偿，复现了其实际使用状态，增强了校准精准度。该应变计校准装置还充分考虑到了零配件的互换性，降低加工成本、减小装配难度。通过校准实验数据及相应结果证明本发明满足了被校准应变计的计量特性的相关需求，稳定性、重复性好。总之，本发明的应变计校准装置和相应的校准方式很好的解决了应变计的校准和量值溯源的现实需求。

其他有益效果将在后续具体实施方式部分进行逐一说明。

附图说明

通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：

图1为本发明实施方式的基于液压元件驱动的应变计校准装置的主视图；

图2为本发明实施方式的基于液压元件驱动的应变计校准装置的立体图；

图3为本发明第一种实施方式的夹具结构的示意图；

图4为本发明第二种实施方式的夹具结构的示意图；

图5为本发明实施方式的上夹具处的局部装配视图。

附图标记说明：

1、工作台，2、安装座，3、大螺杆，4、小螺杆，5、上横梁，6、下横梁，7、移动板，8、第一定位螺母，9、第二定位螺母，10、第三定位螺母，11、第四定位螺母，12、上夹具，13、下夹具，14、被校应变计，15、上位移传感器，16、下位移传感器，17、液压控制部件，18、液压驱动元件，19、液压连接管，100、传感器支架，101、支撑杆，102、上安装板，103、下安装板，200、夹具结构，201、安装头，202、定位面，203、压板螺钉，204、压板。

图中未标注的部件并不涉及本发明的核心发明点，因此不再一一标记。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

参见图1和图2，本发明提供一种基于液压元件驱动的应变计校准装置，应变计校准装置包括：

工作台1；

设置在工作台1上的安装座2和液压驱动组件；

一对大螺杆3和位于一对大螺杆3之间的一对小螺杆4，一对大螺杆3各自沿竖直方向设置于安装座2并且彼此平行间隔，一对小螺杆4各自沿竖直方向设置并且彼此平行间隔；

上横梁5和位于上横梁5下方的下横梁6，上横梁5和下横梁6穿套于大螺杆3并且与大螺杆3间隙配合，上横梁5和下横梁6穿套于小螺杆4并且与小螺杆4间隙配合；

移动板7，移动板7连接在一对小螺杆4下方并且能够被液压驱动组件驱动升降；

一对第一定位螺母8、一对第二定位螺母9、一对第三定位螺母10和一对第四定位螺母11，一对第一定位螺母8分别对应安装在一对大螺杆3上并位于上横梁5上方，一对第二定位螺母9分别对应安装在一对大螺杆3上并位于上横梁5和下横梁6之间，一对第三定位螺母10分别对应安装在一对小螺杆4上并位于上横梁5和下横梁6之间，一对第四定位螺母11分别对应安装在一对小螺杆4上并且位于下横梁6下方；

上夹具12和位于上夹具12下方的下夹具13，上夹具12设置于上横梁5的下方，下夹具13设置于下横梁6的上方，以能够使被校应变计14夹持固定在上夹具12和下夹具13之间；

设置于工作台1上的传感器支架100、设置于传感器支架100上的上位移传感器15和下位移传感器16，上位移传感器15对应上夹具12设置以能够使上位移传感器15的活动端接触被校应变计14的上端，下位移传感器16对应下夹具13设置以能够使下位移传感器16的活动端接触被校应变计14的下端。

参见图3至图5，根据本发明的具体实施方式，上夹具12和下夹具13为相同的夹具结构200，夹具结构200的一端形成安装头201，安装头201的端部可以形成螺纹从而与上横梁5或下横梁6上对应的螺纹孔配合安装，夹具结构200的另一端形成定位面202，夹具结构200还包括可拆卸(例如通过压板螺钉203)地安装于定位面202的压板204，以能够将被校应变计14的端部压在压板204和定位面202之间。安装头201形成有供上位移传感器15的活动端或下位移传感器16的活动端穿过的贯通孔，贯通孔通向定位面202所处区域，这样方便上位移传感器15的活动端或下位移传感器16的活动端穿过贯通孔抵达定位面202所处区域，从而可以在定位面202所处区域与被校应变计14的端部接触。

参见图3，作为第一种实施方式，当被校应变计14为平直型接头应变计时，夹具结构200为平直型接头应变计夹具，定位面202为平面，压板204为平板。参见图4，作为第二种实施方式，当被校应变计14为圆柱型接头应变计时，夹具结构200为圆柱型接头应变计夹具，定位面202具有弧形凹面，压板204具有与弧形凹面适配的凸出部。所设计的两种夹具的实施方式，安装使用便捷，结构简单，加工难度小，能满足市面两类常见应变计校准。

根据本发明的具体实施方式，液压驱动组件包括安装于工作台1的液压控制部件17以及设置于安装座2上的液压驱动元件18，液压驱动元件18与液压控制部件17通过液压连接管19连接，液压驱动元件18的活动端与移动板7的下方接触，液压驱动元件18具体可以为液压缸，液压驱动元件18的活动端可以是液压缸的活塞杆。

