专利名称：杠杆式管道涂层耐划伤性能测试仪的制作方法
技术领域：
本实用新型是一种适用于管道防腐层耐划伤性能测试的杠杆式管道涂层耐划伤性能测试仪。涉及金属材料的一般防蚀、其它类不包括的测试和管道系统技术领域。
背景技术：
管道外防腐层是长输管道免受外界环境对管道造成腐蚀的最重要手段之一。近年来对在役管道进行开挖检测时，发现诸多由于防腐层失效所导致的管体腐蚀现象。快速的腐蚀不但影响了管道的质量和使用寿命，而且给生产运行管理留下了巨大的安全隐患。因此，迫切需要在管道建设时期提高现场及实验室的防腐质量检测水平，对防腐层相关性能进行科学有效的评价，以保证管体埋地后的防腐质量，防范于未然。在实际施工过程中不可避免地会发生管道外防腐层的机械损伤，特别是由于外力所造成不同程度的划伤，因此对管道外防腐层耐划伤性进行分析研究是保证管道防腐质量和寿命的关键点。为此，有必要在实验室研制一套用以准确评估防腐层耐划伤性能的测试设备用以评估防腐层耐划伤性能。目前国外的相关测试方法主要有国际标准ISO 1518 :1992《漆膜和清漆刮痕测试》(International standard ISO 1518:1992 E Paints and varnishes-Scratch test)和美国腐蚀工程师协会标准NACE STG35/TG034《管道外涂层耐划伤测试》(NACE STG35/TG034Gouge test external pipeline coatings)。国内的耐划伤测试方法主要有QCNPC 38-2002《埋地钢质管道双层熔结环氧粉末外涂层技术规范》、SY/T 4113-2007《防腐涂层的耐划伤试验方法》，它们对涂层的耐划伤性能试验方法进行了详细的规定，但是都没有对测试仪器进行描述。CN1395087A公开了一种防腐涂层耐划伤测试装置，它虽可对防腐涂层进行一般的耐划伤测试，但它是手动测试，且测试范围较窄。
实用新型内容本实用新型的目的是设计一种适应于不同管径、不同壁厚和不同防腐层结构、方便易行、测试自动、连续、及时、耐用、维护率低的测试的杠杆式管道涂层耐划伤性能测试仪。本实用新型由机械和电子部分组成。机械部分的构成如图I-图3所示，主要部件包括测试平台、划伤头、杠杆配重加载机构、传动机构四部分。传动机构安装在测试平台的一边，杠杆配重加载机构安装在测试平台的中部，划伤头安装在测试平台的另一边。具体包括测试平台I、步进电机2、可调节支架3、杠杆4、试验滑动台5、活动支撑架
6、压力传感器及划伤头固定块7、配重8、导轨9、手轮I 10、支撑架11、固定螺栓12、可调螺丝13、丝杠14、联轴器15、连接轴16、螺母17、可调螺栓18和手轮II 19。步进电机及连轴器2安装在测试平台I的图I所示方向(以下同)的左边，安装有杠杆4并向测试平台I右边伸出的可调节支架3安装在测试平台I的中部，测试平台I右边的杠杆4之下有安装在试验滑动台5上的活动支撑架6，在杠杆4上安装有压力传感器及划伤头固定块7和配重8。所述测试平台I为矩形体，其底部四角各有一可调螺丝13，使用钢架结构，以保证测试时的稳定性；所述杠杆4为矩形条，与可调节支架3的安装是在杠杆4的端头固连一矩形块并在矩形块上有横向的连接轴16，连接轴16插入可调节支架3两侧的矩形孔内；所述传动部分包括步进电机2和联轴器15，联轴器15将步进电机2与丝杠14连接，丝杠14从两导轨9之间伸至测试平台I的另一侧，用以输出稳定的划伤速率，以保证测试标准要求的划伤速度；所述杠杆配重加载机构包括可调节支架3、杠杆4、试验滑动台5、活动支撑架6 ;位于测试平台I中部的可调节支架3活动连接杠杆4的一端，杠杆4的另一边搭于安装在试验滑动台5上的活动支撑架6的支撑架11上，活动支撑架6用以支撑杠杆4尾端； 其中可调节支架3为“闩”形结构，在门内的横支板上置的矩形块与杠杆4 一端固连，杠杆4端的两侧面各有一连接轴16伸进两门框上的长条孔内，成转动连接，矩形块的上面有螺孔与伸出门上的带螺杆的手轮II 