土工試驗儀器壓力測試通道通用數顯檢測校準裝置的製作方法

2023-05-30 06:38:16 1

專利名稱：土工試驗儀器壓力測試通道通用數顯檢測校準裝置的製作方法
技術領域：
土工試驗儀器壓力測試通道通用數顯檢測校準裝置技術領域[0001]本實用新型屬於檢測校準設備，特別是涉及一種土工試驗儀器壓力測試通道通用數顯檢測校準裝置。
背景技術：
[0002]土工試驗的一個主要內容是對地基土的物理力學性質進行測試，為建築地基與結構計算提供相應的強度和變形參數。[0003]對地基土試件從不同方向施加一定力，觀察其受力變形關係並記錄整個過程的力測試是土工試驗儀器的基本測試手段，例如固結、剪切、側壓係數(KO)、三軸剪切和CBR儀等常規力學試驗都涉及對試件施加不同級差的軸向力，使試樣產生變形，並進行全程記錄作為提供各種關係曲線和數據結果的依據。因此力(應力)和位移(應變)是每個試件進行力學試驗不可缺少的試驗參數，通常以一個試驗參數的獲取作為一個測量通道，如測力通道、位移測量通道。[0004]以固結儀或直剪儀為例，國內各大中型土工試驗室分別擁有數百甚至更多的試驗通道與微機相聯形成一個龐大的土工試驗自動化網絡。[0005]如此眾多的土工試驗儀器常年連續工作在粉塵和浸水環境中，其測量精度是否發生變化、測量結果是否真實準確應當通過專門儀器進行檢測校準。[0006]然而，目前土工試驗作業中尚無適用於試驗室作為對前述土工試驗儀器力和應力測試通道的精度進行檢測校準的常規設備。發明內容[0007]本實用新型的目的是提供一種土工試驗儀器壓力測試通道通用數顯檢測校準裝置，該裝置利用試驗室現有試驗儀器的反力裝置和標準測力計進行自身檢測標定，適用於各種固結儀、直剪儀、KO儀、CBR儀和三軸儀壓力試驗通道進行檢測校準以及穩定性測試。[0008]本實用新型為實現上述目的採取以下技術方案本通用數顯檢測校準裝置由用於壓力測試的標準探頭和壓力測試數顯電測儀組成，所述標準探頭由圓筒狀支撐體、設置於圓筒狀支撐體上沿口的圓形的測力盤和設置於測力盤圓心且與測力盤盤面相垂直的螺柱構成主體，所述圓筒狀支撐體、測力盤和螺柱是整體構件，所述螺柱螺紋連接有與土工試驗儀器加壓頭相銜接的傳力接頭和作用於傳力接頭的鎖緊螺母，所述測力盤底表面以其圓心為基準圓周對稱分布並粘貼固定阻值相等的4個電阻應變片，各電阻應變片按惠斯登電橋方式連接，該電橋的電源端分別與粘貼固定在圓筒狀支撐體內側壁的貼片型溫度補償電阻一端相連接，各貼片型溫度補償電阻另一端和電橋的兩輸出端與設置在圓筒狀支撐體一側的電纜接插件的插座相應接點電連接，所述標準探頭測力盤及圓筒狀支撐體的直徑均為 90-118mm,圓筒狀支撐體壁厚25_30mm，最大量程分為5KN和20KN兩種；所述壓力測試數顯電測儀包括機箱、電路板和精密穩壓電源，所述機箱前面板設有5KN、20KN量程選擇開關、 5KN和20KN標準探頭初始值調零旋鈕、帶有A/D轉換電路的4位半LED顯示器和倍率顯示選擇琴鍵開關，所述倍率顯示選擇琴鍵開關設有1個軸向力顯示檔和3個應力顯示檔，所述機箱後面板設有分別連接5KN、20KN標準探頭的電纜接插件；所述電路板由依次連接的標準探頭量程選擇及初始值調零電路、精密儀表放大器電路、低通濾波器電路和軸向力—— 應力倍率轉換電阻分壓電路組成，所述標準探頭量程選擇及初始值調零電路由選擇開關和分別連接於5KN和20KN標準探頭兩輸出端之間的精密電位器和電阻相串聯構成，所述精密儀表放大器電路輸出端連接於由RC和運算放大器構成的低通濾波器，低通濾波器輸出端連接於由限流電阻構成的軸向力值輸出電路輸入端和3路軸向力——應力倍率轉換電阻分壓電路輸入端，軸向力值輸出電路輸出端連接於倍率顯示選擇琴鍵開關的軸向力顯示檔可選端，各電阻分壓電路輸出端分別連接於倍率顯示選擇琴鍵開關3個應力顯示檔可選端， 所述3路軸向力——應力倍率轉換電阻分壓電路的輸出電壓分別是電阻分壓電路輸入端電壓的1/20. 