CN116046228A - 基于应变片的磁粉探伤设备提升力测量装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于应变片的磁粉探伤设备提升力测量装置及方法，属于特种设备检测技术领域，包括测量单元、测量辅助单元和交互单元，所述测量辅助单元用于支撑连接所述测量单元和交互单元，所述测量单元包括测量单元夹持装置，所述测量单元夹持装置的夹持面上固定设置有应变片，所述应变片电气连接交互单元，所述交互单元包括控制主板和交互单元屏幕，所述应变片在提升时对测量单元夹持装置产生形变量，通过控制主板计算提升力，且通过交互单元屏幕进行显示。体积小，便于集成；无需携带提升力试块即可随时测量磁粉探伤设备的提升力。即测即走，降低成本，提高测量效率。解决了现有技术中出现的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于应变片的磁粉探伤设备提升力测量装置及方法，属于特种设备检测技术领域。
背景技术
磁粉探伤设备在工作时，为了确保磁粉探伤设备检测结果的准确性，需要对其提升力进行测量，现有技术中针对磁粉探伤机工作前的提升力测量环节有采用固定重量的试块进行验证还有采用压力传感器进行测量，采用试块进行测量时，需要工作人员随身携带提升力试块对磁粉探伤设备的提升力进行测量。固定重量的试块体积、重量均较大，携带十分不方便。不利于测量工作的进行。
现有技术中采用压力传感器进行测量时，如专利申请号为：202010562616.3，公开的一种磁轭式磁粉探伤机提升力测量方法及其装置，其公开的技术方案采用压力传感器对磁粉探伤设备的提升力进行测量，在测量时，用手缓缓将磁轭式磁粉探伤机提离钢板，在该过程中，压力传感器将实时监测数据发送至控制器，当磁轭式磁粉探伤机和钢板的脱离的瞬间，压力传感器监测到压力最小值并发送至控制器，控制器依据公式计算出待测磁轭式磁粉探伤机的提升力，并显示在显示屏上，由于提升力的方向是朝向上方的，测量出的压力是朝向下方的，且磁粉探伤设备不能直接接触压力传感器，需要压力传感器具有极高的灵敏度才能进行测量，且测量的结果不够精准，出现的误差较大。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于应变片的磁粉探伤设备提升力测量装置及方法，通过应变片对夹持装置产生的形变量，进而反应磁粉探伤设备实时的提升力，由主控单片机进行一系列运算与处理后在交互单元屏幕上显示当前测量设备的实时提升力与最大提升力，解决了现有技术中出现的问题。
本发明所述的基于应变片的磁粉探伤设备提升力测量装置，包括测量单元、测量辅助单元和交互单元，所述测量辅助单元用于支撑连接所述测量单元和交互单元，所述测量单元包括测量单元夹持装置，所述测量单元夹持装置的夹持面上固定设置有应变片，所述应变片电气连接交互单元，所述交互单元包括控制主板和交互单元屏幕，所述应变片在提升时对测量单元夹持装置产生形变量，通过控制主板计算提升力，且通过交互单元屏幕进行显示。
进一步的，测量单元夹持装置的夹持面位置处设置有应变片固定槽，所述应变片粘贴于应变片固定槽中，测量单元夹持装置的中心位置设置有走线槽，走线槽处设置连接线用于连接交互单元。
进一步的，交互单元还包括交互单元壳体，在交互单元壳体上设置有屏幕安装槽，交互单元屏幕固定于屏幕安装槽内。
进一步的，交互单元还包括电池，所述交互单元壳体的内部设置有空腔，所述电池和控制主板设置在空腔内，空腔的外部设有交互单元盖板进行封闭。
进一步的，测量辅助单元包括承重绳和固定螺丝，所述交互单元与测量单元之间通过承重绳连接，承重绳的两端通过固定螺丝分别固定至测量单元与交互单元。
进一步的，测量装置还包括磁粉探伤机，所述测量单元夹持装置夹持在磁粉探伤机外部的左右两侧，左右两侧的测量单元夹持装置的上方分别连接测量辅助单元，测量辅助单元的上端连接交互单元。
本发明所述的基于应变片的磁粉探伤设备提升力测量方法，包括以下步骤：
S1：通过交互单元屏幕输入待测设备的长度及重量信息；
S2：获取测量单元中应变片形变反应的电压值；
