專利名稱：彈性元件小變形自動測量試驗數(shù)據(jù)采集裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
所屬領(lǐng)域本實用新型是一種小變形自動測量試驗裝置的部件，屬于一種借助于測定材料的化學(xué)或物理性質(zhì)來測試或分析材料特性的試驗裝置部件，特別是指對彈性元件在大載荷小變形測量試驗時的試驗數(shù)據(jù)自動采集裝置。主要用于做彈性元件的壓縮或拉伸試驗。
背景技術(shù)：
目前國內(nèi)許多廠家在做彈性元件大載荷小變形時的靜力試驗時，對產(chǎn)品的小變形主要采用百分表或千分表或試驗機系統(tǒng)位移傳感器進行測量。采用百分表或千分表測量試樣的小變形，一般情況下，測量結(jié)果精度會比較高，結(jié)果會比較準(zhǔn)確。但這種方法需要試驗員人為讀表，手工記錄，而且試驗記錄點不能連續(xù)；同時試驗加載速度要比較慢，否則人為讀表誤差會較大；再是進行數(shù)據(jù)處理、分析時，需要人工手動將數(shù)據(jù)輸入計算機，這樣工作比較繁瑣，而且在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)錄過程中還可能出錯，試驗員工作量較大，工作效率較低。若采用試驗機系統(tǒng)傳感器進行測量試樣的小變形，優(yōu)點是能自動測量、記錄試驗結(jié)果，試驗員工作量小。但因任何試驗機自身剛度都是有限的，系統(tǒng)誤差會或多或少的不可避免的存在。尤其是比較舊的試驗機，系統(tǒng)誤差相對來說比較大，對試樣在大載荷小變形下的試驗結(jié)果影響很大，滿足不了試驗要求。通過查找“引伸計”、“試驗裝置”、“自動測量”關(guān)鍵詞方面的專利情況及其有關(guān)文章，未發(fā)現(xiàn)有與本文內(nèi)容相同或相近的專利申請記錄和相關(guān)論文。專利只查到專利號為02115729.4，名稱為“引伸計使用新方法”和專利號為88107589.2，名稱為“自動測量系統(tǒng)”等幾項，但這幾項專利根本不是用于做彈性元件在大載荷小變形時的壓縮或拉伸試驗。論文只查到《拉抻試驗用引伸計應(yīng)變示值誤差計算方法的探討》、《一種新型的大應(yīng)變高精度引伸計》、《金屬板料單向拉伸引伸計及測試系統(tǒng)的研制》和《一種用于長期應(yīng)變測試的自動測量裝置》等幾項。這幾編論文均不是探討彈性元件在大載荷小變形時的壓縮或拉伸試驗方面的情況。
因現(xiàn)在高速列車以及城市軌道交通的迅速發(fā)展，為了對高速列車和城市軌道交通進行減振降噪、改善行車的舒適度，在高速列車和城市軌道交通上都大量地使用彈性元件。彈性元件中有些產(chǎn)品如金屬-橡膠球關(guān)節(jié)、軌枕墊等在使用過程中的變形量很小，而且變形量控制范圍又比較窄。如某類型油壓減振器球鉸在額定工作載荷下的變形量范圍要求為(0.22～0.28)mm，某類軌枕墊在額定工作載荷下的變形量范圍要求為(0.4～0.5)mm，試驗時同時需記錄試樣的載荷-位移曲線。針對目前這種實際情況，我們確需要一種既能保證試驗結(jié)果準(zhǔn)確，又能自動測量、記錄、保存試驗結(jié)果，減少試驗員工作量的試驗測量裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的在于針對現(xiàn)有彈性元件在大載荷小變形時試驗測量的不足，提供一種既能保證試驗結(jié)果準(zhǔn)確，又能自動測量、記錄、保存試驗結(jié)果，減少試驗員工作量的測量試驗的數(shù)據(jù)采集裝置。
