一种可直接显示出应力值的压磁式混凝土绝对应力检测装置制造方法及图纸

压磁式混凝土绝对应力检测装置由应力计和应力仪组成。应力计的传感器之压磁元件由新型磁性材料制成。应力计有温度自动补偿装置。具有准确地直接检测出混凝土绝对应力并立即用数字显示出绝对应力值的优良性能。（*该技术在2008年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术属混凝土应力检测仪器。国内外历来检测圬工结构的混凝土应力的传统方法是先测得应变再换算成应力。现有各种布置在混凝土构件表面的或预埋于混凝土构件内部的应变计，不论这些应变计的工作原理和性能如何，都不能直接检测出混凝土的应力。1950年，美国混凝土学会顾问工程师R·W·卡尔逊与人合作研制出一种液压式混凝土应力计。基本上是双膜压力盒的变形。这种应力计预埋于混凝土内，混凝土的应力传递到外膜板上，外膜板变形改变了水银腔的液压，使得内膜板变形，将此变形用一固定在应力计后底板中央的差动式应变计检测出来，根据预埋前应力计裸露加载标定曲线查找和计算出混凝土应力来。试验结果证明，这种应力计确能直接检测出混凝土应力来。但由于其受到依赖于膜板挠曲变形来工作的检测方式的限制，使其有刚度小，尺寸大，不能进行温度补偿等一系列缺点，至今不能推广使用。1985年武汉工业大学激光研究所宣布研制成一种光纤式混凝土应力计，其埋入混凝土内的传感头是由环氧树脂一类的光弹材料制成，外形为3×3×6mm棱柱体。这种应力计由于其刚度无法与混凝土相匹配等原因，不论裸露加载标定情况如何，也不能准确地检测到混凝土绝对应力。实际上，这种光纤式混凝土应力计并未研制成功。南京生产的国内广泛使用的DI-10和DI-20型电阻应变计，也不能直接检测出混凝土绝力应力值，也需通过换算。所以可以说，国内外尚无实际使用的可直接检测混凝土绝对应力的应力计。本专利技术的目的就在于研制出一种由预埋于混凝土构件中的混凝土绝对应力计(亦称混凝土绝对应力传感器)及其配套的应力仪组成的检测装置，适用于各种弹性模量，各种应力水平，各种断面尺寸和各种环境温度的混凝土构件，可以可靠地、长期地随时直接检测到混凝土绝对应力值，并用数字直接显示出来。本专利技术的要点是，本装置由应力计与应力仪组成，应力计由膜板、压磁元件(亦称应力敏感元件)、温度补偿元件及差动式前置放大单元(亦称前置头)组成。压磁元件为专门研制出的磁性材料制作的磁芯和磁套组成。磁芯上绕有线圈，磁芯和磁套构成一个闭合磁路。压磁元件被夹持在两块对称膜板所形成的内腔中央，压磁元件与膜板间的空隙处有温度补偿元件，压磁元件与温度补偿元件由电缆与差动式前置放大单元连接。应力仪由恒流源、信号调整单元、数据处理单元及数字显示等组成。前置放大单元由电缆与应力仪连接。当混凝土应力通过膜板直接传送给磁芯，使磁芯沿轴向受力时，磁芯的磁导率将发生变化，引起磁芯和磁套构成的磁路之磁阻发生变化，由此引起线圈两端之电压发生变化。这个电压变化与混凝土应力的大小有一定的相关关系。这个电压变化信号经前置放大单元预处理后，输入应力仪，再经信号调整、数据处理，然后用数字显示出混凝土的绝对应力值来。即是说，本装置可准确地直接检测并用数字显示出混凝土的绝对应力值。下面结合附图详细说明之。附图说明图1为检测装置框图。1为压磁元件(亦称应力敏感元件)，2为温度补偿元件，3为差动式前置放大单元(亦称前置头)4为平衡调节，5为灵敏度调节，6为恒流源，7为信号调整单元，8为数据处理单元，9为数字显示，10为打印控制，11为外部磁带机，12为外部打印机。图2为压磁式混凝土绝对应力计的传感器示意图。13为磁芯，14为线圈，15为磁套，16为翼缘，17为温度补偿元件，18为电缆，19为膜板，20为装配螺钉，21为空隙。图3为温度补偿电路框图。22为温度补偿元件灵敏度适调电阻，23为温度补偿元件，24为敏感元件感抗。图4为前置放大单元电路框图。25、26为预放级，27、28为精密检波级29为差动放大级。图5为恒流源电路框图。29为晶体振荡器，30为窄带滤波器，31为恒流功率放大器，32为自动增益控制电路，33为基准。图7为应力仪框图。