19配合，摇动手轮II 19能将杠杆4端上下移动；可调节杠杆高度，通过不同高度的调节以保证不同厚度样品测试时划伤头始终垂直于试件表面；活动支撑架6固定在测试平台I上，与支撑架11构成门形架；支撑架11与活动支撑架6转动连接并其一端固连有手轮I 10 ;支撑架11为板条形；所述划伤头包括压力传感器及划伤头固定块7，压力传感器及划伤头固定块7安装在杠杆4上；有固定螺栓12的配重8安装在杠杆4的另一端；配重8和杠杆4结构用于固定划伤头结构及配重；所述导轨9及测试平台I结构为在测试平台I两边上表面有两条平行的导槽，试验滑动台5固定于双平行直线导轨9的上部；试验滑动台5为“槽”形向下的平台，两槽腿下端外侧有与“工”字形导轨9配合的缺口，试验滑动台5的右端固连有螺母17与丝杠14配合；导轨9横截面上部为向下开口的六边形，开口边向外下滑过渡到下方座，这样的结构增加了滑动平台的稳定性。加载部分通过滑杆给划块部分一个可以测量的正压力，该力垂直于正下方的测试样品表面。重物直压下的杠杆4上要可夹装不同尺寸的划针，划针在所规定的压力和样品位移条件下对测试样品表面产生破坏性划痕。测试样品被固定在测试平台I上，通过控制部分对试验的测试参数进行调节后，测试平台I由传动部分来完成划伤的过程，整个台架可根据测试样品形状的不同进行调节。本测试仪能在同一测试样品的不同位置多次测量，具有操作简单、压力准确稳定、重复性强等特点，能够更为高效、准确、客观地反映实验数据，提供评价测试涂层的耐划伤性能好坏。本实用新型的电路部分的原理框图见图4。划伤探头上的压力传感器输出接A/D转换器，A/D转换器的输出接控制器的输入，控制器的输出接步进电机控制器的输入，步进电机控制器的输出接步进电机；控制器有键盘、存储器、串口和并口 ；电源模块接控制器。串口和并口为接口模块；压力传感器和A/D转换器为配重数据采集模块；有键盘、存储器的控制器为测控模块。[0019]划伤探头上的压力传感器将测得的信号经A/D转换器转换为数字信号后输给控制器，经控制器后控制步进电机；电源模块为控制器供电。所述配重数据采集电路如图5所示，以选用AD7781/20Bits为例，P5的第四管脚与压力传感器相连接，用于接收压力变换时的电压，管脚3与数字地相接，2、3管脚分别与数模转换器U7的5、6管脚相接，用于修正电压值；U7为采集电路的核心芯片数模转换器，管脚I与单片机的时钟接口相接，管脚2用于输出压力的数字信号，与单片机AD DOUT管脚相接；管脚7与参考电压相接，管脚11接入5V的工作电压；所述电压模块电路如图6所示，以选用MC7805ACT为例，JPl为交流电接口，为系统供220V的交流电压；U10为测控系统电压电路，主要功能是将220V交流电压转换为5V的直流电压，为数字模块提供电压；所述USB接口转串口通信模块如图7所示，以选用CP2102为例，U3中管脚4、5分别与USB接口的管脚4、3输入、输出信号相连接，管脚25、26分别为串口接口提供读信号和
写信号；所述测控单元模块如图8所示，U5以C8051单片机为例，管脚1、2、3、4分别与并口的TMS、TCK、TDI以及TDO管脚相连，用于并口通信写入测控程序；管脚5与系统重启按钮相连接；管脚11与14相连接；管脚12、15、16、17与参考电压VREF连接；管脚26、27分另IJ与晶振相连接，用以提供时钟信号；管脚29-36分别与4*4的键盘连接；管脚37用于输入所需的3. 3V直流电压；管脚39、40分别与步进电机相连，用于提供电机的驱动信号及方向信号；管脚43-46分别与AD转换器AD_FILTER、AD_GAIN、AD_DOUT、AD_SCLK管脚相连；管脚50-54 分别与 LCD 液晶屏的 LCD_RD、LCD_CS、LCD_RST、LCD_AO、LCD_WR 管脚相连，管脚 65-72分别与IXD的D0-D7连接，用以控制液晶屏显示；管脚59、60分别与EEPROM的SCL、SDA管脚相连，用于控制存储器的读取；管脚73-80与步进电机各驱动口相接，用于提供电机的时钟信号；管脚81-88和管脚91-98分别与预留接口相接。本实用新型为管道防腐层耐划伤性能提供一种专用的自动化测试仪器，能够减小试验人员劳动强度，提高工作效率。将自动化技术应用于阴极剥离试验中，实现自动实时在线监测，且成本较低。该测试系统具有自动、连续、及时的特点，能够准确及时掌握耐划伤测试时的状态，数据准确性、复现性高，为测试结果提供更为科学、客观准确的依据。该设备具有操作简单、耐用、维护率低等优点。