S3：通过步骤S2中获取的电压值计算测量单元的受力信息；
S4：通过测量单元受力信息计算待测设备提升力，并传输至交互单元屏幕进行实时显示；
S5：判断本次测量的提升力是否为最大值，如果是，则更新交互单元屏幕上显示的最大提升力数值。
进一步的，步骤S2和步骤S3具体包括以下步骤：
S11：启动测量后电路部分获取两侧测量单元应变片反应的电压信号，并将其转化为数字量计算得出测量单元受力大小：
其中：F为测量单元受到的力，R0为测量单元未受力时应变片的阻值，D为实际测量转化为数字量的应变片反应的电压信号，N为电压转化过程中的转换位数，R为应变片测量部分分压电阻的阻值，K为应变片受力与阻值间的系数；
S12：根据输入的待测磁粉设备长度及重量数据计算设备的提升力，其提升力计算公式如下：
其中：N为最终测量计算处的磁粉探伤提升力，F为测量单元收到的力，I为用户输入的磁粉探伤设备长度，d1为交互单元的长度，d2为测量单元的固有长度，L为承重绳的长度。
进一步的，公式(1)的推导过程具体包括以下步骤：
S21：根据应变片固有参数分析，其实际阻值为：
RD＝R0-K×F (1.1)
其中：R0表示未受力状态下应变片阻值，K表示本装置中应变片受力与阻值间的系数，F为本装置中应变片受到的力；
S22：根据电阻分压公式可以得出测量的分压电阻电压值为：
其中：R表示分压电阻的阻值，RD为本装置应变片受力大小为F时的实际电阻值；
S23：根据装置采用单片机的ADC参数，其ADC数模转换部分转换位数为N，数模转换部分的参考电压与应变片分压部分电压一致均为固定数值，因此单片机经数模转换后读取的电压值为：
其中：D表示实际测量转化为数字量的应变片反应的电压信号，N为电压转化过程中的转换位数；
S24：综合上述公式(1.1)、公式(1.2)和公式(1.3)，根据Ur1＝Ur2可以得到公式(1)：
进一步的，公式(2)的推导过程具体包括以下步骤：
S31：根据承重绳长度L、交互单元长度d1、测量单元固有长度d2、待测磁粉探伤设备长度l，根据三角函数公式计算出F与水平方向的夹角：
S32：根据力的分解，计算在垂直方向上的力：
Fz＝2F sinθ (2.2)
S33：根据其测量需求，需要去除设备自身重力的影响，因此联合公式(2.1)和公式(2.2)得到公式(2)提升力
本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：
本发明所述的基于应变片的磁粉探伤设备提升力测量装置及方法，通过固定于测量单元夹持装置上的应变片反应提升过程中提升力对夹持装置产生的形变量，进而反应磁粉探伤设备实时的提升力，而后控制主板中的电路部分通过将应变片形变产生的电阻变化反映至电压变化，交由主控单片机进行一系列运算与处理后在交互单元屏幕上显示当前测量设备的实时提升力与最大提升力。体积小，便于集成；无需携带提升力试块即可随时测量磁粉探伤设备的提升力。即测即走，降低成本，提高测量效率。解决了现有技术中出现的问题。
附图说明
图1为本发明基于应变片的磁粉探伤设备提升力测量装置的主视图；
图2为本发明基于应变片的磁粉探伤设备提升力测量装置的立体图；
图3为本发明基于应变片的磁粉探伤设备提升力测量装置的分解图；
图4为本发明基于应变片的磁粉探伤设备提升力测量装置工作时的主视图；
图5为本发明基于应变片的磁粉探伤设备提升力测量装置工作时的立体图；
图6为本发明基于应变片的磁粉探伤设备提升力测量装置工作时的侧视图；
图7为本发明基于应变片的磁粉探伤设备提升力测量方法的流程图。
图中：1、交互单元；2、测量辅助单元；3、测量单元；4、磁粉探伤机；5、交互单元壳体；6、交互单元屏幕；7、交互单元盖板；8、控制主板；9、电池；10、承重绳；11、固定螺丝；12、应变片；13、应变片固定槽；14、走线槽；15、测量单元夹持装置。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明：
实施例1：
