[发明专利]双音叉形弹性体引伸仪及其测量方法

摘要

本发明公开了一种双音叉形弹性体引伸仪及其测量方法。该引伸仪包括传感器、定位板和标准器。传感器由两个音叉形弹性体和一个中间连接杆构成组合弹性体。每一音叉形弹性体的U形叉上有4枚电阻应变计组成测量电桥；两叉柄上各有2枚电阻应变计，这4枚电阻应变计组成一个测量电桥。两U形叉分别构成两个径向引伸传感器；两音叉形弹性体与中间连接杆配合，组成一个消偏心轴向引伸传感器。轴向引伸传感器和径向引伸传感器分别用普通轴向引伸仪标定器和标准圆柱体标定。测量时，利用定位板将传感器安装在被测试样上，并自动设定轴向标距。对被测试样施加轴向载荷，轴向引伸传感器和两个径向引伸传感器分别实时输出试样的轴向变形信号和直径变化信号。

主权项

双音叉形弹性体引伸仪，其特征是包括传感器(S)、定位板(P)和标准器三部分，其中传感器(S)由一个三U形组合弹性体(0)、四个夹持刃块(7)、四枚紧定螺钉(8)、两根圆柱杆(9)、四枚调整螺钉(10)和十二枚单轴电阻应变计R₁～R₁₂组成；三U形组合弹性体(0)包括两个音叉形弹性体(1)和一个中间连接杆(2)，并且具有一个纵向对称面，x‑y面，和一个横向对称面，x‑z面；每个音叉形弹性体(1)的结构分为U形叉(11)和叉柄(1_c)两部分；U形叉(11)由基座(1_b)和与基座(1_b)两端固联的两根变截面悬臂梁(1_a)组成；变截面悬臂梁(1_a)从自由端a到根部c分为头部ab和颈部bc两段，头部ab段的横截面面积大于颈部bc段的横截面面积；基座(1_b)的横截面面积也大于颈部bc段的横截面面积；头部ab和基座(1_b)对坐标轴y的弯曲刚度大于颈部bc段对坐标轴y的弯曲刚度；叉柄(1_c)为一等截面直梁，其横截面面积小于变截面悬臂梁(1_a)颈部bc段的横截面面积；叉柄(1_c)对坐标轴z的弯曲刚度小于变截面悬臂梁(1_a)颈部bc段对坐标轴y的弯曲刚度；中间连接杆(2)为一刚性直杆，其两端分别与两个音叉形弹性体(1)的叉柄(1_c)的根部刚性连接；三U形组合弹性体(0)在纵向对称面x‑y内的投影轮廓，是一个形状对称的梯形槽，梯形槽的槽口宽度W大于槽底宽度w；在三U形组合弹性体(0)的整体结构中，两个叉柄(1_c)对于坐标轴x的扭转刚度小于其它部分对于坐标轴x的扭转刚度；变截面悬臂梁(1_a)在靠近自由端a处加工有一个矩形通孔(3)，矩形通孔(3)的轴线与U形叉(11)的对称轴垂直相交；自由端a的端面上垂直加工有一个螺纹孔(4)，螺纹孔(4)与矩形通孔(3)联通；两根变截面悬臂梁(1_a)上的矩形通孔(3)处于同轴位置；在变截面悬臂梁(1_a)的矩形通孔(3)和截面b之间，同轴加工有一个螺纹沉孔(5)和一个圆柱形通孔(6)，螺纹沉孔(5)位于U形叉(11)的外侧，圆柱形通孔(6)位于U形叉(11)的内侧，螺纹沉孔(5)的螺纹根径大于圆柱形通孔(6)的直径；两根变截面悬臂梁(1_a)上的螺纹沉孔(5)和圆柱形通孔(6)处于同轴位置；四个夹持刃块(7)均为带有直线刀刃的硬质块体，形状和尺寸相同；四个夹持刃块(7)分别与U形叉(11)上的四个矩形通孔(3)配合，并利用与螺纹孔(4)相配合的紧定螺钉(8)的固紧作用，安装在音叉形弹性体(1)上；每一音叉形弹性体