專利名稱：高靜水壓環(huán)境下的三軸引伸計的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種三軸引伸計，具體涉及ー種高靜水壓環(huán)境下的三軸引伸計。
背景技術(shù)：
引伸計被廣泛應用于材料性能測試及力學試驗中測量試件變形或應變，現(xiàn)有的應變計式引伸計多數(shù)為單軸或雙軸引伸計，且多限于實驗室普通環(huán)境下使用。多孔材料的三軸靜水壓試驗需要測量在高靜水壓環(huán)境下(對于多孔金屬材料一般為IOOMPa)，多孔材料的三軸(徑向雙軸和軸向單軸)變形和應變，目前尚沒有ー種可用于高靜水壓環(huán)境下測量多孔材料試件三軸變形的引伸計。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種高靜水壓環(huán)境下的三軸引伸計，能夠測量高靜水壓環(huán)境下的三軸包括徑向雙軸和軸向單軸的變形和應變測量， 同時具有體積小、使用方便、測量精度高的特點。為達到上述目的，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案為一種高靜水壓環(huán)境下的三軸引伸計，包括徑向固定框架1，設置在徑向固定框架I 上的徑向變形和應變測量裝置，還包括固定在徑向固定框架I上和徑向固定框架I相垂直的軸向固定框架24,固定于位于徑向固定框架I下方的軸向固定框架24下端的第一軸向彈性元件29，所述第一軸向彈性元件29的尾部和軸向固定框架24相垂直固定，第一螺栓 32從第一軸向彈性元件29首部螺紋孔33上部穿過，固定在第一軸向彈性元件29首部，第 ー螺栓32另一端連接在軸向加載裝置上，井隨之同步運動，徑向固定框架I上方的軸向固定框架24上端固定有第二軸向彈性元件31，所述第二軸向彈性元件31的尾部和軸向固定框架24相垂直固定，第二螺栓35從第二軸向彈性元件31首部螺紋孔34下部穿過，固定在第二軸向彈性元件31首部，第二螺栓35另一端連接在軸向加載裝置上，井隨之同步運動， 所述第一軸向彈性元件29和第二軸向彈性元件31的上表面均貼有第一應變計15和第二應變計16，下表面均貼有第三應變計17和第四應變計18，所述第一應變計15、第二應變計 16、第三應變計17和第四應變計18組成惠斯頓全橋測量電路38。所述第一軸向彈性元件29和第二軸向彈性元件31均為懸臂梁結(jié)構(gòu)。所述徑向變形和應變測量裝置包括固定于徑向固定框架I四邊上的第一徑向彈性元件9、第二徑向彈性元件19、第三徑向彈性元件21以及第四徑向彈性元件23，所述第一徑向弾性元件9、第二徑向彈性元件19、第三徑向彈性元件21以及第四徑向彈性元件23 的尾部和徑向固定框架I的四邊相垂直固定，且每只弾性元件都與其相鄰的兩只弾性元件相垂直，即第一徑向弾性元件9的軸線與第二徑向彈性元件19、第四徑向彈性元件23的軸線垂直并與第三徑向彈性元件21的軸線平行，四只弾性元件在總體上呈現(xiàn)出卍字形布置， 第二徑向彈性元件19與第四徑向彈性元件23合成一組，通過應變計測量試件X方向上的變形和應變，弾性元件第一徑向弾性元件9與第三徑向彈性元件21合成為ー組，通過應變計測量試件y方向上的變形和應變，在徑向固定框架I還開有均布的四個螺紋導向孔3，第一可調(diào)頂桿4從徑向固定框架I外側(cè)穿過螺紋導向孔3，第一螺母5套在第一可調(diào)頂桿4穿過徑向固定框架I的一端，彈簧2 —端固定在第一可調(diào)頂桿4上，與第一螺母5相接觸，彈簧2另一端固定在第二可調(diào)頂桿8上，第二可調(diào)頂桿8 一端穿過第一徑向弾性元件9首部的螺紋孔7并與第二螺母6相連，第二螺母6和彈簧2固定，使得彈簧2的兩端分別受到第 ー螺母5和第二螺母6的擠壓，第二可調(diào)頂桿8另一端頂在試件22上，第二徑向彈性元件 19、第三徑向彈性元件21以及第四徑向彈性元件23的結(jié)構(gòu)與安裝方式與第一徑向弾性元件9相同，所述第一徑向弾性元件9、第二徑向彈性元件19、第三徑向彈性元件21以及第四徑向彈性元件23的兩面均貼有兩個應變計，每個徑向彈性元件的四個應變計組成惠斯頓全橋測量電路，該惠斯頓全橋同惠斯頓全橋測量電路38。