CN2844874Y - 一种测量固体材料内部应力分布的应变片传感头 - Google Patents

Abstract

本实用新型公告了一种测量固体材料内部应力分布的应变片传感头，包括壳体和应变片，其特征在于：壳体包括外壳体、安装应变片的内壳体以及将内外壳体紧固为一体的紧固构件；外壳体是中空的正多棱柱体，其棱线紧贴被测量固体材料内部的预置圆孔，底端部为瓣数与棱面数相等的对称瓣状开口；内壳体是外壁与外壳体的内壁贴合的筒形体。结构新颖，组成简单，有效地解决了大变形结构轴向与其它向应变的精确测量问题，还可以重复使用，节约测试成本。将本实用新型与相应的转换元件配用组成应变式力传感器，可以采集固体材料内部应力分布信息，并变换成为精确应变数据输出，本实用新型可广泛用于金属、混凝土等建筑材料进行各种常温蠕变实验的接触式测量。

Description

一种测量固体材料内部应力分布的应变片传感头

技术领域

本实用新型涉及应用压电电阻材料的欧姆电阻随作用于材料上的力的大小或方向的改变而变化的性质进行应力计量的设备，尤其是涉及一种测量固体材料内部应力分布的应变片传感头。

背景技术

在实际工程中有些结构和构件形状很不规则，承受的载荷也比较复杂，机械上的结构更是这样。为这类结构设计时，必须知道它的应力分布情况。对于复杂的结构和构件的应力分析有两种方法，一种是近似计算方法即有限单元法；另一种是借助实验应力分析方法。构件受力后内部出现应力，并产生一定的变形即应变，应力是不能直接测定的，但是应变可以测量，而且根据胡克定律，应力与应变具有线性正比例关系，因此，可以通过测量应变来测定应力。目前用实验测定应力的方法很多，如脆性涂层法、X射线测应力、比拟法、全息法等，但是，最常用的方法是采用电阻应变片的电测法和采用光弹性方法的光测法。然而，现有电测法是在被测物件的表面粘贴应变片，或者将应变片粘贴在某一试件上，通过某种特定的方式连接到被测物件再间接测量。在物件表面粘贴应变片，要求高表面必须平整、无灰尘、油污、锈渍和氧化层，而且只能测量平面应力状态。由于粘接剂对应变片和被测材料的灵敏性问题，这种测量方法的有效时间受到限制，所能测量的最大应变量也有限，当应变量超过限制值时，应变片可能会滑动甚至脱落，影响测量精度。至于测量构件内部的应力，一般是采用埋入式传感器，在埋入时必须指定方向，而且大多数的埋入式传感器只能测量轴向的应变。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是弥补上述现有技术存在的缺陷，提出一种测量固体材料内部应力分布的应变片传感头。

本实用新型的技术问题是这样加以解决的：

这种测量固体材料内部应力分布的应变片传感头，包括安装在被测量固体材料内部预置圆孔中的壳体和安装在壳体内的应变片。借助实验应力分析方法测量固体材料内部应力分布，都是先从被测量固体材料表面向内部预置一安装应变片传感头的孔，最方便的方法是用钻具预先钻一圆孔。所述圆孔可以是盲孔，也可以是通孔。

这种测量固体材料内部应力分布的应变片传感头的特点是：

所述壳体包括外壳体、安装应变片的内壳体以及将内外壳体紧固为一体的紧固构件；

所述外壳体是中空的正多棱柱体，其棱线紧贴被测量固体材料内部的预置圆孔，底端部为瓣数与棱面数相等的对称瓣状开口；这样的开口结构使内壳体在部分区域不与外壳体的内壁贴合接触，被测量固体材料的应变将完整地传递至这些区域，表现为内部部分内表面的弹性变形，安装在内壳体内的应变片就可以感测出这种变形。还可以减少干扰，提高测试准确度。而且，瓣状开口具有一定的弹性，可以使传感头更紧密地嵌入预置圆孔内，降低了钻孔的加工精度，容易满足圆孔加工公差要求，防止发生位移，并且可以重复使用。

所述内壳体是外壁与外壳体的内壁贴合的筒形体，使内壳体与外壳体的内壁贴合接触区域为面接触，可以避免构成静不定系统，保证扭矩的正常传递。

本实用新型的技术问题是这样择优加以解决的：

所述瓣状开口是由所述外壳体底端部的每个棱面中线对称设置轴向开口槽构成。

所述正多棱柱体是棱面数至少为三的正多棱柱体。

优选的方案是，所述正多棱柱体是棱面数为六的正六棱柱体或棱面数为八的正八棱柱体。一般是在满足精度要求的前提下，选择最合适的棱面数量。棱面太少，传感头能感受到的被测量信息太少，测试精度太低；棱面太多，提高了加工与操作的难度，增加成本。

所述内壳体是锥台筒形体。这样的内壳体与外壳体的内壁贴合最紧密，使内壳体与外壳体的内壁贴合接触区域为面接触，可以更有效地避免构成静不定系统，进一步保证扭矩的正常传递。

