CN112710221A - 一种大量程差动电阻式应变计 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大量程差动电阻式应变计，包括依次连接的端部组件、内置差动感应结构的保护外壳、尾部组件，差动感应结构包括与端部组件连接的上结构件和与尾部组件连接的下结构件，上结构件和下结构件从上往下依次设置构成结构件组，差动感应结构还包括前差动钢丝和后差动钢丝，前差动钢丝和后差动钢丝分别位于结构件组正面和背面，呈X对称布置，前差动钢丝的两端分别与上结构件和下结构件的前侧面固定，后差动钢丝的两端分别与上结构件和下结构件的后侧面固定，上结构件和下结构件长度均大于所述大量程差动电阻式应变计的标距。本发明的参数准确，量程范围调节方便，差动感应结构通用性，满量程应变输出范围大。

Description

一种大量程差动电阻式应变计

技术领域

本发明涉及一种大量程差动电阻式应变计，属于应变计技术领域。

背景技术

差动电阻式应变计仪器结构简单、长期稳定等特点，在岩土工程和其它结构物应变监测领域应用广泛。

现有的差动电阻式应变计如图1所示，一般由端部、保护壳体、差动感应结构和尾部构成，其中差动感应结构为差动钢丝和相应结构件组装而成，见图2。通过端部、尾部法兰和被测结构件焊接，被测结构的变形引起差动钢丝的形变，从而获得差动钢丝电阻之和及其比值的变化，据此换算成被测结构温度和应变的变化。

现有差动电阻式应变计存在以下缺点：差动感应结构如图2所示，差动钢丝为内外圈结构，要保证内外圈钢丝长度基本相同，内外圈钢丝缠绕圈数必不相等，很显然，当结构产生一定位移时，内外圈钢丝单圈的变形是不一样的，而且多数情况下，为了符合实际应用场景的不同拉压状态，两组钢丝的初始预应力是不同的。不难看出，在相同测量环境下，当温度变化为主要因素时，差动钢丝电阻温度影响系数并不相同，而使用同一个温度影响系数，势必牺牲了仪器参数的准确性。

发明内容

本发明提供了一种大量程差动电阻式应变计，解决了背景技术中披露的问题。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种大量程差动电阻式应变计，包括依次连接的端部组件、内置差动感应结构的保护外壳、尾部组件，差动感应结构包括与端部组件连接的上结构件和与尾部组件连接的下结构件，上结构件和下结构件从上往下依次设置构成结构件组，差动感应结构还包括前差动钢丝和后差动钢丝，前差动钢丝和后差动钢丝分别位于结构件组正面和背面，呈X对称布置，前差动钢丝的两端分别与上结构件和下结构件的前侧面固定，后差动钢丝的两端分别与上结构件和下结构件的后侧面固定，上结构件和下结构件长度均大于所述大量程差动电阻式应变计的标距。

前差动钢丝和后差动钢丝的初始预应力相同。

上结构件和下结构件均为条状结构。

上结构件的前端设置有连接端部组件的凸起，下结构件的后端设置有连接尾部组件的凸起。

端部组件包括依次连接接线座和端部法兰，上结构件的前端穿过端部法兰与接线座连接。

端部组件还包括连接在接线座前端的端部套筒以及连接在端部套筒前端的电缆密封接头。

尾部组件包括尾部法兰，下结构件的后端与尾部法兰连接。

尾部法兰的后端连接有尾部套筒。

保护外壳为不锈钢波纹外壳。

不锈钢波纹外壳的刚度系数和差动钢丝性能匹配。

本发明所达到的有益效果：本发明的参数准确，量程范围调节方便，差动感应结构通用性，满量程应变输出范围大，具体如下：

1、本发明的差动钢丝分布在结构件组两边，通过完全对称的设计，不再受制于内外圈结构的限制，可充分利用结构件长度，对差动钢丝进行调整，在有限结构空间内使达到变形量和整体结构达到最好的匹配，同时在差动钢丝装配预应力对称情况下，保证了差动钢丝预应力大小一致，进而确保初始状态下，钢丝受力状态、变形状态完全一致，因此可有效保证差动钢丝温度影响系数的一致性，尤其当温度引起变化为主时，进而使得仪器参数更为准确、真实；