所述第一徑向弾性元件9、第二徑向彈性元件19、第三徑向彈性元件21和第四徑向弾性元件23均為懸臂梁結(jié)構(gòu)。所述第一徑向弾性元件9、第二徑向彈性元件19、第三徑向彈性元件21、第四徑向弾性元件23、第一軸向彈性元件29以及第二軸向彈性元件31 —面的第一應變計15的引線正端15+、引線負端15-和第二應變計16的引線正端16+、引線負端16-分別接到第一接線端子36的第一端a、第二端b、第三端C、第四端d上，所有弾性元件的另一面的第三應變計17的引線正端17+、引線負端17-和第四應變計18的引線正端18+、引線負端18-分別接到第二接線端子37的第一端e、第二端f、第三端g、第四端h上，第一應變計15的引線負端15-接第三應變計17的引線負端17-，第三應變計17的引線正端17+接第二應變計16 的引線正端16+，第二應變計16的引線負端16-接第四應變計18的引線正端18+，第四應變計18的引線負端18-接第一應變計15的引線正端15+,第一接線端子36的第一端a為所有彈性兀件一面處惠斯頓電橋供電正極，第三端c為電橋供電負極,第二端b為電橋輸出信號正極，第四端d為電橋輸出信號負極，第二接線端子37的第一端e為所有弾性元件另一面處惠斯頓電橋供電正極，第三端g為電橋供電負極，第二端f為電橋輸出信號正極，第四端h為電橋輸出信號負極。本發(fā)明和現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點I、由于本發(fā)明設置了軸向變形和應變測量裝置，因此，本發(fā)明引伸計能夠測量高靜水壓環(huán)境下的三軸包括徑向雙軸和軸向單軸的變形和應變測量。2、本發(fā)明所設計的引伸計的所有弾性元件均為懸臂梁結(jié)構(gòu)，并對用于徑向測量的四只弾性元件進行卍字形布置，使相対的兩只彈性元件相組合測量試件某ー個方向上的變形或應變，從而使得該引伸計在具有較好的線性度和靈敏度的同時具有較小的體積。3、本發(fā)明所設計的徑向彈性元件首部設計有頂桿彈簧可調(diào)機構(gòu)(徑向測量裝置) 和螺栓聯(lián)接可調(diào)機構(gòu)(軸向測量裝置)，使得本發(fā)明引伸計能夠用于不同尺寸試件的變形和應變的測量。4、本發(fā)明所設計的引伸計不需要像常規(guī)引伸計ー樣借助其它元件將引伸計綁定于試件上，而是借助頂桿彈簧機構(gòu)將引伸計卡在圓柱形試件上，操作方便可靠。5、本發(fā)明所設計的弾性元件尾部的上下表面分別貼有兩片應變計，組成惠斯頓全橋測量電路可消除溫度引起的測量誤差和靜水壓環(huán)境造成的應變計壓カ效應誤差，同時增加了引伸計的輸出靈敏度。
6、本發(fā)明所設計的引伸計可測量三軸變形和應變；本發(fā)明所設計的引伸計也可用于常壓下的三軸徑向變形和應變測量；本發(fā)明可適用于大于IOOMPa的高靜水壓環(huán)境下的三軸變形和應變測量，試件徑向變形測量量程為±4mm，軸向變形測量量程為±6mm。具有體積小、使用方便，測量精度高等特點。