(1)上的两个夹持刃块(7)在U形叉(11)的内侧形成一副夹持刀口，用于夹持被测试样(T)；每副刀口的两条刀刃线相互平行，且与U形叉(11)的U形平面平行，刀口的原始间距S₀小于被测试样T的直径d；两根圆柱杆(9)的形状和尺寸相同，其长度l满足M＞l＞m+2n，其中，m为U形叉(11)上两个变截面悬臂梁(1_a)的间距，n为圆柱形通孔(6)的深度，M为U形叉(11)的宽度；两根圆柱杆(9)以间隙配合方式分别安装在两个U形叉(11)的圆柱形通孔(6)内，并且可以在圆柱形通孔(6)内轴向滑动；四枚调整螺钉(10)的结构和尺寸相同，分别与四个螺纹沉孔(5)配合，安装在U形叉(11)上；每一U形叉(11)上的两枚调整螺钉(10)分别与圆柱杆(9)的两个端面接触配合，通过旋动调整螺钉(10)，可以改变U形叉(11)的刀口间距；十二枚单轴电阻应变计R₁～R₁₂中，R₁和R₂分别粘贴在一个音叉形弹性体(1)叉柄(1_c)部分的上、下两侧，R₅～R₈分别粘贴在该音叉形弹性体U形叉(11)的bc段的内外两侧，R₅和R₇位于该U形叉(11)的内侧，R₆和R₈位于该U形叉(11)的外侧；R₃和R₄分别粘贴在另一个音叉形弹性体(1)叉柄(1_c)部分的上、下两侧，R₉～R₁₂分别粘贴在该音叉形弹性体U形叉(11)的bc段的内外两侧，R₉和R₁₀位于该U形叉(11)的内侧，R₁₁和R₁₂位于该U形叉(11)的外侧；R₁～R₁₂的栅轴均与音叉形弹性体(1)的轴线平行；电阻应变计R₁、R₂、R₃和R₄由导线连接，组成第一测量电桥B₁；电阻应变计R₅、R₆、R₇和R₈由导线连接，组成第二测量电桥B₂；电阻应变计R₉、R₁₀、R₁₁和R₁₂由导线连接，组成第三测量电桥B₃；带有第一测量电桥B₁的两个音叉形弹性体(1)与中间连接杆(2)构成一个轴向变形引伸传感器；带有第二测量电桥B₂的音叉形弹性体(1)和带有第三测量电桥B₃的音叉形弹性体(1)分别构成两个独立的横向变形引伸传感器；定位板(P)包括矩形基板(19)和位于矩形基板(19)同一侧面的两副定标距槽(18)及一个螺纹座(14)；矩形基板(19)的长边平行于坐标轴y；两副定标距槽(18)的形状和尺寸相同，二者均由垂直于矩形基板(19)的突肩(12)和突台(13)与矩形基板(19)围绕而成；两副定标距槽(18)分设于矩形基板(19)的上侧和下侧，且均平行于x‑z面；两副定标距槽(18)的中心距L₀等于被测拉伸试样(T)的原始标距；每副定标距槽(18)在突台(13)上开有一个V形槽(16)，两个V形槽(16)的形状和尺寸相同，且处于同轴位置，其轴线平行于y轴；螺钉座(14)位于两副定标距槽(18)之间，其上加工有平行于z轴的螺纹孔(17)；V形槽(16)和螺钉座(14)分别靠近矩形基板(19)的两个长边，V形槽(16)的口朝向螺钉座(14)，螺钉座(14)的轴线与V形槽(16)的轴线垂直相交；锁紧螺钉(15)与螺纹孔(17)配合，安装在螺钉座(14)上；定位板(P)用于传感器(S)在被测试样(T)上的安装定位；标准器由直径值分别为d₁，d₂，……，d_N的一组标准圆柱体组成，d₁<d₂，<…，<d_N；其中，最小直径d₁大于传感器(S)夹持刀口的原始间距S₀；标准器用于横向变形引伸传感器的校准。