一种将外力测量转化为内力测量的测力方法及其测力装置与流程

本发明涉及工程技术领域，特别是一种将外力测量转化为内力测量的测力方法及其测力装置。

背景技术：

测力传感器通常将力转换为正比于作用力大小的电信号，使用方便。在所有力传感器中，应变式传感器应用最为广泛，能应用于从极小到很大的动静态力的测量，且测量精度高。测力传感器尤其是柱形应变式传感器广泛用于工程实际荷载测量中，其在弹性范围内承担的外力与变形成正比关系，然而任何测力原件的弹性都是相对的，一般只在一定范围内成线性关系，超过弹性极限则应力应变关系为曲线，因而任何测力传感器都是具有一定量程的，超过该量程一定范围虽然有电信号反馈，但已不能满足测试精度，无法进行有效测试，甚至可能会出现损毁测试传感器的情况。由于工程实际荷载的多样性，为准确测量不同的外荷载需采用不同量程的传感器，为此，中国专利申请号：201020544369.6开发了一种组合式传感器测力装置，通过将三个标准传感器并联使用的方式，可以很好地解决大量程检测困难的问题。然而，该方法仍然需要多个小量程传感器进行并联。结构力学中，外荷载作用下各杆件内力按刚度进行分配的原理，可用于开发一种将外力测量转化为内力测量的测力装置，充分利用已有的具有特定量程的测力传感器测试量程范围以外的测量值。

技术实现要素：

本发明的目的是要解决现有技术问题的不足，提供一种将外力测量转化为内力测量的测力方法及其测力装置，通过既有测力传感器和辅助弹性元件组合形成测试系统，以满足不同测力需求，能够及时有效地满足工程现场的测试需求，而无需为了特定的测试目的而采购新的传感器。

为达到上述目的，本发明是按照以下技术方案实施的：

一种将外力测量转化为内力测量的测力方法，包括以下步骤：

1）对待进行测量的外荷载进行估算，确定测量外荷载所需的量程；

2）在用于测量外荷载的测力装置中嵌入测力传感器，使得外荷载不直接由测力传感器全部承担，测力传感器仅承担其中转换的一部分内力；

3）安装完成后，采用已知重量的重物或者荷载对整个测力装置进行标定；

4）将外荷载作用在测力装置上，通过读取测力传感器读数并与标定时的已知重量的重物的重量进行比例换算得到外荷载的大小以完成将外荷载转换成内力来进行测量的目的。

一种将外力测量转化为内力测量的测力装置，包括顶板、底板、可更换的弹性承力杆件以及测力传感器，所述可更换的弹性承力杆件设置为若干个且均匀地垂直分布在所述顶板和底板之间，所述顶板和底板的同一侧均开有通孔，顶板和底板的通孔相对应，测力传感器的末端连接有第一螺杆，第一螺杆的一端用锁紧螺母与测力传感器的末端连接，所述第一螺杆的另一端嵌入底板上的通孔内并用两个锁紧螺母固定，所述测力传感器的顶端连接有第二螺杆，第二螺杆的一端用锁紧螺母与测力传感器的顶端连接，所述第二螺杆的另一端嵌入顶板上的通孔内并用两个锁紧螺母固定。

进一步的，所述可更换的弹性承力杆件的两端设有外螺纹，可更换的弹性承力杆件的一端贯穿顶板、另一端贯穿底板，可更换的弹性承力杆件的一端用两个螺栓固定在顶板内、可更换的弹性承力杆件的另一端用两个螺栓固定在底板内。

在测试过程中外荷载作用在可更换的弹性承力杆件上，实际上是将既有测力传感器嵌入到一个临时加工的结构上，测力传感器依据与其他可更换的弹性承力杆件的刚度关系分配内力，把外力的测量转化成结构构件的内力测量，即测力传感器只需承担外荷载的一部分，通过标定可以确定整个测量装置的量程放大系数；顶板和底板的刚度需远大于可更换的弹性承力杆件的刚度。