圖I為本發(fā)明的三軸引伸計結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明軸向測量部分的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明徑向測量部分的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為彈性元件的結(jié)構(gòu)示意圖，其中圖4a為主視圖，圖4b為俯視圖。圖5是本發(fā)明的弾性元件應變計貼片示意圖，其中圖5a為應變計與接線端子具體粘貼與接線示意圖，圖5b為惠斯頓全橋測量電路示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明結(jié)構(gòu)原理和工作原理作進ー步詳細說明。如圖I和圖2所示，本發(fā)明ー種高靜水壓環(huán)境下的三軸引伸計，包括徑向固定框架 1，設置在徑向固定框架I上的徑向變形和應變測量裝置，還包括固定在徑向固定框架I上和徑向固定框架I相垂直的軸向固定框架24，第三螺栓25穿過軸向固定框架24上的螺紋固定孔26和徑向固定框架I上的螺紋固定孔20，將軸向固定框架24固定于徑向固定框架
I上。固定于位于徑向固定框架I下方的軸向固定框架24下端的第一軸向彈性元件29，所述第一軸向彈性元件29的尾部和軸向固定框架24相垂直固定，第一螺栓32從第一軸向彈性元件29首部螺紋孔33上部穿過，固定在第一軸向彈性元件29首部，第一螺栓32另一端連接在軸向加載裝置上，井隨之同步運動，徑向固定框架I上方的軸向固定框架24上端固定有第二軸向彈性元件31，所述第二軸向彈性元件31的尾部和軸向固定框架24相垂直固定，第二螺栓35從第二軸向彈性元件31首部螺紋孔34下部穿過，固定在第二軸向彈性元件31首部，第二螺栓35另一端連接在軸向加載裝置上，井隨之同步運動，所述第一軸向彈性元件29和第二軸向彈性元件31的上表面均貼有第一應變計15和第二應變計16，下表面均貼有第三應變計17和第四應變計18，所述第一應變計15、第二應變計16、第三應變計17 和第四應變計18組成惠斯頓全橋測量電路38。所述第一軸向彈性元件29和第二軸向彈性元件31均為懸臂梁結(jié)構(gòu)。如圖3所示，本發(fā)明徑向變形和應變測量裝置包括固定于徑向固定框架I四邊上的第一徑向弾性元件9、第二徑向彈性元件19、第三徑向彈性元件21以及第四徑向彈性元件23，所述第一徑向弾性元件9、第二徑向彈性元件19、第三徑向彈性元件21以及第四徑向弾性元件23的尾部和徑向固定框架I的四邊相垂直固定，且每只弾性元件都與其相鄰的兩只弾性元件相垂直，即第一徑向弾性元件9的軸線與第二徑向彈性元件19、第四徑向彈性元件23的軸線垂直并與第三徑向彈性元件21的軸線平行，四只弾性元件在總體上呈現(xiàn)出卍字形布置，本實施例第一徑向弾性元件9的安裝方式為第四螺栓10從徑向固定框架I 外側(cè)穿入徑向固定框架I上的螺紋固定孔11和位于第一徑向弾性元件9尾部的螺紋固定孔12，將第一徑向弾性元件9垂直固定于徑向固定框架I上，第二徑向彈性元件19與第四徑向彈性元件23合成ー組，通過應變計測量試件ー個徑向方向上的變形和應變，弾性元件第一徑向弾性元件9與第三徑向彈性元件21合成為ー組，通過應變計測量試件另一個徑向方向上的變形和應變，在徑向固定框架I還開有均布的四個螺紋導向孔3，第一可調(diào)頂桿4 從徑向固定框架I外側(cè)穿過螺紋導向孔3，第一螺母5套在第一可調(diào)頂桿4穿過徑向固定框架I的一端，彈簧2 —端固定在第一可調(diào)頂桿4上，與第一螺母5相接觸，彈簧2另一端固定在第二可調(diào)頂桿8上，第二可調(diào)頂桿8 一端穿過第一徑向弾性元件9首部的螺紋孔7并與第二螺母6相連，第二螺母6和彈簧2固定，使得彈簧2的兩端分別受到第一螺母5和第 ニ螺母6的擠壓，第二可調(diào)頂桿8另一端頂在試件22上，第二徑向彈性元件19、第三徑向彈性元件21以及第四徑向彈性元件23的結(jié)構(gòu)與安裝方式與第一徑向弾性元件9相同，所述第一徑向弾性元件9、第二徑向彈性元件19、第三徑向彈性元件21和第四徑向弾性元件23均為懸臂梁結(jié)構(gòu)。