2、本发明差动感应结构本身可变形范围较大，结构件长于标距，可以通过改变端部法兰的长度，改变应变计标距，实现调整应变计测量范围的目的，而不需要对整个结构做重大调整，使得差动电阻式应变计测量范围调整不再受制于差动结构本身，仅与标距有关，一方面提升了差动感应结构通用性，另一方面有效提升了差动电阻式应变计量程调节的便捷程度；

3、本发明的结构件长于标距，突破了传统差动电阻式应变计量程不足的限制，在常用标距范围内拓展了仪器的测量范围，实现差动电阻式仪器的大应变测量，更好地适应譬如钢结构、大体积混凝土等较大应变工况，适用范围更广。

附图说明

图1为传统差动电阻式应变计的结构示意图；

图2为传统差动感应结构的示意图；

图3为本发明差动电阻式应变计的结构示意图；

图4为本发明差动感应结构的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图3所示，一种大量程差动电阻式应变计，包括依次连接的端部组件、的保护外壳、尾部组件和差动感应结构1。差动感应结构1固定在保护外壳内，差动感应结构1的前端和后端分别与端部组件和尾部组件连接。

如图4所示，差动感应结构1包括前差动钢丝11、后差动钢丝12、上结构件9和下结构件10。

上结构件9和下结构件10均为条状结构，上结构件9的前端为差动感应结构1的前端，上结构件9的前端设置有凸起，与端部组件连接，下结构件10的后端为差动感应结构1的后端，下结构件10的后端也设置有凸起，与尾部组件连接，上结构件9和下结构件10长度均大于所述大量程差动电阻式应变计的标距，上结构件9和下结构件10从上往下依次设置构成结构件组。

前差动钢丝11和后差动钢丝12分别位于结构件组正面和背面，呈X对称布置，前差动钢丝11和后差动钢丝12长度一致、且初始预应力一致，前差动钢丝11的两端分别与上结构件9和下结构件10的前侧面固定，后差动钢丝12的两端分别与上结构件9和下结构件10的后侧面固定。

端部组件包括依次连接的电缆密封接头2、端部套筒3、接线座4和端部法兰5，上结构件9的前端穿过端部法兰5与接线座4连接，一般采用低应力焊接。在接电缆时，先将端部套筒3、接线座4和端部法兰5连接，电缆依次穿过电缆密封接头2、端部套筒3，与接线座4连接，端部套筒3内灌胶，最后将电缆密封接头2于端部套筒3连接。

尾部组件包括依次连接尾部法兰7和尾部套筒8，下结构件10的后端与尾部法兰7连接并灌封，一般采用低应力焊接。

保护外壳固定在端部法兰5和尾部法兰7之间，采用不锈钢波纹外壳，其刚度系数和差动钢丝性能匹配。

上述大量程差动电阻式应变计通过端部法兰5、尾部法兰7与被测结构固定，感应被测结构应力变化，带动差动钢丝受力，引起电阻变化，结合差动电阻式测量原理，通过电阻和与电阻比的变化，有效获得被测结构应变量。

上述大量程差动电阻式应变计的差动钢丝分布在结构件组两边，通过完全对称的设计，不再受制于内外圈结构的限制，可充分利用结构件长度，对差动钢丝进行调整，在有限结构空间内使达到变形量和整体结构达到最好的匹配，同时在差动钢丝装配预应力对称情况下，保证了差动钢丝预应力大小一致，进而确保初始状态下，钢丝受力状态、变形状态完全一致，因此可有效保证差动钢丝温度影响系数的一致性，尤其当温度引起变化为主时，进而使得仪器参数更为准确、真实。