根據(jù)本實用新型的目的，結(jié)合彈性元件在大載荷小變形時進行靜態(tài)試驗的特點。本實用新型所采取的技術(shù)實施方案是在對彈性元件進行變形試驗過程中利用引伸計作為測量試驗的數(shù)據(jù)采集裝置，包括數(shù)據(jù)采集裝置、數(shù)據(jù)分析裝置、試樣支撐架和工作臺幾部分。在試驗工作臺的任意位置上安裝一磁力支座，并在磁力支座的支桿上安裝一引伸計，將引伸計的兩個刀口中的一個刀口端固定在磁力支座上的引伸計支撐桿上，引伸計的另一個刀口端為自由狀態(tài)，并將自由端的刀口設(shè)計為觸點狀的測量觸點，試驗時引伸計的測量觸點會隨著試件的變形而自動移動。操作者只須控制操作系統(tǒng)，而無須干預(yù)引伸計就能輕松完成整個試驗，不損傷引伸計并能采集到試件試驗的全過程數(shù)據(jù)。利用引伸計測量精度高，引伸計自身尺寸小，能自動測量試樣變形的特點，再與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器和試驗軟件相結(jié)合進行試驗數(shù)據(jù)的自動測量、記錄和保存。我們將引伸計的結(jié)構(gòu)作適當(dāng)?shù)男薷模靡煊嬆軠y量負幾毫米到正幾毫米的測量功能，將引伸計改造成可以直接測量試樣的變形，從而避開試驗機系統(tǒng)誤差和人為讀表帶來的影響。
按照本實用新型所開發(fā)的彈性元件大載荷小變形自動測量試驗裝置，支架是結(jié)構(gòu)很簡單的機械結(jié)構(gòu)，制作完全可行。測量裝置的電路原理簡單易行，引伸計與試驗機的試驗軟件和控制器可以兼容。
通過將引伸計的結(jié)構(gòu)作適當(dāng)修改，并借用其他一些必要機構(gòu)，可以構(gòu)成一個精度高，操作簡單，維修方便，能進行大載荷小變形時試驗需要的試驗裝置，能為彈性元件在大載荷小變形下進行試驗時提供高精度的試驗自動測量裝置。
附圖及說明

圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖圖2為本實用新型的電路流程圖。
圖中1、磁力支座；2、鎖緊螺母；3、引伸計信號線；4、引伸計支撐桿；5、引伸計；6、引伸計下臂；7、引伸計上臂；8、限位塊；9、測量觸點；10、試樣芯軸；11、試樣變形層；12、試樣外套；13、試樣支撐架；14、工作臺；15、數(shù)據(jù)處理裝置；16、數(shù)據(jù)顯示裝置；17、數(shù)據(jù)采集裝置；18、數(shù)據(jù)分析裝置；19、引伸計夾持座；20、橋式整流電路；21、放大器；22、A/D轉(zhuǎn)換及數(shù)據(jù)處理器。
具體實施方式
附圖給出了本實用新型的一個具體實施例，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的詳細說明。從附圖中可以看出，本試驗裝置包括數(shù)據(jù)采集裝置17、數(shù)據(jù)分析裝置18、試樣支撐架13和工作臺14幾部分。其特點是數(shù)據(jù)采集裝置17是一種引伸計結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)采集裝置。數(shù)據(jù)采集裝置17包括有引伸計5和引伸計夾持座19，引伸計夾持座19包含磁力支座1、鎖緊螺母2和引伸計支撐桿4。引伸計有兩個刀口，一個刀口端固定安裝在引伸計的下臂6上，為固定狀態(tài)，引伸計的下臂6固定在磁力支座1上的引伸計支撐桿4上，引伸計支撐桿4保持水平狀態(tài)且能通過調(diào)整鎖緊螺母2使其沿磁力支座1上的豎桿上下滑動，以調(diào)整引伸計的高度。