如圖4a和圖4b所示，第一徑向弾性元件9、第二徑向彈性元件19、第三徑向彈性元件21以及第四徑向彈性元件23的一面均貼有第一應變計15和第二應變計16，另一面均貼有第三應變計17和第四應變計18，所述第一應變計15、第二應變計16、第三應變計17 和第四應變計18組成惠斯頓全橋測量電路38。如圖5a所示，本發(fā)明惠斯頓全橋測量電路38的第一應變計15的引線正端15+、引線負端15-和第二應變計16的引線正端16+、引線負端16-分別接到第一接線端子36的第一端a、第二端b、第三端C、第四端d上，所有弾性元件另一面的第三應變計17的引線正端 17+、引線負端17-和第四應變計18的引線正端18+、引線負端18-分別接到第二接線端子 37的第一端e、第二端f、第三端g、第四端h上,第一應變計15的引線負端15-接第三應變計17的引線負端17-，第三應變計17的引線正端17+接第二應變計16的引線正端16+，第 ニ應變計16的引線負端16-接第四應變計18的引線正端18+，第四應變計18的引線負端 18-接第一應變計15的引線正端15+，第一接線端子36的第一端a為所有弾性元件一面處惠斯頓電橋供電正極，第三端c為電橋供電負極,第二端b為電橋輸出信號正極,第四端d 為電橋輸出信號負極，第二接線端子37的第一端e為所有弾性元件另一面處惠斯頓電橋供電正極，第三端g為電橋供電負極，第二端f為電橋輸出信號正極，第四端h為電橋輸出信號負極。如圖5b所示，所述第一應變計15、第二應變計16、第三應變計17和第四應變計18 組成惠斯頓全橋測量電路38。第一應變計15、第二應變計16、第三應變計17和第四應變計 18在電路中分別用電阻R1、R2、R3和R4表示。電路中A接電源供電正極，C接電源供電負極，B接輸出信號正極，D接輸出信號負極。本發(fā)明的工作原理是對于徑向變形和應變的測量，為適應不同試件的徑向尺寸， 在開始測量之前，先要調(diào)節(jié)徑向框架中弾性元件首部的可調(diào)頂桿8的螺紋端伸出長度，以使頂桿8的一端與試件28相貼合。然后，調(diào)節(jié)頂桿4，使彈簧2處于適當?shù)氖軌籂顟B(tài)，使得頂桿8 —端緊貼在圓柱形試件28上，這樣整個測量裝置將通過4個頂桿8卡在試件上。當試件28因變形而直徑增大時，通過頂桿6，將使得弾性元件9、19、21、23彎曲，從而在弾性元件應變計貼片處產(chǎn)生相應的應變。應變計15、16測量彈性元件一面貼片處的應變，應變計17、18測量彈性元件另一面貼片處的應變，四片應變計15、16、17、18組成惠斯頓全橋測量電路38，通過測量惠斯頓全橋測量電路38輸出即可得到每只彈性元件應變計貼片處的應變。弾性元件19、23合成一組，將其輸出結(jié)果相加即可計算出試件徑向I方向上的變形和應變。弾性元件9、21合成為ー組，將其輸出結(jié)果相加即可計算出試件徑向X方向上的變形和應變。而當試件28因變形而直徑縮小時，處于受壓狀態(tài)的彈簧將伸長，將使頂桿8頂在試件22表面，同時使得弾性元件彎曲，同理可計算出試件徑向變形。對于軸向變形和應變，在開始測量之前，將固定于彈性元件29首部的螺栓32和固定于彈性元件31首部的螺栓35與軸向加載裝置相連。