图1中差动感应结构分别连接在端部和尾部法兰结构上，通过波纹管保护后形成仪器主体，其中波纹管外壳的刚度系数需和钢丝变形量相匹配，法兰间距离为标距。该结构形式决定了感应部件整体处在标距范围以内，从生产的角度来看，该结构感应部件结构已经十分紧凑，钢丝整体长度和预应力大小均已接近极限，如需适应不同工况的测量要求而要求快速改变标距时，现有结构可调整范围十分有限，需要通过增大或缩小感应部件的长度才能达到目的，其通用性十分有限。上述大量程差动电阻式应变计的差动感应结构1本身可变形范围较大，结构件长于标距，可以通过改变端部法兰5的长度，改变应变计标距，实现调整应变计测量范围的目的，而不需要对整个结构做重大调整，使得差动电阻式应变计测量范围调整不再受制于差动结构本身，仅与标距有关，一方面提升了差动感应结构1通用性，另一方面有效提升了差动电阻式应变计量程调节的便捷程度；

工程中结构物的应变测量通常是建立在一定标距范围的前提之上，现有差动电阻式应变计在标距100mm时，其最大测量范围-1500~1000με，无法满足譬如钢结构、岩体大变形、大体积混凝土变形及其它应变较大场合的应变测量需求。上述大量程差动电阻式应变计的结构件长于标距，突破了传统差动电阻式应变计量程不足的限制，通过结构设计和计算，在常用标距范围内拓展了仪器的测量范围，100mm标距下的应变测量范围达到±2500με，实现差动电阻式仪器的大应变测量，更好地适应譬如钢结构、大体积混凝土等较大应变工况，适用范围更广。

综上，本发明的参数准确，量程范围调节方便，差动感应结构1通用性，满量程应变输出范围大。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种大量程差动电阻式应变计，包括依次连接的端部组件、内置差动感应结构的保护外壳、尾部组件，差动感应结构包括与端部组件连接的上结构件和与尾部组件连接的下结构件，上结构件和下结构件从上往下依次设置构成结构件组，其特征在于：差动感应结构还包括前差动钢丝和后差动钢丝，前差动钢丝和后差动钢丝分别位于结构件组正面和背面，呈X对称布置，前差动钢丝的两端分别与上结构件和下结构件的前侧面固定，后差动钢丝的两端分别与上结构件和下结构件的后侧面固定，上结构件和下结构件长度均大于所述大量程差动电阻式应变计的标距。

2.根据权利要求1所述的一种大量程差动电阻式应变计，其特征在于：前差动钢丝和后差动钢丝的初始预应力相同。

3.根据权利要求1所述的一种大量程差动电阻式应变计，其特征在于：上结构件和下结构件均为条状结构。

4.根据权利要求1所述的一种大量程差动电阻式应变计，其特征在于：上结构件的前端设置有连接端部组件的凸起，下结构件的后端设置有连接尾部组件的凸起。

5.根据权利要求1所述的一种大量程差动电阻式应变计，其特征在于：端部组件包括依次连接接线座和端部法兰，上结构件的前端穿过端部法兰与接线座连接。

6.根据权利要求5所述的一种大量程差动电阻式应变计，其特征在于：端部组件还包括连接在接线座前端的端部套筒以及连接在端部套筒前端的电缆密封接头。

7.根据权利要求1所述的一种大量程差动电阻式应变计，其特征在于：尾部组件包括尾部法兰，下结构件的后端与尾部法兰连接。

8.根据权利要求7所述的一种大量程差动电阻式应变计，其特征在于：尾部法兰的后端连接有尾部套筒。

9.根据权利要求1所述的一种大量程差动电阻式应变计，其特征在于：保护外壳为不锈钢波纹外壳。

10.根据权利要求9所述的一种大量程差动电阻式应变计，其特征在于：不锈钢波纹外壳的刚度系数和差动钢丝性能匹配。

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