与现有技术相比，本发明的本发明有益效果：

本发明构思巧妙，利用了外荷载作用下内力主要依据各构件刚度分配的原理，将外荷载的测量转化成了结构内力的测量，巧妙的利用与既有传感器刚度相近的杆件分担外荷载，使既有传感器承担的外力不超过其量程，从而使测试系统整体的量程增大，增大了既有测力传感器的使用范围。该装置制作加工简单，测试方法简单易行，操作方便。

附图说明

图1为本发明的剖视图；

图2为本发明的俯视图。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步描述，在此发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

本发明的一种将外力测量转化为内力测量的测力方法，包括以下步骤：

1）对待进行测量的外荷载进行大致估算，确定测量外荷载所需的大致量程；

2）在用于测量外荷载的测力装置中嵌入测力传感器，使得外荷载不直接由测力传感器全部承担，测力传感器仅承担其中转换的一部分内力；

3）安装完成后，采用已知重量的重物或者荷载对整个测力装置进行标定；

4）将外荷载作用在测力装置上，通过读取测力传感器读数并与标定时的已知重量的重物的重量进行比例换算得到外荷载的大小以完成将外荷载转换成内力来进行测量的目的。

如图1、图2所示，给出了一种将外力测量转化为内力测量的测力装置，包括顶板2、底板1、可更换的弹性承力杆件3以及测力传感器5，所述可更换的弹性承力杆件3设置为若干个且均匀地垂直分布在所述顶板2和底板1之间，所述顶板2和底板1的同一侧均开有通孔9，测力传感器5的末端连接有第一螺杆7，第一螺杆7的一端用锁紧螺母6与测力传感器5的末端连接，所述第一螺杆7的另一端嵌入底板1上的通孔9内并用两个锁紧螺母6固定在底板1上，所述测力传感器5的顶端连接有第二螺杆8，第二螺杆8的一端用锁紧螺母6与测力传感器5的顶端连接，所述第二螺杆8的另一端嵌入顶板2上的通孔9内并用两个锁紧螺母6固定在顶板2上。

为了便于安装、更换和调节可更换的弹性承力杆件3，所述可更换的弹性承力杆件3的两端设有外螺纹，可更换的弹性承力杆件3的一端贯穿顶板2、另一端贯穿底板1，可更换的弹性承力杆件3的一端用两个螺栓4固定在顶板2内、可更换的弹性承力杆件3的另一端用两个螺栓4固定在底板1内。由图1中可以看出，由于在顶板2和底板1内外侧均布置有螺栓4，因而该测力装置可以双向承载，能够满足测压或测拉的需求。

使用上述将外力测量转化为内力测量的测力装置进行测力时：

1）对待进行测量的外荷载进行大致估算，确定测量外荷载所需的大致量程；

2）在顶底板上，安装测力传感器以及数量适宜的可更换的弹性承力杆件，确保测力传感器承担的外荷载不超过自身的量程；

3）安装完成后，通过已知重量的重物进行加载读取测力传感器上的读数并记录的方式对整个测试系统进行标定；

4）进行外荷载的测量，通过读取测力传感器读数并与标定时的已知重量的重物的重量进行比例换算得到外荷载的大小以完成将外荷载转换成内力来进行测量。

本装置使用时，由于顶板2和底板1刚度较大，可更换的弹性承力杆件3与测力传感器5刚度相近，在外荷载作用下，顶板2和底板1产生一定相对位移，此时各可更换的弹性承力杆件3以及测力传感器5变形量相同，此时各可更换的弹性承力杆件3承担的外荷载与自身的刚度成正比，通过标定可以得到整个测试系统的放大系数，实际测量过程中可根据测力传感器5测量值与放大系数的乘积得到外荷载的实际测量值。

本发明的技术方案不限于上述具体实施例的限制，凡是根据本发明的技术方案做出的技术变形，均落入本发明的保护范围之内。