同吋，為適應具有不同軸向尺寸的試件，可通過調(diào)節(jié)安裝螺栓32、35合理確定彈性元件與軸向加載裝置連接后的軸向間距。由于加載時軸向加載裝置的位移與試件軸向兩端的位移一致，這樣就使得弾性元件29、31首部的位移與試件軸向兩端的位移一致。所以當對試件進行加載時，弾性元件29、31首部將同步受壓，使得弾性元件彎曲，從而在應變計貼片處產(chǎn)生相應的應變。弾性元件29、31上下表面的四片應變計組成惠斯頓全橋測量電路38，通過測量惠斯頓全橋測量電路38輸出即可得到應變計貼片處的應變。將彈性元件29、31的惠斯頓全橋測量電路38輸出結(jié)果相加即可計算出試件軸向的變形和應變。
權(quán)利要求
1.一種高靜水壓環(huán)境下的三軸引伸計，包括徑向固定框架(1)，設置在徑向固定框架(I)上的徑向變形和應變測量裝置，其特征在于還包括固定在徑向固定框架(I)上和徑向固定框架(I)相垂直的軸向固定框架(24)，固定于位于徑向固定框架(I)下方的軸向固定框架(24)下端的第一軸向彈性元件(29)，所述第一軸向彈性元件(29)的尾部和軸向固定框架(24)相垂直固定，第一螺栓(32)從第一軸向彈性元件(29)首部螺紋孔(33)上部穿過，固定在第一軸向彈性元件(29)首部，第一螺栓(32)另一端連接在軸向加載裝置上，并隨之同步運動，徑向固定框架(I)上方的軸向固定框架(24)上端固定有第二軸向彈性元件 (31)，所述第二軸向彈性元件(31)的尾部和軸向固定框架(24)相垂直固定，第二螺栓(35) 從第二軸向彈性元件(31)首部螺紋孔(34)下部穿過，固定在第二軸向彈性元件(31)首部，第二螺栓(35)另一端連接在軸向加載裝置上，并隨之同步運動，所述第一軸向彈性元件(29)和第二軸向彈性元件(31)的上表面均貼有第一應變計(15)和第二應變計(16)，下表面均貼有第三應變計(17)和第四應變計(18)，所述第一應變計(15)、第二應變計(16)、 第三應變計(17)和第四應變計(18)組成惠斯頓全橋(38)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的三軸引伸計，其特征在于所述第一軸向彈性元件(29)和第二軸向彈性元件(31)均為懸臂梁結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的三軸引伸計，其特征在于所述徑向變形和應變測量裝置包括固定于徑向固定框架(I)四邊上的第一徑向彈性元件(9)、第二徑向彈性元件(19)、第三徑向彈性元件(21)以及第四徑向彈性元件(23)，所述第一徑向彈性元件(9)、第二徑向彈性元件(19)、第三徑向彈性元件(21)以及第四徑向彈性元件(23)的尾部和徑向固定框架(I)的四邊相垂直固定，且每只彈性元件都與其相鄰的兩只彈性元件相垂直，即第一徑向彈性元件(9)的軸線與第二徑向彈性元件(19)、第四徑向彈性元件(23)的軸線垂直并與第三徑向彈性元件(21)的軸線平行，四只彈性元件在總體上呈現(xiàn)出卍字形布置，第二徑向彈性元件(19)與第四徑向彈性元件(23)合成一組，通過應變計測量試件一個徑向方向上的變形和應變，彈性元件第一徑向彈性元件(9)與第三徑向彈性元件(21)合成為一組，通過應變計測量試件另一個徑向方向上的變形和應變，在徑向固定框架(I)還開有均布的四個螺紋導向孔(3)，第一可調(diào)頂桿(4)從徑向固定框架(I)外側(cè)穿過螺紋導向孔(3)，第一螺母(5)套在第一可調(diào)頂桿(4)穿過徑向固定框架(I)的一端，彈簧(2) —端固定在第一可調(diào)頂桿(4)上，與第一螺母(5)相接觸，彈簧(2)另一端固定