磁力支座1可以吸附在工作臺上的適當(dāng)位置，以便安裝測量試驗裝置；引伸計的另一個刀口端安裝在引伸計上臂7上，為自由狀態(tài)，并將自由端的刀口9設(shè)為觸點狀的測量觸點，刀口9直接接觸被測物的表面，試驗時引伸計的刀口9會隨著被測物表面的變形而自動移動。引伸計上的刀口9是根據(jù)需要對引伸計結(jié)構(gòu)所做的修改部分，引伸計的刀口9直接與被測物表面接觸，與打百分表相類似；引伸計上臂7能以自由平衡位置為0點作上下運動，運動行程的大小與引伸計規(guī)格有關(guān)；引伸計臂有一定的彈性，卸載后能自動恢復(fù)到自由狀態(tài)的標(biāo)距狀態(tài)。為了防止引伸計上臂7亂擺動，在引伸計的刀口9的旁邊設(shè)有一限位塊8，限位塊8固定在引伸計的下臂6上，限位塊8對引伸計上臂7起限位作用，以保護引伸計。數(shù)據(jù)采集裝置17所采集的信號通過引伸計信號線3輸入數(shù)據(jù)分析裝置18，數(shù)據(jù)分析裝置18包含數(shù)據(jù)處理裝置15和數(shù)據(jù)顯示裝置16兩個部分，其中數(shù)據(jù)處理裝置15內(nèi)含有橋式整流電路20、放大器21、A/D轉(zhuǎn)換器及數(shù)據(jù)處理器22，數(shù)據(jù)采集顯示裝置16可以是微機顯示器。當(dāng)引伸計的刀口9將所采集到的數(shù)據(jù)通過引伸計信號線3輸入數(shù)據(jù)分析裝置18后，數(shù)據(jù)分析裝置18將根據(jù)常規(guī)的數(shù)據(jù)處理方式進行處理；試驗時，通過引伸計上的刀口觸點采集到信號，經(jīng)橋式整流電路20整流后，輸入放大器21放大后直接輸入試驗機控制器的A/D轉(zhuǎn)換及數(shù)據(jù)處理器22進行處理，A/D轉(zhuǎn)換及數(shù)據(jù)處理器22再將處理的信號輸?shù)诫娔X進行試驗數(shù)據(jù)的記錄、保存和分析處理(均為現(xiàn)有技術(shù)在此不在作詳細描述)。這樣，這種試驗裝置既克服了要人為讀百分表帶來的繁瑣，又克服了試驗機系統(tǒng)誤差帶來的影響，提供了一種精度高、自動化程度高的試驗測量裝置。
本發(fā)明裝置的工作原理是試驗時先將試樣變形層11置于試樣外套12內(nèi)，再將試樣芯軸10插入試樣變形層11，并將試樣安裝在試樣支撐架13上，通過常規(guī)的手段帶動其旋轉(zhuǎn)進行試驗，當(dāng)試樣在試樣支撐架13上旋轉(zhuǎn)時，利用引伸計具有測量試樣形變的功能以及試驗軟件和電腦組成的控制部分具有自動采集、記錄、保存和分析處理數(shù)據(jù)的功能。主要技術(shù)特點如下(1)測量精度因有些彈性元件在大載荷小位移試驗時，變形量很小，而且變形量控制范圍又比較窄，因此要求測量系統(tǒng)有很高的測量精度。而引伸計的測量精度一般能做到最小分辨率優(yōu)于1μm，精度優(yōu)于0.1％。我們在同一個試驗過程中(載荷為0～80kN，加載速度為5kN/min)同時裝上本發(fā)明的試驗測量裝置和量程為5mm的千分表，兩者的測量值如下表

由上表測量結(jié)果顯示可知，兩者測量值的相對誤差最大為0.4％，這個精度足以滿足試驗需要。
(2)安裝調(diào)試在安裝調(diào)試過程中，先將試樣安裝好，再根據(jù)實際情況調(diào)整引伸計支撐桿的高度，保證引伸計能裝到合理的位置。其安裝調(diào)試過程與打千分表相類似。