43、1/30和1/50，倍率顯示選擇琴鍵開關各擋位的公共固定端連接於4位半LED 顯示器的A/D轉換電路輸入端。[0009]本實用新型還可以採取以下技術措施[0010]所述標準探頭的圓筒狀支撐體底沿口設有底盤。[0011]所述最大量程為5KN的標準探頭其測力盤厚度為6_8mm。[0012]所述最大量程為20KN的標準探頭其測力盤厚度為10-14mm。[0013]所述標準探頭的傳力接頭為正六角柱狀體，其頂部設有凹窩或內螺紋連接孔。[0014]所述精密儀表放大器電路設有由精密電位器和電阻串聯構成的增益調整電路和串接於末級反饋電路中由熱敏電阻構成的溫度補償電路。[0015]本實用新型的有益效果和優點在於本通用數顯檢測校準裝置是專為土工試驗儀器壓力通道進行測試校準而設計，標準探頭與壓力測試數顯電測儀連接通電，經自檢標定後即可對固結儀、直剪儀、KO儀、CBR儀和三軸儀等土工試驗儀器的測力通道進行檢測，以壓力測試數顯電測儀讀數為基準對被測通道進行校準，從而可以保證被測通道壓力輸出數據的真實可靠。本檢測校準裝置除直接顯示軸向力外，尚可按常規儀器試樣面積換算成應力，並以數字顯示測量結果，較當前常用的標準測力計以千分表刻度顯示更直觀準確，解析度亦有提高，應用效果良好。本裝置的標準探頭具有與土樣試驗標準容器相同的外形和安裝使用方法，傳力接頭的高度還能夠調整並由鎖緊螺母鎖定，因此本檢測校準裝置適用於各種具有壓力測試通道的土工試驗儀器而具有通用性。本實用新型具有使用方便、可以對各種具有壓力測試通道的土工試驗儀器進行在線檢測校準，保證所述儀器試驗數據真實準確的突出優點。


[0016]附圖1是本實用新型標準探頭實施例結構局部剖面示意圖。[0017]附圖2是標準探頭的電阻應變片和溫度補償電阻布置示意圖。[0018]附圖3是頂部設置凹窩的傳力接頭示意圖。[0019]附圖4是頂部設置內螺紋連接孔的傳力接頭示意圖。[0020]附圖5是標準探頭電原理圖。[0021]附圖6是本實用新型的壓力測試數顯電測儀結構示意圖。[0022]附圖7是本實用新型電原理圖。[0023]圖中標記1圓筒狀支撐體，2測力盤，3螺柱，4傳力接頭，4-1凹窩，4_2內螺紋連接孔，5鎖緊螺母，6電纜接插件，7底盤，8電阻應變片，9貼片型溫度補償電阻，10機箱，11 4位半LED顯示器，12倍率選擇顯示琴鍵開關，13量程選擇開關，14 5KN標準探頭初始值調零旋鈕，15 20KN標準探頭初始值調零旋鈕。
具體實施方式
[0024]下面結合實施例及其附圖進一步說明本實用新型。[0025]本通用數顯檢測校準裝置由用於壓力測試的標準探頭和壓力測試數顯電測儀組成。[0026]如圖1、2所示標準探頭結構實施例，它由圓筒狀支撐體1、設置於圓筒狀支撐體上沿口圓形的測力盤2和設置於測力盤圓心的螺柱3構成主體，圓筒狀支撐體、測力盤和螺柱是整體構件。螺柱3螺紋連接有與土工試驗儀器加壓頭相銜接的傳力接頭4和作用於傳力接頭的鎖緊螺母5。