34为信号源，35为分频，36为故障指示，37为多路开关，38为有源滤波，39为通道切换信号，40为控制开关，41为前置头电源指示，42为电源，43为打印接口，44为单位转换。图8为前置头电路原理图。图9为电源单元电路原理图。图10为恒流源电路原理图。图11为依号调整单元电路原理图。图12为打印控制单元电路原理图。磁芯13和磁套15是用专门研制的一种新型磁性材料制成。此种材料以镍铁为基体，添加少量的铬硅和锰等微量元素制成。配合比以Ni63～66%Cr2.7%，Si≤0.3%，Mn≤0.5%，其余为Fe为最佳。此种材料导磁率高，饱和磁致伸缩系数大，物理性能也好，具有满足应力计需要之压磁效应。此种材料的研制成功，解决了应力计压磁元件的关键问题，使得压磁元件输出灵敏度大、重复性好、非线性误差小、变形刚度大、屈服极限高、可以加工成需要的薄片形状。为研制成的应力计，在力学和电磁学两方面都具备良好的性能打下了基础。此种材料属国内首创。压磁元件制成园形，周边有翼缘16及槽，槽中绕有线圈14，磁套15套在周边上，温度补偿元件17置于磁芯附近之空隙21处，温度补偿元件17与磁芯13中的线圈14与前置头3相连。压磁元件被两块对称膜板19夹持紧固在膜板形成的内腔中。膜板由高弹材料制成，以45Cr最好。膜板由装配螺钉20紧固，其紧固程度可给予磁芯13以适当之预应力。此预应力可使得应力计在满量程内，都能在标定曲线线性较好的区段内工作。同时也使应力计各部分受力元件之间相互位置不动，消除了接触非弹性变形，增加了稳定性，减少了滞后误差。采用这种结构，传感器中央部份近似实心，刚度大，传感器的等效弹性换量比液压式应力计等依靠膜板挠曲变形来工作的应力计大得多，大大高于混凝土的弹性模量，使得传感器与各种混凝土之间刚度匹配误差趋于一致便于作系统校正。也使得传感器工作量程高，抵抗破坏能力强。传感器可以作成圆形薄板形状和尺寸，具备最佳的直径与厚度比值。此种结构对混凝土的非应力变形，徐变和弹性模量差异极不敏感。模板中央部分对应力敏感，而边缘部分不敏感，极大地消除了传感器埋入混凝土后，边缘应力集中引起的测量误差，克服了技术难点。传感器温度补偿元件17以用高强漆包线制成为最佳材料，温度补偿元件灵敏度适调电阻22则采用康铜丝制作。在温度补偿电路中，Rt23的温度系数大于ZL24，且二者都是线性温度系数，Rt经过R1、R2的调整，当温度变化时，电路中a、b两点的电压增量关系是△Va＝△Vb。这两个相等的电压增量，分别经过相同的放大、检波、滤波后至差动放大器进行相减运算后将其抵消掉，达到自动进行温度补偿之目的。经过温度补偿后，前置头3只将由应力变化引起的电压信号输入应力仪中。应力计在裸露加载标定的时候，则利用前置头3的平衡电路固定初始状态，再通过灵敏度适调电阻22调节并固定应力计之灵敏度。经上述前置头3预处理后，每个应力计的输入输出曲线都具有相同的零点和斜率。应力仪主要包括恒流源单元电路，信号调整单元电路，打印控制单元电路，电源电路以及数字显示电压表等几部分，电路设计以集成电路为主，如运算放大器IC、数字IC、集成稳压器等，采用精密电阻电容元件，针式接插件等，以提高整机精度和可靠性并利用亮度LED数码管显示，信号源取自晶体振荡器，经分频滤波后供给恒流源放大器，由恒流源放大器对信号分两路放大，输出两路同步恒定、稳频稳幅的正弦交流恒流源，然后分别到应力计的力敏感元件和温度补偿元件。前置头对应力传感部分的信号调本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种有力敏感元件和温度补偿元件的预里式应力计，其特征在于传感器由两块模板（１９）和作为应力敏感元件的磁芯（１３）构成，磁芯（１３）置于两块模板形成的腔中，磁芯（１３）旁置温度补偿元件（１７），磁芯（１３）绕有线圈（１４），该线圈（１４）和温度补偿元件（１７）用电缆（１８）和前置头（３）连接，前置头和应力仪用电缆连接。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：张力，刘亚蒙，
申请(专利权)人：交通部重庆公路科学研究所，
类型：发明
国别省市：85[中国|重庆]