图I杠杆式管道涂层耐划伤性能测试仪机械部分正视图图2杠杆式管道涂层耐划伤性能测试仪机械部分俯视图图3杠杆式管道涂层耐划伤性能测试仪机械部分侧面图图4杠杆式管道涂层耐划伤性能测试仪电原理框图图5配重数据采集电路图图6电源模块电路图图7接口模块电路图图8测控模块电路图其中I-测试平台 2-步进电机[0034]3-可调节支架4-杠杆5-试验滑动台6-活动支撑架7-压力传感器及划伤头固定块8-配重9-导轨10-手轮I11-支撑架12-固定螺栓13-可调螺丝14-丝杠 15-联轴器16-连接轴17-螺母18-可调螺栓19-手轮 II
具体实施方式
实施例.本例是一实验样机，其构成如图I和图2所示。包括测试平台I、步进电机2、可调节支架3、杠杆4、试验滑动台5、活动支撑架6、压力传感器及划伤头固定块7、配重8、导轨9、手轮I 10、支撑架11、固定螺栓12、可调螺丝13、丝杠14、联轴器15、连接轴16、螺母17、可调螺栓18和手轮II 19。步进电机及连轴器2安装在测试平台I的一边，安装有杠杆4并向测试平台I另一边伸出的可调节支架3安装在测试平台I的中部，测试平台I另一边的杠杆4之下有安装在试验滑动台5上的活动支撑架6，在杠杆4上安装有压力传感器及划伤头固定块7和配重8。耐划伤测试仪底箱尺寸为1000mm*259mm*205mm ;测试平台尺寸为600mm*250mm ；导轨尺寸为470mm*16mm*6mm ;杠杆尺寸为970mm*55mm ;滑动平台尺寸为250mm*95mm ;丝杠尺寸直径为20mm,长度为500mm ;杠杆支点可调支架尺寸为270mm*80mm*130mm ;支持架长度为147mm,直径为16mm。本例的电路部分的原理框图见图4。划伤探头上的压力传感器输出接A/D转换器，A/D转换器的输出接控制器的输入，控制器的输出接步进电机控制器的输入，步进电机控制器的输出接步进电机；控制器有键盘、存储器、串口和并口 ；电源模块接控制器。串口和并口为接口模块；压力传感器和A/D转换器为配重数据采集模块；有键盘、存储器的控制器为测控模块。配重数据采集电路如图5所示，电压模块电路如图6所示，USB接口转串口通信模块如图7所示，测控单元模块如图8所示。选用的元器件如图所示。本例的具体技术参数如下I.适应管径试件0 IOOrnm ~ 1524mm;2.适应试件壁厚6 30_ ；3.适应涂层类型单层FBE、双层熔结环氧粉末、三层PE ；4.适应试件钢管螺旋焊缝钢管、直焊缝钢管和无缝钢管；5.试件最大尺寸200 X 200mm ;6.最大加载配重100kg ；7.试件移动速度200 300mm/mi η ；8.工作环境温度-10 45°C。本例经试验，实现了自动实时在线监测，且成本较低。该测试系统具有自动、连续、及时的特点，能够准确及时掌握耐划伤测试时的状态，数据准确性、复现性高。该设备操作 简单、耐用、维护率低，能够减小试验人员劳动強度，提高工作效率。