[0027]在測力盤2的底表面以其圓心為基準圓周對稱分布並粘貼固定阻值相等的4個電阻應變片8，在圓筒狀支撐體1內側壁粘貼固定兩個貼片型溫度補償電阻9，圓筒狀支撐體 1的一側設置電纜接插件6的插座。圓筒狀支撐體1底沿口設有由螺釘緊固的底盤7。[0028]圖1實施例的傳力接頭4是正六角柱狀體，可以在其頂部設置如圖3所示的凹窩 4-1，或者是在其頂部設置如圖4所示的內螺紋連接孔4-2，選擇不同長度和頂部結構的傳力接頭能夠使標準探頭與各種具有壓力測試通道的土工試驗儀器的加壓頭相銜接。[0029]標準探頭的電連接關係如圖5所示，阻值相等的4個電阻應變片RO按惠斯登電橋方式連接，電橋的電源端分別經貼片型溫度補償電阻Rtl、Rt2和電纜接插件與直流穩壓電源的V2+、V2-連接，電橋的輸出端0UTPUT1、0UTPUT2經電纜接插件輸出。[0030]圖1標準探頭測力盤及圓筒狀支撐體的直徑範圍為90-118mm，以便適應不同土工試驗儀器壓力測試通道最小空間，標準探頭的最大量程分為5KN和20KN兩種，其外型尺寸相同，能夠滿足本裝置所涉及的各種土工試驗儀器的試驗壓力檢測校正需要。[0031]本標準探頭測力盤厚度應綜合考慮鋼材材質、筒狀支撐體壁厚以及耐腐蝕性等因素，測力盤厚度設計必需滿足以下條件即在量程範圍內的最大壓力作用下測力盤發生彈性變形與所受壓力呈正線性關係，在彈性極限範圍內要保持足夠的靈敏度而且測力盤不能出現殘餘變形。圖1實施例所選用的鋼材是OCrlSM 12MO (316)不鏽鋼棒材，測力盤直徑為 100mm,筒狀支撐體壁厚25-30mm均可。最大量程5KN的標準探頭其測力盤厚度在6_8mm範圍以內均可，最大量程20KN的標準探頭其測力盤厚度在10-14mm範圍以內均可。[0032]本通用數顯檢測校準裝置的壓力測試數顯電測儀實施例如圖6所示，包括機箱10 和機箱中的接收標準探頭輸出的電路板和精密穩壓電源。[0033]機箱10前面板設有5KN、20KN兩檔位的量程選擇開關13、5KN標準探頭初始值調零旋鈕14和20KN標準探頭初始值調零旋鈕15。前面板還設有帶有A/D轉換電路的4位半LED顯示器11和倍率顯示選擇琴鍵開關12，該琴鍵開關為4位雙刀互鎖開關，設有1個軸向力顯示檔和3個應力顯示檔，同時只能有一路連通。機箱10後面板設有分別連接5KN、 20KN標準探頭的電纜接插件(未示出)。[0034]如圖7所示，壓力測試數顯電測儀的電路板由依次連接的標準探頭量程選擇及初5始值調零電路、精密儀表放大器電路、低通濾波器電路和軸向力——應力倍率轉換電阻分壓電路組成。[0035]標準探頭初始值調零電路分別由連接於5KN或20KN標準探頭兩輸出端之間的精密電位器W1、W2和兩端阻值相同的電阻相串聯構成，5KN或20KN標準探頭兩輸出端分別經量程選擇開關13相應開關位連接於精密儀表放大器電路輸入端。[0036]標準探頭量程選擇及初始值調零電路由分別連接於5KN和20KN標準探頭兩輸出端的量程選擇開關和分別連接於各標準探頭兩輸出端之間的精密電位器與電阻相串聯構成，量程選擇開關即圖6的量程選擇開關13，精密電位器Wl、W2即圖6的5KN標準探頭初始值調零旋鈕14和20KN標準探頭初始值調零旋鈕15。[0037]圖7中，由集成運放IC1、IC2和IC3組成的精密儀表放大器電路是現有技術中常用的典型電路，兩前級集成運放IC1、IC2的反向輸入端之間設有由精密電位器W3和電阻串聯構成的增益調整電路，在IC3的反饋電路中串接由熱敏電阻Rt5構成的溫度補償電路。