本实用新型的技术问题可以是这样进一步加以解决的：

所述应变片是以粘贴方式安装在壳体内。

所述应变片是金属电阻应变片或半导体应变片。

优选的方案是，所述应变片是薄膜式半导体应变片或扩散式半导体应变片，其灵敏度高，横向效应小。

所述将内、外壳体紧固为一体的紧固构件包括分别设置在内、外壳体顶端口的径向外伸凸缘，以及设置在所述径向外伸凸缘上的内螺纹、贯通所述内螺纹的螺栓。

所述径向外伸凸缘上的内螺纹和配用的螺栓分别至少有两个。

优选的方案是，所述径向外伸凸缘上的内螺纹和配用的螺栓分别有四个。

所述外壳体是不锈钢或塑料制作的外壳体。

所述内壳体是不锈钢或塑料制作的内壳体。

本实用新型结构新颖，组成简单，通过各结构件之间的接触将被测量固体材料的大变形传递到内壳体的内壁，表现为存在着特定的对应关系的内壁的小变形，并用测量小变形的方法来间接测量大变形，有效地解决了大变形结构轴向与其它向应变的精确测量问题。此外，本实用新型对测量环境要求不高，便于实施实验应力分析方法，而且可以重复使用，节约测试成本。将本实用新型的传感头与相应的转换元件配用组成应变式力传感器，就可以采集固体材料内部应力分布信息，并按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的精确应变数据输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。本实用新型可广泛用于金属、混凝土等建筑材料进行各种常温蠕变实验的接触式测量。

附图说明

下面对照附图并结合具体实施方式对本实用新型作进一步说明。

图1是本实用新型一具体实施方式的剖面结构图；

图2是本实用新型一具体实施方式未包括紧固构件的壳体的横切面示意图。

具体实施方式

一种测量固体材料内部应力分布的应变片传感头

如图1、2所示的应变片传感头，包括安装在被测量固体材料7内部预置圆孔中的壳体和以粘贴方式安装在壳体内的薄膜式半导体应变片1。应变片1粘贴在内壳体3的适当位置，应保证内壳体3插入外壳体2后，应变片1即进入测量区域，图1所示的内壳体3尚未紧固到位。

所述壳体包括外壳体2、安装应变片1的内壳体3以及将内外壳体紧固为一体的紧固构件。所述紧固构件包括分别设置在内、外壳体3、2顶端口的径向外伸凸缘4、5，以及四个设置在所述径向外伸凸缘4、5上的内螺纹、四个贯通所述内螺纹的螺栓6。

所述外壳体2是中空的正六棱柱体，其棱线紧贴被测量固体材料7内部的预置圆孔，底端部为对称六瓣状开口。所述六瓣状开口是由所述外壳体2底端部的每个棱面中线对称设置轴向开口槽构成。

所述内壳体3是外壁与外壳体2的内壁贴合的锥台筒形体。采用本实用新型对固体材料内部应力分布进行接触式测量之前，先根据外壳体2的尺寸在被测量固体材料7上钻一圆孔；然后将应变片1粘贴在内壳体3的内壁上，并与相应的转换元件连接；再依次将外壳体2嵌入圆孔、内壳体3按照对应位置插入外壳体2；最后用螺栓贯通设置在内、外壳体顶端口的径向外伸凸缘上的内螺纹，将内壳体3、外壳体2紧固为一体后即可用于测量。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。

Claims (10)

1.一种测量固体材料内部应力分布的应变片传感头，包括安装在被测量固体材料内部预置圆孔中的壳体和安装在壳体内的应变片，其特征在于：

所述壳体包括外壳体、安装应变片的内壳体以及将内外壳体紧固为一体的紧固构件；

所述外壳体是中空的正多棱柱体，其棱线紧贴被测量固体材料内部的预置圆孔，底端部为瓣数与棱面数相等的对称瓣状开口；

所述内壳体是外壁与外壳体的内壁贴合的筒形体。

2.按照权利要求1所述的测量固体材料内部应力分布的应变片传感头，其特征在于：

所述瓣状开口是由所述外壳体底端部的每个棱面中线对称设置轴向开口槽构成。

3.按照权利要求1或2所述的测量固体材料内部应力分布的应变片传感头，其特征在于：

所述正多棱柱体是棱面数至少为三的正多棱柱体。

4.按照权利要求3所述的测量固体材料内部应力分布的应变片传感头，其特征在于：

所述正多棱柱体是棱面数为六的正六棱柱体或棱面数为八的正八棱柱体。

5.按照权利要求4所述的测量固体材料内部应力分布的应变片传感头，其特征在于：

所述内壳体是锥台筒形体。

6.按照权利要求5所述的测量固体材料内部应力分布的应变片传感头，其特征在于：

所述应变片是以粘贴方式安装在壳体内。

7.按照权利要求6所述的测量固体材料内部应力分布的应变片传感头，其特征在于：

所述应变片是金属电阻应变片或半导体应变片。

8.按照权利要求7所述的测量固体材料内部应力分布的应变片传感头，其特征在于：

所述应变片是薄膜式半导体应变片或扩散式半导体应变片。

9.按照权利要求8所述的测量固体材料内部应力分布的应变片传感头，其特征在于：

所述将内、外壳体紧固为一体的紧固构件包括分别设置在内、外壳体顶端口的径向外伸凸缘，以及设置在所述径向外伸凸缘上的内螺纹、贯通所述内螺纹的螺栓。

10.按照权利要求9所述的测量固体材料内部应力分布的应变片传感头，其特征在于：

所述径向外伸凸缘上的内螺纹和配用的螺栓分别至少有两个。

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