(3)試驗數(shù)據(jù)采集引伸計測量觸點直接測量試樣的變形量，引伸計的測量信號由電腦進行采集、保存，電腦可以將引伸計的測量變形值實時顯示在電腦桌面上，電腦同時還可以將試驗過程的載荷-位移曲線實時顯示在電腦桌面上。這樣在試驗過程中，試驗員就可以很清楚的了解試驗的全過程。
權(quán)利要求1.彈性元件小變形自動測量試驗數(shù)據(jù)采集裝置，包括數(shù)據(jù)采集裝置(17)、數(shù)據(jù)分析裝置(18)、試樣支撐架(13)和工作臺(14)幾部分，其特點是數(shù)據(jù)采集裝置(17)是一種引伸計結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)采集裝置，數(shù)據(jù)采集裝置(17)包括有引伸計(5)和引伸計夾持座(19)，引伸計(5)安裝在引伸計夾持座(19)上，引伸計(5)有兩個刀口，一個刀口端固定安裝在引伸計的下臂(6)上，為固定狀態(tài)，引伸計的另一個刀口端安裝在引伸計上臂(7)上，為自由狀態(tài)，自由端的刀口(9)為觸點狀的測量觸點，刀口(9)直接接觸被測物的表面，引伸計的刀口(9)可以隨著被測物表面的變形而自動移動，引伸計的刀口(9)直接與被測物表面接觸，引伸計上臂(7)能以自由平衡位置為0點作上下運動，引伸計臂有一定的彈性，卸載后能自動恢復(fù)到自由狀態(tài)的標(biāo)距狀態(tài)。
2.如權(quán)利要求1所述的彈性元件小變形自動測量試驗數(shù)據(jù)采集裝置，其特征在于所述的引伸計夾持座(19)上有含磁力支座(1)、鎖緊螺母(2)和引伸計支撐桿(4)，引伸計的下臂(6)固定在磁力支座(1)上的引伸計支撐桿(4)上，引伸計支撐桿(4)保持水平狀態(tài)且能通過調(diào)整鎖緊螺母(2)使其沿磁力支座(1)上的豎桿上下滑動，且磁力支座(1)可以吸附在工作臺上的適當(dāng)位置。
3.如權(quán)利要求1或2所述的彈性元件小變形自動測量試驗數(shù)據(jù)采集裝置，其特征在于在引伸計的刀口(9)的旁邊設(shè)有對引伸計上臂(7)起限位作用限位塊(8)，限位塊(8)固定在引伸計的下臂(6)上。
專利摘要彈性元件小變形自動測量試驗數(shù)據(jù)采集裝置，包括數(shù)據(jù)采集裝置、數(shù)據(jù)分析裝置、試樣支撐架和工作臺幾部分。在試驗工作臺的任意位置上安裝一磁力支座，并在磁力支座的支桿上安裝一引伸計，將引伸計的兩個刀口中的一個刀口端固定在磁力支座上的引伸計支撐桿上，引伸計的另一個刀口端為自由狀態(tài)，并將自由端的刀口設(shè)計為觸點狀的測量觸點，試驗時引伸計的測量觸點會隨著試件的變形而自動移動。操作者只須控制操作系統(tǒng)，而無須干預(yù)引伸計就能輕松完成整個試驗，不損傷引伸計并能采集到試件試驗的全過程數(shù)據(jù)。利用引伸計測量精度高，引伸計自身尺寸小，能自動測量試樣變形的特點，再與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器和試驗軟件相結(jié)合進行試驗數(shù)據(jù)的自動測量、記錄和保存。
文檔編號G01M5/00GK2777529SQ20052005026
公開日2006年5月3日 申請日期2005年2月4日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月4日
發(fā)明者左國兵, 崔澤龍, 林達文 申請人:株洲時代新材料科技股份有限公司