[0038]圖7中，精密儀表放大器電路輸出端連接於由集成運算放大器IC4和RC構成的低通濾波器，低通濾波器輸出端與由限流電阻Rl構成的軸向力值輸出電路輸入端和3路軸向力——應力倍率轉換電阻分壓電路輸入端相連接，各電阻分壓電路分別由精密電位器W4、 W5、W6和各精密電位器前後分壓電阻串聯構成。軸向力值輸出電路輸出端連接於倍率顯示選擇琴鍵開關即圖1的倍率顯示選擇琴鍵開關12的軸向力顯示檔可選端，各電阻分壓電路輸出端分別連接於倍率顯示選擇琴鍵開關的3個應力顯示檔可選端，倍率顯示選擇琴鍵開關各檔位的公共固定端連接於4位半LED顯示器的A/D轉換電路輸入端。[0039]本壓力測試數顯電測儀的軸向力值輸出電路輸入電壓與輸出電壓比為1 1，顯示器顯示單位是『N』，3路軸向力——應力倍率轉換電阻分壓電路的輸出電壓分別是電阻分壓電路輸入端電壓的1/20. 43、1/30和1/50，顯示器顯示單位是『KPa』。[0040]3路軸向力——應力倍率轉換電阻分壓電路倍率的設置分別與以下土工儀器加壓頭面積或試樣面積一致，即CBR儀加壓頭面積為20. 43cm2,固結儀、直剪儀、KO儀等試樣面積分別為30cm2或50cm2，依據單位面積受力大小為應力的法定計量單位規定(ΙΝ/cm2 = IOKPa)採用倍率電路將軸向力轉換為應力，大大簡化了測試校準過程中的單位換算操作。[0041]以下簡要敘述本檢測校準裝置的使用方法首先將一標準探頭與經過計量認證的標準測力計串接置於試驗室現有試驗儀器例如CBR儀的反力裝置的測力位置，分別與上下加壓頭接觸但不受力。通過本檢測校準裝置的壓力測試數顯電測儀的初始值調零旋鈕調零，並記錄標準測力計千分表的初讀數。通過試驗儀器的反力裝置加荷，對串接的標準探頭和標準測力計加荷至一定軸向力後使其保持穩定，以經計量認證的標準測力計讀數為準， 通過增益調整電路使本壓力測試數顯電測儀的讀數與標準測力計千分表的讀數換算後的軸向力值一致或兩者誤差在允許範圍以內。[0042]使用前述相同方法在本標準探頭量程範圍內均分為5-6個測點進行標定，使本校準裝置的顯示值與標準測力計讀數換算後的軸向力值之差均應<允許誤差(本實用新型的允許誤差定為0. 5%，高於國標(GB/T15406-94) 5. 6. 1條規定1 %的一個量級，便於檢測各土工試驗儀器的測力器件)。在上述對本校準裝置進行標定的過程中包括對溫度補償電路的調整。[0043]在確認本測試校準裝置的準確性和穩定性合格後，即可對具有壓力試驗通道的各種土工試驗儀器如固結儀、直剪儀、三軸儀、CBR儀和KO儀的各試驗測力通道出力值進行準確性校準以及穩定性檢測校準。將本檢測校準裝置的標準探頭放置在被檢測通道的試樣與容器位置，以替代被檢測通道的土樣和試驗容器。在加荷過程中，記錄比較本裝置與土工試驗數據採集系統終端CRT讀數，以本校準裝置讀數為準對被檢測通道的電測部分或其它相應加壓部分進行在線調整，使被檢測通道處於正常工作狀態，從而保證被檢測通道輸出數據的準確可靠。
權利要求1.一種土工試驗儀器壓力測試通道通用數顯檢測校準裝置，其特徵在於由用於壓力測試的標準探頭和壓力測試數顯電測儀組成，所述標準探頭由圓筒狀支撐體、設置於圓筒狀支撐體上沿口的圓形的測力盤和設置於測力盤圓心且與測力盤盤面相垂直的螺柱構成主體，所述圓筒狀支撐體、測力盤和螺柱是整體構件，所述螺柱螺紋連接有與土工試驗儀器加壓頭相銜接的傳力接頭和作用於傳力接頭的鎖緊螺母，所述測力盤底表面以其圓心為基準圓周對稱分布並粘貼固定阻值相等的4個電阻應變片，各電阻應變片按惠斯登電橋方式連接，該電橋的電源端分別與粘貼固定在圓筒狀支撐體內側壁的貼片型溫度補償電阻一端相連接，各貼片型溫度補償電阻另一端和電橋的兩輸出端與設置在圓筒狀支撐體一側的電纜接插件的插座相應接點電連接，所述標準探頭測力盤及圓筒狀支撐體的直徑均為 