此外，传感器支架100包括设置于安装座2的一对支撑杆101以及设置于一对支撑杆101的上安装板102和下安装板103，上安装板102伸入至上横梁5的上方，上位移传感器15安装于上安装板102，下安装板103伸入至下横梁6的下方，下位移传感器16安装于下安装板103。

本发明还提供一种根据上述的基于液压元件驱动的应变计校准装置的校准方法，校准方法包括步骤：

a、使移动板7和被校应变计14均处于初始位，被校应变计14的上端装夹于上夹具12，上位移传感器15的活动端接触被校应变计14的上端，被校应变计14的下端装夹于下夹具13，下位移传感器16的活动端接触被校应变计14的下端，使上位移传感器15、下位移传感器16以及被校应变计14的读数清零；

b、旋转一对第四定位螺母11至接触下横梁6的下表面，旋转一对第一定位螺母8至接触上横梁5的上表面，旋转一对第二定位螺母9远离下横梁6的上表面，第二定位螺母9远离下横梁6的上表面的距离大于被校应变计14的量程，旋转第三定位螺母10远离上横梁5的下表面，第三定位螺母10远离上横梁5的下表面的距离大于被校应变计14的量程；

c、启动液压驱动组件，使液压驱动组件向上驱动移动板7，此时下位移传感器16的读数开始变化，直到下位移传感器16的读数为xmm停止驱动，其中，x为被校应变计14量程的十分之一，此时上位移传感器15的读数为β1，被校应变计14的读数为a1，在本校准行程中第一个校准点被校应变计14的绝对示值误差为：a1-x+β1，单位为mm；

d、继续使液压驱动组件向上驱动移动板7，并以x mm为间隔完成剩下九个校准点的校准，其中，第n个校准点的被校应变计14的绝对示值误差为：an-n×x+βn，单位为mm，从而完成被校应变计14的压行程的校准；

e、旋转一对第四定位螺母11远离下横梁6的下表面，一对第四定位螺母11远离下横梁6的下表面的距离大于被校应变计14的量程，旋转一对第一定位螺母8远离上横梁5的上表面，一对第一定位螺母8远离上横梁5的距离大于被校应变计14的量程，旋转一对第二定位螺母9至接触下横梁6的上表面，旋转一对第三定位螺母10至接触上横梁5的下表面，使上位移传感器15、下位移传感器16以及被校应变计14的读数清零；

f、启动液压驱动组件，使液压驱动组件向上驱动移动板7，此时上位移传感器15的读数开始变化，直到上位移传感器15的读数为ymm停止驱动，其中，y为被校应变计14量程的十分之一，此时下位移传感器16的读数为β1，被校应变计14的读数为b1，在本校准行程中的第一个校准点的被校应变计14的绝对示值误差为：b1-y+β1，单位为mm；

g、继续使液压驱动组件向上驱动移动板7，并以ymm为间隔完成剩下九个校准点的校准，其中，第n个校准点的被校应变计14的绝对示值误差为：bn-n×y+βn，单位为mm，从而完成被校应变计14的拉行程的校准。

完成相应周期的压行程和拉行程的校准后，校准完成，当然，也可以先进行拉行程校准后再进行压行程校准，或者只进行一个行程的校准，这种变化都是可以根据实际需要来灵活安排的。由于能够实现拉、压行程的校准，本发明复现了应变计的实际使用状态，增强了校准精准度。

需要补充强调说明的是，本发明装置的设计，充分考虑了零配件的互换性，降低加工成本、减小装配难度。本发明的应变计校准装置在被校应变计14的两端均放置了位移传感器进行读数，其中一个位移传感器进行读数，另一个位移传感器进行实时补偿，并且应变计的活动端直接去和位移传感器接触，这样的设计复现了应变计的现实使用情况，大幅提升了校准精度。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (8)

1.一种基于液压元件驱动的应变计校准装置，其特征在于，包括：

工作台；

设置在所述工作台上的安装座和液压驱动组件；

一对大螺杆和位于所述一对大螺杆之间的一对小螺杆，所述一对大螺杆各自沿竖直方向设置于所述安装座并且彼此平行间隔，所述一对小螺杆各自沿竖直方向设置并且彼此平行间隔；

上横梁和位于所述上横梁下方的下横梁，所述上横梁和下横梁穿套于所述大螺杆并且与所述大螺杆间隙配合，所述上横梁和下横梁穿套于所述小螺杆并且与所述小螺杆间隙配合；

移动板，所述移动板连接在所述一对小螺杆下方并且能够被所述液压驱动组件驱动升降；

一对第一定位螺母、一对第二定位螺母、一对第三定位螺母和一对第四定位螺母，所述一对第一定位螺母分别对应安装在所述一对大螺杆上并位于所述上横梁上方，所述一对第二定位螺母分别对应安装在所述一对大螺杆上并位于所述上横梁和下横梁之间，所述一对第三定位螺母分别对应安装在所述一对小螺杆上并位于所述上横梁和下横梁之间，所述一对第四定位螺母分别对应安装在所述一对小螺杆上并且位于所述下横梁下方；