如图1-3所示，本发明所述的基于应变片的磁粉探伤设备提升力测量装置，包括测量单元3、测量辅助单元2和交互单元1，测量辅助单元2用于支撑连接测量单元3和交互单元1，测量单元3包括测量单元夹持装置15，测量单元夹持装置15的夹持面上固定设置有应变片12，应变片12电气连接交互单元1，交互单元1包括控制主板8和交互单元屏幕6，应变片12在提升时对测量单元夹持装置15产生形变量，通过控制主板8计算提升力，且通过交互单元屏幕6进行显示。
测量单元夹持装置15的夹持面位置处设置有应变片固定槽13，应变片12粘贴于应变片固定槽13中，测量单元夹持装置15的中心位置设置有走线槽14，走线槽14处设置连接线用于连接交互单元1。
交互单元1还包括交互单元壳体5，交互单元壳体5上设置有屏幕安装槽，交互单元屏幕6固定于屏幕安装槽内。
交互单元1还包括电池9，交互单元壳体5的内部设置有空腔，电池9和控制主板8设置在空腔内，空腔的外部设有交互单元盖板7进行封闭。
测量辅助单元2包括承重绳10和固定螺丝11，交互单元1与测量单元3之间通过承重绳10连接，承重绳10的两端通过固定螺丝11分别固定至测量单元3与交互单元1。
本实施例的具体应用为：如图4-6所示，测量装置还包括磁粉探伤机4，测量单元夹持装置15夹持在磁粉探伤机4外部的左右两侧，左右两侧的测量单元夹持装置15的上方分别连接测量辅助单元2，测量辅助单元2的上端连接交互单元1。
应变片12在磁粉探伤机4提升过程中反应提升力对测量单元夹持装置15产生的形变量，进而反应磁粉探伤机4实时的提升力，而后控制主板8通过将应变片12形变产生的电阻变化反映至电压变化，交由主控单片机进行一系列运算与处理后在交互单元屏幕6上显示当前测量设备的实时提升力与最大提升力。
实施例2：
如图7所示，本发明所述的基于应变片的磁粉探伤设备提升力测量方法，包括以下步骤：
S1：通过交互单元屏幕6输入待测设备的长度及重量信息；
S2：获取测量单元3中应变片12形变反应的电压值；
S3：通过步骤S2中获取的电压值计算测量单元3的受力信息；
S4：通过测量单元3受力信息计算待测设备提升力，并传输至交互单元屏幕6进行实时显示；
S5：判断本次测量的提升力是否为最大值，如果是，则更新交互单元屏幕6上显示的最大提升力数值。
具体工作如下：
1、用户输入待测磁粉探伤设备长度l与自身重量m；
2、启动测量后电路部分获取两侧测量单元3的应变片12反应的电压信号，并将其转化为数字量而后计算得出测量单元受力大小
其中：F为测量单元3受到的力，R0为测量单元3未受力时应变片12的阻值，D为实际测量转化为数字量的应变片12反应的电压信号，N为电压转化过程中的转换位数(分辨率)，R为应变片12测量部分分压电阻的阻值，K为应变片12受力与阻值间的系数；
其中公式(1)推导过程如下：
(1-1)根据应变片12固有参数分析，其实际阻值RD＝R0-K×F(1.1)，其中R0表示未受力状态下应变片12阻值，K表示本装置中应变片12受力与阻值间的系数，F为本装置中应变片12受到的力。
(1-2)根据电阻分压公式可以得出测量的分压电阻电压值
其中R表示分压电阻的阻值RD为本装置应变片12受力大小为F时的实际电阻值。
(1-3)根据本系统采用单片机ADC参数，其ADC数模转换部分转换位数(分辨率)为N(N＝12)，数模转换部分的参考电压与应变片12分压部分电压一致均为3.3V，因此单片机经数模转换后读取的电压值为
式中D表示实际测量转化为数字量的应变片12反应的电压信号，N为电压转化过程中的转换位数(分辨率)。
(1-4)综合上诉式(1.1)、(1.2)、(1.3)，根据Ur1＝Ur2，可以得到
即实施例中的公式(1)。
3、根据输入的待测磁粉设备长度及重量数据计算设备的提升力，其提升力计算工时如下：
其中：N为最终测量计算处的磁粉探伤提升力，F为测量单元3受到的力，l为用户输入的磁粉探伤设备长度，d1为交互单元1的长度，d2为测量单元3的固有长度，L为承重绳10的长度。
公式(2)推导过程如下：
