用于高温条件下的载荷测量装置的制作方法

本发明涉及一种载荷测量领域，具体涉及一种用于高温条件下的载荷测量装置。

背景技术

在材料的力学性能测试中，载荷测量装置往往是用于测量荷载数值，即结构或构件产生内力和变形的外力及其它因素的数值大小，其中包括测量轴向力及旋转力矩，被广泛应用于各个领域需要机械载荷数据测量的场景。

为了提高载荷测量的准确性，载荷测量装置中会设置一些弹性敏感元件用于测量，但在实际测量过程中，该部分弹性敏感元件会出现发热的情况，发热所产生的热量使该装置输出信号和转换因子漂移，进而使获得数据失真。

技术实现要素：

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种提高测量数据精确性的用于高温条件下的载荷测量装置。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：包括测量元件、测量电桥及载荷传输杆，所述的测量电桥根据测试元件在载荷传输杆动作获得的数据转换得到载荷值，其特征在于：还包括测量室、温度补偿电路及物理冷却机构，所述的载荷传输杆一端为联动端与被测量构件联动配合，另一端作为测量端伸入测试室内并可相对测量室周向转动及轴向移动，所述的测量元件包括弹性件及电阻应变片，所述的弹性件固定于测量端与测量室之间，所述的电阻应变片安装于各弹性件，所述的载荷传输杆相对测量室周向转动或轴向移动时，电阻应变片将弹性件形变转换为电阻数据，经温度补偿电路传输至测量电桥，所述的物理冷却机构设置于测量室内通过接触传导将测量元件进行冷却。

通过采用上述技术方案，为了控制温度对测量元件的影响，本方案从物理补偿及电学补偿的两种方式分别发挥作用，保证测量元件的温度维持在低且稳定的状态中，物理冷却机构通过接触热交换的方式带走测量元件的热量，而温度补偿电路则通过电学补偿的方式根据温度实际数值将电阻应变片获得的数据进行预修正，再传输至测量电桥，两者向组合使获得的载荷值准确值大大提高，此外，选用固定于测量端与测量室之间的弹性件配合电阻应变片所形成测量元件，扩大载荷传输杆动作时产生用于检测的形变幅度，对轴向力及旋转力矩的测量更加灵敏，进一步提高数据获得的准确性，显著提高测试的温度上限。

本发明进一步设置为：所述的弹性件的数量至少为两个，并分别设置载荷传输杆外周，所述的物理冷却机构包括冷却通道及联通通道，所述的冷却通道设置于弹性件内，一端延伸至测量室外侧，另一端延伸至载荷传输杆，至少一个所述的弹性件的冷却通道一个作为供冷却剂进入的冷却进入通道，至少一个所述的弹性件的冷却通道作为供冷却剂流出的冷却流出通道，所述的联通通道设置于载荷传输杆内，并将冷却进入通道及冷却流出通道进行联通。

通过采用上述技术方案，选用弹性件作为冷却剂的流通桥梁，合理利用结构，同时冷却剂从弹性件内部进行热交换，使冷却效率及全面性达到最优，能够在短时间内对测量元件进行降温，避免温度起伏及温度升高所产生的偏差，并合理利用载荷传输杆作为冷却剂的“中转站”，将各弹性件的冷却通道进行联通，输入的冷却剂能够快速输出，结构大大简化，实现冷却剂的快速通过及循环，进一步提高冷却效率，同时也是对载荷传输杆的冷却，避免外界热量从载荷传输杆传递至弹性件产生影响，多方面组合保证温度的稳定性。

本发明进一步设置为：所述的冷却剂为r11冷却剂或r113冷却剂或r114冷却剂或r21冷却剂。

通过采用上述技术方案，由于应用环境为高温低压状态，故选择上述几种冷却剂，性能较优。

本发明进一步设置为：所述的载荷传输杆由套杆及芯杆组成，所述的套杆与芯杆同轴设置并设置有供芯杆插入的插腔，所述的套杆与芯杆之间穿设有是两者同步动作的联动销，所述的芯杆与联动端对应的端部延伸至套杆外并与被测量构件联动配合，所述的弹性件固定于套杆与测量端对应的端部外周，所述的芯杆与被测量构件联动配合的另一端设置有与套杆端面抵配的限位盘。