在第二可調(diào)頂桿(8)上，第二可調(diào)頂桿(8) —端穿過第一徑向彈性元件(9)首部的螺紋孔(7)并與第二螺母(6)相連，第二螺母(6)和彈簧(2)固定，使得彈簧(2)的兩端分別受到第一螺母(5)和第二螺母￠)的擠壓，第二可調(diào)頂桿(8)另一端頂在試件(22)上，第二徑向彈性元件(19)、第三徑向彈性元件(21)以及第四徑向彈性元件(23)的結(jié)構(gòu)與安裝方式與第一徑向彈性元件(9)相同，所述第一徑向彈性元件(9)、第二徑向彈性元件(19)、第三徑向彈性元件(21)以及第四徑向彈性元件(23)的兩面均貼有兩個應變計，每個徑向彈性元件的四個應變計組成惠斯頓全橋，該惠斯頓全橋同惠斯頓全橋(38)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的三軸引伸計，其特征在于，所述第一徑向彈性元件(9)、第二徑向彈性元件(19)、第三徑向彈性元件(21)和第四徑向彈性元件(23)均為懸臂梁結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或3所述的三軸引伸計，其特征在于，所述惠斯頓全橋(38)的第一應變計(15)的引線正端(15+)、引線負端(15-)和第二應變計(16)的引線正端(16+)、引線負端(16-)分別接到第一接線端子(36)的第一端(a)、第二端(b)、第三端(C)、第四端(d) 上，所有彈性元件另一面的第三應變計(17)的引線正端(17+)、引線負端(17-)和第四應變計(18)的引線正端(18+)、引線負端(18-)分別接到第二接線端子(37)的第一端(e)、 第二端(f)、第三端(g)、第四端(h)上，第一應變計(15)的引線負端(15-)接第三應變計 (17)的引線負端(17-)，第三應變計(17)的引線正端(17+)接第二應變計(16)的引線正端(16+)，第二應變計(16)的引線負端(16-)接第四應變計(18)的引線正端(18+)，第四應變計(18)的引線負端(18-)接第一應變計(15)的引線正端(15+)，第一接線端子(36) 的第一端(a)為所有彈性元件一面處惠斯頓電橋供電正極，第三端(c)為電橋供電負極，第二端(b)為電橋輸出信號正極，第四端(d)為電橋輸出信號負極，第二接線端子(37)的第一端(e)為所有彈性元件另一面處惠斯頓電橋供電正極，第三端(g)為電橋供電負極，第二端(f)為電橋輸出信號正極，第四端(h)為電橋輸出信號負極。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高靜水壓環(huán)境下的三軸引伸計，包括徑向固定框架，設置在徑向固定框架上的徑向變形和應變測量裝置，還包括固定在徑向固定框架上和徑向固定框架相垂直的軸向固定框架，固定于位于徑向固定框架下方的軸向固定框架下端的第一軸向彈性元件，固定于位于徑向固定框架上方的軸向固定框架上端的第二軸向彈性元件，第一軸向彈性元件和第二軸向彈性元件的上表面均貼有第一應變計和第二應變計，下表面均貼有第三應變計和第四應變計，第一應變計、第二應變計、第三應變計和第四應變計組成惠斯頓全橋；徑向變形和應變測量裝置測量徑向的變形與應變，軸向變形和應變測量裝置測量軸向的變形與應變，同時具有體積小、使用方便，測量精度高等特點。
文檔編號G01B7/16GK102589409SQ201210052548
公開日2012年7月18日 申請日期2012年3月2日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月2日
發(fā)明者馮勃, 盧天健, 徐明龍, 敬子建 申請人:西安交通大學