权利要求1.一种杠杆式管道涂层耐划伤性能测试仪,它由机械部分和电路部分组成,机械部分主要部件包括测试平台、划伤头、杠杆配重加载机构、传动机构四部分；传动机构安装在测试平台的一边，杠杆配重加载机构安装在测试平台的中部，划伤头安装在测试平台的另一边；步进电机及连轴器(2)安装在测试平台(I)的一边，安装有杠杆(4)并向测试平台(I)另一边伸出的可调节支架(3)安装在测试平台(I)的中部，测试平台(I)另一边的杠杆(4)之下有安装在试验滑动台(5)上的活动支撑架￠)，在杠杆(4)上安装有压力传感器及划伤头固定块(7)和配重(8);其特征是杠杆配重加载机构包括可调节支架(3)、杠杆(4)、试验滑动台(5)、活动支撑架￠)，位于测试平台(I)中部的可调节支架(3)活动连接杠杆(4)的一端，杠杆(4)的另一边搭于安装在试验滑动台(5)上的活动支撑架(6)上； 电路部分原理为划伤探头上的压力传感器输出接A/D转换器，A/D转换器的输出接控制器的输入，控制器的输出接步进电机控制器的输入，步进电机控制器的输出接步进电机；控制器有键盘、存储器、串口和并口 ；电源模块接控制器；串口和并口为接口模块；压力传感器和A/D转换器为配重数据采集模块；有键盘、存储器的控制器为测控模块； 划伤探头上的压力传感器将测得的信号经A/D转换器转换为数字信号后输给控制器，经控制器后控制步进电机；电源模块为控制器供电。
2.根据权利要求I所述的杠杆式管道涂层耐划伤性能测试仪，其特征是所述可调节支架(3)为“闩”形结构，在门内的横支板上置的矩形块与杠杆(4) 一端固连，杠杆(4)端的两侧面各有一连接轴(16)伸进两门框上的长条孔内，成转动连接，矩形块的上面有螺孔与伸出门上的带螺杆的手轮11(19)配合。
3.根据权利要求I所述的杠杆式管道涂层耐划伤性能测试仪，其特征是所述配重数据采集电路选用AD7781/20Bits，P5的第四管脚与压力传感器相连接，管脚3与数字地相接，2、3管脚分别与数模转换器U7的5、6管脚相接；U7为采集电路的核心芯片数模转换器，管脚I与单片机的时钟接口相接，管脚2与单片机AD DOUT管脚相接；管脚7与参考电压相接，管脚11接入5V的工作电压；U4为A/D芯片提供4. 096V的参考电压。
4.根据权利要求I所述的杠杆式管道涂层耐划伤性能测试仪，其特征是所述测控模块为U5选用C8051单片机，管脚1、2、3、4分别与并口的TMS、TCK、TDI以及TDO管脚相连，用于并口通信写入测控程序；管脚5与系统重启按钮相连接；管脚11与14相连接；管脚12、15、16、17与参考电压VREF连接；管脚26、27分别与晶振相连接；管脚29-36分别与4*4的键盘连接；管脚37接3. 3V直流电压；管脚39、40分别与步进电机相连；管脚43-46分别与AD 转换器 AD_FILTER、AD_GAIN、AD_D0UT、AD_SCLK 管脚相连；管脚 50-54 分别与 LCD 液晶屏的 LCD_RD、LCD_CS、LCD_RST、LCD_A0、LCD_WR 管脚相连，管脚 65-72 分别与 LCD 的 D0-D7连接；管脚59、60分别与EEPROM的SCL、SDA管脚相连；管脚73-80与步进电机各驱动口相接；管脚81-88和管脚91-98分别与预留接口相接。
专利摘要本实用新型是一种杠杆式管道涂层耐划伤性能测试仪。它包括有测试平台、划伤头、杠杆配重加载机构、传动机构的机械部分和电路部分；传动机构安装在测试平台的一边，杠杆配重加载机构安装在测试平台的中部，划伤头安装在测试平台的另一边；其特征是杠杆配重加载机构位于测试平台(1)中部的可调节支架(3)活动连接杠杆(4)的一端，杠杆(4)的另一边搭于安装在试验滑动台(5)上的活动支撑架(6)上；电路部分为划伤探头上的压力传感器输出依次串接A/D转换器、控制器、步进电机控制器、步进电机。本实用新型适应于不同管径、不同壁厚和不同防腐层结构，测试自动、连续、及时，方便易行、耐用、维护率低。
文档编号G01N3/56GK202599778SQ201220217748
公开日2012年12月12日 申请日期2012年5月15日 优先权日2012年5月15日
发明者李睿, 冯庆善, 刘国豪, 赵吉诗, 赵国星, 李荣光, 冯少广, 张鑫, 段瑞哲, 胡纯, 丁鹤铭, 刘萌萌, 张宏亮, 杨光 申请人:中国石油天然气股份有限公司