90-118mm,圓筒狀支撐體壁厚25_30mm，最大量程分為5KN和20KN兩種；所述壓力測試數顯電測儀包括機箱、電路板和精密穩壓電源，所述機箱前面板設有5KN、20KN量程選擇開關、 5KN和20KN標準探頭初始值調零旋鈕、帶有A/D轉換電路的4位半LED顯示器和倍率顯示選擇琴鍵開關，所述倍率顯示選擇琴鍵開關設有1個軸向力顯示檔和3個應力顯示檔，所述機箱後面板設有分別連接5KN、20KN標準探頭的電纜接插件；所述電路板由依次連接的標準探頭量程選擇及初始值調零電路、精密儀表放大器電路、低通濾波器電路和軸向力—— 應力倍率轉換電阻分壓電路組成，所述標準探頭量程選擇及初始值調零電路由選擇開關和分別連接於5KN和20KN標準探頭兩輸出端之間的精密電位器和電阻相串聯構成，所述精密儀表放大器電路輸出端連接於由RC和運算放大器構成的低通濾波器，低通濾波器輸出端連接於由限流電阻構成的軸向力值輸出電路輸入端和3路軸向力——應力倍率轉換電阻分壓電路輸入端，軸向力值輸出電路輸出端連接於倍率顯示選擇琴鍵開關的軸向力顯示檔可選端，各電阻分壓電路輸出端分別連接於倍率顯示選擇琴鍵開關3個應力顯示檔可選端， 所述3路軸向力——應力倍率轉換電阻分壓電路的輸出電壓分別是電阻分壓電路輸入端電壓的1/20. 43、1/30和1/50，倍率顯示選擇琴鍵開關各擋位的公共固定端連接於4位半LED 顯示器的A/D轉換電路輸入端。
2.根據權利要求1所述的通用數顯檢測校準裝置，其特徵在於所述標準探頭的圓筒狀支撐體底沿口設有底盤。
3.根據權利要求1所述的通用數顯檢測校準裝置，其特徵在於所述最大量程為5KN 的標準探頭其測力盤厚度為6-8mm。
4.根據權利要求1所述的通用數顯檢測校準裝置，其特徵在於所述最大量程為20KN 的標準探頭其測力盤厚度為10-14mm。
5.根據權利要求1所述的通用數顯檢測校準裝置，其特徵在於所述標準探頭的傳力接頭為正六角柱狀體，其頂部設有凹窩或內螺紋連接孔。
6.根據權利要求1所述的通用數顯檢測校準裝置，其特徵在於所述精密儀表放大器電路設有由精密電位器和電阻串聯構成的增益調整電路和串接於末級反饋電路中由熱敏電阻構成的溫度補償電路。
專利摘要本實用新型是土工試驗儀器壓力測試通道通用數顯檢測校準裝置，由標準探頭和數顯電測儀組成，標準探頭由圓筒狀支撐體、測力盤構成主體，測力盤底表面圓周對稱分布按惠斯登電橋方式連接的電阻應變片，最大量程分為5KN和20KN，數顯電測儀前面板設有5KN、20KN量程選擇開關、5KN和20KN標準探頭初始值調零旋鈕、帶A/D轉換電路的4位半LED顯示器和倍率顯示選擇琴鍵開關，倍率顯示選擇琴鍵開關設有1個軸向力顯示檔和3個應力顯示檔。本裝置經標準測力計標定後可對各固結儀、直剪儀、KO儀、三軸儀、CBR儀的壓力測試通道進行在線檢測校準，以保證其壓力測量數據準確可靠，具有移動方便，易於操作，顯示直觀的突出優點。
文檔編號G01N3/62GK202256318SQ201120355520
公開日2012年5月30日 申請日期2011年9月22日 優先權日2011年9月22日
發明者唐文軍, 曹曉娟, 王晟堂, 符二東, 趙亞品 申請人:鐵道第三勘察設計院集團有限公司