(2-1)如图4所示，根据本系统设计在应用中的实际情况，其应变片12反应的力F其方向沿承重绳10由应变片12连接处指向把手连接处。所求提升力为垂直方向上的合力再减去装置自身重力，因此通过装置自身参数与待测物体参数计算出F与水平方向的夹角，再根据夹角计算在垂直方向的合力，即可计算出所测装置提升力的大小。
(2-2)根据承重绳10长度L、交互单元1长度d1、测量单元3固有长度d2、待测磁粉探伤设备长度l，根据三角函数公式计算出F与水平方向的夹角
(2-3)根据力的分解，可以计算在垂直方向上的力Fz＝2F sinθ(2.2)。
(2-4)根据其测量需求，需要去除设备自身重力的影响，因此联合式2.1,2.2及设备重量可以的处提升力
即实施例中的公式(2)。
结合上诉3个步骤，实例如下：
1、输入待测磁粉探伤设备长度l＝120mm，重量m＝3.2kg；
2、用户开始测量提离时，测量单元3中应变片12反应的电压信号，并将其转化为数字量而后得到D＝3413，固有参数N＝12，R0＝400Ω，R＝1000Ω，K＝1.69，根据上诉公式(1)计算测量单元收到的力
3、计算完测量单元受力后根据公式(2)计算提升力，其中固有参数d1＝100mm，d2＝25mm，L＝100mm，g＝9.8N/kg，根据公式计算结果F＝118.27N，带入公式2计算磁粉探伤设备提升力：
表1：不同型号磁粉探伤设备提升力测量表
在实际测量时，针对不同型号的磁粉探伤设备均可以进行测量，如上表1所示，根据不同型号的磁粉探伤设备的长度、重量、交互单元长度、测量单元固有长度、ADC位数、分压电阻值、应变片未受力阻值、应变片阻值与受力系数K和ADC转换结果，结合公式(1)和公式(2)即可测量出不同型号的磁粉探伤设备对应的实时提升力的大小。
通过测量单元受力信息计算待测设备提升力，并传输至交互单元屏幕6进行实时显示；
如果想要测量最大提升力，通过控制主板8判断本次测量的提升力是否为最大值，如果是，则更新交互单元屏幕6上显示的最大提升力数值。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
采用以上结合附图描述的本发明的实施例的基于应变片的磁粉探伤设备提升力测量装置及方法，通过固定于测量单元夹持装置上的应变片反应提升过程中提升力对夹持装置产生的形变量，进而反应磁粉探伤设备实时的提升力，而后控制主板中的电路部分通过将应变片形变产生的电阻变化反映至电压变化，交由主控单片机进行一系列运算与处理后在交互单元屏幕上显示当前测量设备的实时提升力与最大提升力。体积小，便于集成；无需携带提升力试块即可随时测量磁粉探伤设备的提升力。即测即走，降低成本，提高测量效率。解决了现有技术中出现的问题。但本发明不局限于所描述的实施方式，在不脱离本发明的原理和精神的情况下这些对实施方式进行的变化、修改、替换和变形仍落入本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种基于应变片的磁粉探伤设备提升力测量装置，其特征在于：包括测量单元(3)、测量辅助单元(2)和交互单元(1)，所述测量辅助单元(2)用于实现所述测量单元(3)和交互单元(1)的支撑连接，所述测量单元(3)包括测量单元夹持装置(15)，所述测量单元夹持装置(15)的夹持面上固定设置有应变片(12)，所述应变片(12)电气连接交互单元(1)，所述交互单元(1)包括控制主板(8)和交互单元屏幕(6)，所述应变片(12)在提升时对测量单元夹持装置(15)产生形变量，通过控制主板(8)计算提升力，且通过交互单元屏幕(6)进行显示。
2.根据权利要求1所述的基于应变片的磁粉探伤设备提升力测量装置，其特征在于：所述的测量单元夹持装置(15)的夹持面位置处设置有应变片固定槽(13)，所述应变片(12)粘贴于应变片固定槽(13)中，测量单元夹持装置(15)的中心位置设置有走线槽(14)，走线槽(14)处设置连接线用于连接交互单元(1)。
3.根据权利要求1所述的基于应变片的磁粉探伤设备提升力测量装置，其特征在于：所述的交互单元(1)还包括交互单元壳体(5)，交互单元壳体(5)上设置有屏幕安装槽，交互单元屏幕(6)固定于屏幕安装槽内。