上夹具和位于所述上夹具下方的下夹具，所述上夹具设置于所述上横梁的下方，所述下夹具设置于所述下横梁的上方，以能够使被校应变计夹持固定在所述上夹具和下夹具之间；

设置于所述工作台上的传感器支架、设置于所述传感器支架上的上位移传感器和下位移传感器，所述上位移传感器对应所述上夹具设置以能够使所述上位移传感器的活动端接触被校应变计的上端，所述下位移传感器对应所述下夹具设置以能够使所述下位移传感器的活动端接触被校应变计的下端。

2.根据权利要求1所述的基于液压元件驱动的应变计校准装置，其特征在于，所述上夹具和下夹具为相同的夹具结构，所述夹具结构的一端形成安装头，另一端形成定位面，所述夹具结构还包括可拆卸地安装于所述定位面的压板，以能够将被校应变计的端部压在所述压板和定位面之间。

3.根据权利要求2所述的基于液压元件驱动的应变计校准装置，其特征在于，所述安装头形成有供上位移传感器的活动端或下位移传感器的活动端穿过的贯通孔，所述贯通孔通向所述定位面所处区域。

4.根据权利要求2所述的基于液压元件驱动的应变计校准装置，其特征在于，所述夹具结构为平直型接头应变计夹具，所述定位面为平面，所述压板为平板。

5.根据权利要求2所述的基于液压元件驱动的应变计校准装置，其特征在于，所述夹具结构为圆柱型接头应变计夹具，所述定位面具有弧形凹面，压板具有与所述弧形凹面适配的凸出部。

6.根据权利要求1至5中任意一项所述的基于液压元件驱动的应变计校准装置，其特征在于，所述液压驱动组件包括安装于所述工作台的液压控制部件以及设置于所述安装座上的液压驱动元件，所述液压驱动元件与所述液压控制部件通过液压连接管连接，所述液压驱动元件的活动端与所述移动板的下方接触。

7.根据权利要求1至5中任意一项所述的基于液压元件驱动的应变计校准装置，其特征在于，所述传感器支架包括设置于所述安装座的一对支撑杆以及设置于所述一对支撑杆的上安装板和下安装板，所述上安装板伸入至所述上横梁的上方，所述上位移传感器安装于所述上安装板，所述下安装板伸入至所述下横梁的下方，所述下位移传感器安装于所述下安装板。

8.一种根据权利要求1至7中任意一项所述的基于液压元件驱动的应变计校准装置的校准方法，其特征在于，所述校准方法包括步骤：

a、使移动板和被校应变计均处于初始位，被校应变计的上端装夹于上夹具，上位移传感器的活动端接触被校应变计的上端，被校应变计的下端装夹于下夹具，下位移传感器的活动端接触被校应变计的下端，使上位移传感器、下位移传感器以及被校应变计的读数清零；

b、旋转一对第四定位螺母至接触下横梁的下表面，旋转一对第一定位螺母至接触上横梁的上表面，旋转一对第二定位螺母远离下横梁的上表面，第二定位螺母远离下横梁的上表面的距离大于被校应变计的量程，旋转第三定位螺母远离上横梁的下表面，第三定位螺母远离上横梁的下表面的距离大于被校应变计的量程；

c、启动液压驱动组件，使液压驱动组件向上驱动移动板，此时下位移传感器的读数开始变化，直到下位移传感器的读数为x mm停止驱动，其中，x为被校应变计量程的十分之一，此时上位移传感器的读数为β1，被校应变计的读数为a1，在本校准行程中第一个校准点被校应变计的绝对示值误差为：a1-x+β1，单位为mm；

d、继续使液压驱动组件向上驱动移动板，并以x mm为间隔完成剩下九个校准点的校准，其中，第n个校准点的被校应变计的绝对示值误差为：an-n×x+βn，单位为mm，从而完成被校应变计的压行程的校准；

e、旋转一对第四定位螺母远离下横梁的下表面，一对第四定位螺母远离下横梁的下表面的距离大于被校应变计的量程，旋转一对第一定位螺母远离上横梁的上表面，一对第一定位螺母远离上横梁的距离大于被校应变计的量程，旋转一对第二定位螺母至接触下横梁的上表面，旋转一对第三定位螺母至接触上横梁的下表面，使上位移传感器、下位移传感器以及被校应变计的读数清零；

f、启动液压驱动组件，使液压驱动组件向上驱动移动板，此时上位移传感器的读数开始变化，直到上位移传感器的读数为y mm停止驱动，其中，y为被校应变计量程的十分之一，此时下位移传感器的读数为β1，被校应变计的读数为b1，在本校准行程中的第一个校准点的被校应变计的绝对示值误差为：b1-y+β1，单位为mm；

g、继续使液压驱动组件向上驱动移动板，并以y mm为间隔完成剩下九个校准点的校准，其中，第n个校准点的被校应变计的绝对示值误差为：bn-n×y+βn，单位为mm，从而完成被校应变计的拉行程的校准。

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