测力传感器及用于测量预应力锚索和桥梁支座受力的方法技术

一种测力传感器及其用于测量预应力锚索和桥梁支座受力的方法，该传感器包括由带空腔的刚性储液承压体和装在刚性储液承压体空腔中的惰性液体组成的复合弹性体，油嘴座固定在刚性储液承压体上，一端开孔与惰性液体相通，油嘴座另一端直接或间接地安装一个测量元件，该测量元件与外接测量电路相连通，所述测力方法是使外力的一部分由复合弹性体中的刚性储液承压体承受，另一部分由复合弹性体中的惰性液体来承受，测量电路通过测量元件送出的电信号测量惰性液体液压的变化，利用计算方程：Ｙ＝ＡＸ↑［２］＋ＢＸ－Ｃ算出或查图得出传感器所受外力的大小。该测力传感器高度低、外径小、体积小、长期稳定性好，受环境影响小；其测力方法简单可靠。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种测力传感器，特别是预应力锚索和桥梁支座监测用测力传 感器及用于测量预应力锚索和桥梁支座受力的方法。
技术介绍
随着预应力技术的发展，预应力技术在很多大型工程建设如桥梁拉索、预 应力混凝土、环向加固及岩土锚固等方面得到大量应用，而作为重要承重构件 的锚索，其使用状况关系到结构的安全运行与使用寿命。然而，目前国内外大 多数结构锚索都未迸行有效的监控监测，锚索基本上处于一种模糊使用状态， 之所以出现这种情况， 一个很重要的原因就是没有满足要求的传感器。现有用于测量锚索的传感器有两种，其一是应变片式测力传感器，即在钢 制应力环上贴若干应变片，其原理是当应力环受外力作用时，应变片的电阻会 变化，测出其变化便可换算出所受外力的大小，其存在的缺点为(1)高度太 高(300mm以上)，即占用锚索轴向长度太大，需较大结构安装空间，且不美 观；(2)长期稳定性差，传感器受环境(温湿度等)影响较大，需定期标定， 不能达到长期监测要求；(3)传感器采用硅胶等粘合剂固定贴应变片，在长期 使用中粘合剂容易失效，使整个传感器失去功能。(4)对安装条件要求较高， 当负载出现偏载、受压面不平及接触面不够大时，精度影响很大。另一种传感器为振弦式传感器，其原理是采用类似千斤顶结构，油缸中灌 满黄油，振弦棒安在油缸外壁上与缸内黄油接触，外力压在活塞上时使缸内黄 油油压变大，引起振弦棒内振弦变化，从而测出外力大小。振弦式传感器的主 要缺点在于(1)寿命短，传感器釆用橡胶制品密封，而橡胶制品在压力下寿 命不超过5年，当橡胶密封圈失去密封性时，会使整个传感器失效；(2)体积 大，由于采用密封圈密封高度高，缸内压力一般在50MPa以下，所以受压面积 一般要比錨索螺母或锚板大几倍。(3)长期稳定性差。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种高度低、外径小、体积小、长期稳定性好，受环境影响小的预应力锚索及桥梁支座监测用测力传感器，以解决已 有传感器高度高、体积大、长期稳定性差、不能在正常使用负载的情况下，更 换测量元件等问题，并提供了运用该测力传感器测量预应力锚索和桥梁支座受 力的方法。解决其上述技术问题的技术方案是 一种测力传感器，该传感器包括由带 空腔的刚性储液承压体和装在刚性储液承压体空腔中的惰性液体组成的复合弹 性体，油嘴座固定在刚性储液承压体上， 一端开孔与惰性液体相通，油嘴座另 一端直接或间接地安装一个能将液压变化转换成电信号变化的测量元件，该测 量元件与一外接测量电路相连通。本专利技术的进一步技术方案是油嘴座通过连接管与截止阀相连，截止阀上 装有一个能将液压变化转换成电信号变化的测量元件，该测量元件与一外接测 量电路连通，截止阀内有一两端带有锥形密封杆的截止阀杆，其一端套有定位 弹簧，截止阀的另一端连有带内螺纹的顶杆连接套，其内装有一带弹簧的顶杆 装置。本专利技术的另一技术方案是 一种测量预应力锚索和桥梁支座受力的方法， 它是采用本专利技术上述的测力传感器，使外力的一部分由复合弹性体中的刚性储 液承压体承受，另一部分由复合弹性体中的惰性液体来承受，测量电路通过测 量惰性液体液压的变化，利用计算方程；￥=^2 + 8乂-(:算出或査表得出传感 器所受外力的大小；上式中Y表示预应力锚索和桥梁支座监测压力、单位KN， X表示电流或电压值、单位mA或mV;A、 B、 C是常数，不同规格的传感器在不同工作条件下，A、 B、 C数值不同，应根据标定数据进行计算。