4.根据权利要求3所述的基于应变片的磁粉探伤设备提升力测量装置，其特征在于：所述的交互单元(1)还包括电池(9)，所述交互单元壳体(5)的内部设置有空腔，所述电池(9)和控制主板(8)设置在空腔内，空腔的外部设有交互单元盖板(7)进行封闭。
5.根据权利要求1所述的基于应变片的磁粉探伤设备提升力测量装置，其特征在于：所述的测量辅助单元(2)包括承重绳(10)和固定螺丝(11)，所述交互单元(1)与测量单元(3)之间通过承重绳(10)连接，承重绳(10)的两端通过固定螺丝(11)分别固定至测量单元(3)与交互单元(1)。
6.根据权利要求1所述的基于应变片的磁粉探伤设备提升力测量装置，其特征在于：所述的测量装置还包括磁粉探伤机(4)，所述测量单元夹持装置(15)夹持在磁粉探伤机(4)外部的左右两侧，左右两侧的测量单元夹持装置(15)的上方分别连接测量辅助单元(2)，测量辅助单元(2)的上端连接交互单元(1)。
7.一种基于应变片的磁粉探伤设备提升力测量方法，基于权利要求1-6任一所述的基于应变片的磁粉探伤设备提升力测量装置，其特征在于：所述的方法包括以下步骤：
S1：通过交互单元屏幕(6)输入待测设备的长度及重量信息；
S2：获取测量单元(3)中应变片(12)形变反应的电压值；
S3：通过步骤S2中获取的电压值计算测量单元(3)的受力信息；
S4：通过测量单元(3)受力信息计算待测设备提升力，并传输至交互单元屏幕(6)进行实时显示；
S5：判断本次测量的提升力是否为最大值，如果是，则更新交互单元屏幕(6)上显示的最大提升力数值。
8.根据权利要求7所述的基于应变片的磁粉探伤设备提升力测量方法，其特征在于：所述的步骤S2和步骤S3具体包括以下步骤：
S11：启动测量后电路部分获取两侧测量单元(3)应变片反应的电压信号，并将其转化为数字量计算得出测量单元(3)受力大小为公式(1)：
其中：F为测量单元(3)受到的力，R0为测量单元(3)未受力时应变片的阻值，D为实际测量转化为数字量的应变片反应的电压信号，N为电压转化过程中的转换位数，R为应变片测量部分分压电阻的阻值，K为应变片受力与阻值间的系数；
S12：根据输入的待测磁粉设备长度及重量数据计算设备的提升力，其提升力计算公式(2)如下：
其中：N为最终测量计算处的磁粉探伤提升力，F为测量单元(3)受到的力，I为用户输入的磁粉探伤设备长度，d1为交互单元的长度，d2为测量单元(3)的固有长度，L为承重绳的长度。
9.根据权利要8所述的基于应变片的磁粉探伤设备提升力测量方法，其特征在于：所述的公式(1)的推导过程具体包括以下步骤：
S21：根据应变片固有参数分析，其实际阻值为公式(1.1)：
RD＝R0-K×F (1.1)
其中：R0表示未受力状态下应变片阻值，K表示本装置中应变片受力与阻值间的系数，F为本装置中应变片受到的力；
S22：根据电阻分压公式可以得出测量的分压电阻电压值为公式(1.2)：
其中：R表示分压电阻的阻值，RD为本装置应变片受力大小为F时的实际电阻值；
S23：根据装置采用单片机的ADC参数，其ADC数模转换部分转换位数为N，数模转换部分的参考电压与应变片分压部分电压一致均为固定数值，因此单片机经数模转换后读取的电压值为公式(1.3)：
其中：D表示实际测量转化为数字量的应变片反应的电压信号，N为电压转化过程中的转换位数；
S24：综合上述公式(1.1)、公式(1.2)和公式(1.3)，根据Ur1＝Ur2可以得到公式(1)：
10.根据权利要8所述的基于应变片的磁粉探伤设备提升力测量方法，其特征在于：所述的公式(2)的推导过程具体包括以下步骤：
S31：根据承重绳(10)长度L、交互单元长度d1、测量单元(3)固有长度d2、待测磁粉探伤设备长度l，根据三角函数公式计算出F与水平方向的夹角为公式(2.1)：
S32：根据力的分解，计算在垂直方向上的力为公式(2.2)：
S33：根据其测量需求，需要去除设备自身重力的影响，因此联合公式(2.1)和公式(2.2)得到公式(2)提升力
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