由于采用上述技术方案，本专利技术测力传感器的有益效果是 一、高度小、外径小、体积小，总高度在100mm以下 由于本专利技术之测力传感器由刚性储液承压体和装在刚性储液承压体空腔中 的惰性液体一起组成复合弹性体，当外力通过导力板作用在复合弹性体会使惰 性液体液压变大，而该液压的大小除了与外力大小有关外，还与储液承压环的 弹性有关，而储液承压环的弹性可以通过调整其壁厚(即惰性液体与导力板之 间的距离)来调节，也就是说外力的一部分是复合弹性体中的钢结构承受，另 一部分由复合弹性体中的液压来承受，这样在储液承压环外径不变的情况下，可实现复合弹性体承压很大的外力，而其中的惰性液体液压并不大，这样就解 决了要求传感器体积小、外径小、高度也很小的问题，所有吨位的传感器都可以做到高度在100mm以下。二、 由于刚性储液承压体是密闭的，其油嘴座固定在刚性储液承压体外圆 周上，并开孔与惰性液体相通，油嘴座通过连接管与截止阀相连，截止阀上装 有测量元件，测量元件可外接测量电路，测量电路通过测量元件送出的电信号 测量惰性液体液压的变化算出传感器所受外力的大小，因而，其长期稳定性好， 受环境影响小。三、 在正常使用负载的情况下，可以更换测量元件。本专利技术通过加接一个 阀内有一带截止阀杆可以两端密封的截止阀，在正常使用时它在定位弹簧的作 用下，堵住截止阀中通往顶杆装置的孔，使惰性液体不外泄，当传感器在使用 过程中遇到特殊情况需更换测量元件时，旋紧顶杆装置，截止阀杆顶开定位弹 簧，堵住连接管通往截止阀的孔，然后拆下测量元件，更换新的测量元件。四、 其测量方法简单、实用，传感器寿命长，可更换测量元件，适合长期 监测。由于以上特点，本专利技术之测力传感器比现有的传感器更能满足长期监测锚 索索力及桥梁支座压力等类似结构的测力所要求的结构、性能、安装方面的要 求。下面，结合附图和实施例对本专利技术之测力传感器及用于测量预应力锚索 和桥梁支座受力的方法的技术特征作进一步的说明。 附图说明-图1:适用于监测锚索索力的穿心式测力传感器结构示意图； 图2:适用于监测锚索索力的穿心式测力传感器的简化结构示意图； 图3:适用于监测桥梁支座压力的非穿心式测力传感器结构示意图； 图4:适用于监测桥梁支座压力的非穿心式测力传感器的简化结构示意图; 图5:本专利技术测力传感器用于监测锚索索力时的安装位置示意图； 图6:本专利技术测力传感器用于监测桥梁支座压力时的安装位置示意图； 图7:釆用本专利技术测力传感器测量预应力锚索和桥梁支座受力的方法采用 的拟合曲线图。图中l一储液承压环，2—导力板，3—惰性液体，4—垫板，5—油嘴座， 6—连接管，7—截止阀，8—定位弹簧，9一测量元件，IO—截止阀杆，ll一顶杆连接套，12—弹簧，13—顶杆装置，14一储液扁圆柱体。具体实施例方式实施例一 一种适用于长期监测锚索索力的穿心式测力传感器。 该测力传感器釆用带空腔的刚性储液承压体和装在刚性储液承压体空腔中 的惰性液体组成复合弹性体，如图1所示，所述的复合弹性体是由不锈钢制成 的带空腔的储液承压环1和装在储液承压环1空腔中的惰性液体——硅油3组 成，油嘴座5固定在储液承压环1外圆周上， 一端开孔与惰性液体3相通，油 嘴座5通过连接管6与截止阀7相连，截止阀7阀体上装有可将液压变化转换 成电信号变化的测量元件——液压变送器9，液压变送器9外接一测量电路， 截止阀7内有一两端带有锥形密封杆的截止阀杆10，其一端套有定位弹簧8， 截止阀7的另一端连有带内螺纹的顶杆连接套11，其内装有一带弹簧12的顶 杆装置13;在储液承压环1上连接有一导力板2。作为本专利技术实施例的一种变换，为防止外压面不平及接触面太小，可在导 力板上加一垫板4，使外力更平稳的作用在复合弹性体上。在正常使用时本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种测力传感器，其特征在于：该传感器包括由带空腔的刚性储液承压体和装在刚性储液承压体空腔中的惰性液体组成的复合弹性体，油嘴座固定在刚性储液承压体上，一端开孔与惰性液体相通，油嘴座另一端直接或间接地安装一个能将液压变化转换成电信号变化的测量元件，该测量元件与外接测量电路相连通。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李居泽，朱万旭，邓年春，夏丹丹，
申请(专利权)人：柳州欧维姆机械股份有限公司，
类型：发明
国别省市：45[中国|广西]