通过采用上述技术方案，将载荷传输杆分为套杆及芯杆两部分，芯杆一端通过限位盘与套杆端面抵配，另一端与被测量构件联动配合，在被测量构件动作时两者具有更好的安装稳定性，即提高动作同步性，保证测量的准确性，插拔联动销即可实现套杆及芯杆的拆装，操作更为便捷。

本发明进一步设置为：所述的测量室设置有拆装口及封闭拆装口的端盖，该拆装口供工作人员按压限位盘将芯杆从套杆内抽出。

通过采用上述技术方案，拆装口供工作人员按压限位盘将芯杆从套杆相对被测量构件的另一端抽出，提高拆装的便捷性。

本发明进一步设置为：所述的芯杆包括分流部及汇流部，所述的分流部的截面呈十字形，所述的分流部与插腔内壁分别形成四个与不同冷却通道联通的分流通道，所述的汇流部的截面呈圆形，所述的汇流部与插腔内壁形成供不同分流通道联通的汇流通道，所述的分流通道与汇流通道组合构成联通通道。

通过采用上述技术方案，优化结构，在芯杆插入套杆的同时自动形成用于流通冷却剂的联通通道，简化加工结构，当芯杆抽出套杆时插腔为完整的圆筒状，便于清洗。

本发明进一步设置为：所述的测量室呈密封设置。

通过采用上述技术方案，密封的测量室避免杂质进入测量室内，污染测量室内的测量环境。

本发明进一步设置为：各所述的弹性件具有形变的侧面环绕排布有若干个电阻应变片，形成电阻应变片组。

通过采用上述技术方案，多个电阻应变片的形成电阻应变片组，各处形变均会被时刻检测，获得数据更加准确、全面，使各电阻应变片的工作状态同步。

本发明进一步设置为：所述的弹性件的数量为四个，并沿载荷传输杆周向等距排布于载荷传输杆外周。

通过采用上述技术方案，弹性件的数量优选四个，且载荷传输杆周向等距排布于载荷传输杆外周，在保证测量精确度的同时结构较优，可有效消除载荷传输杆和加载装置的活动杆不对中或拉伸实验中试样端面不平行的情况下，测量轴向载荷时横向分量对测量结果的影响。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述。

附图说明

图1为本发明具体实施方式中的主视局部剖视图；

图2为图1的a向剖视图；

图3为图1的b向剖视图；

图4为本发明具体实施方式中温度补偿电路的电路图；

图5为本发明具体实施方式中测量电桥的电路图。

具体实施方式

如图1—图5所示，本发明公开了一种用于高温条件下的载荷测量装置，包括测量元件、测量电桥及载荷传输杆1，测量电桥根据测试元件在载荷传输杆1动作获得的数据转换得到载荷值，还包括测量室2、温度补偿电路及物理冷却机构，载荷传输杆1一端为联动端11与被测量构件联动配合，另一端作为测量端12伸入测试室内并可相对测量室2周向转动及轴向移动，测量元件包括弹性件3及电阻应变片31，弹性件3固定于测量端12与测量室2之间，电阻应变片31安装于各弹性件3，载荷传输杆1相对测量室2周向转动或轴向移动时，电阻应变片31将弹性件3形变转换为电阻数据，经温度补偿电路传输至测量电桥，物理冷却机构设置于测量室2内通过接触传导将测量元件进行冷却，为了控制温度对测量元件的影响，本方案从物理补偿及电学补偿的两种方式分别发挥作用，保证测量元件的温度维持在低且稳定的状态中，物理冷却机构通过接触热交换的方式带走测量元件的热量，而温度补偿电路则通过电学补偿的方式根据温度实际数值将电阻应变片31获得的数据进行预修正，再传输至测量电桥，两者向组合使获得的载荷值准确值大大提高，此外，选用固定于测量端12与测量室2之间的弹性件3配合电阻应变片31所形成测量元件，扩大载荷传输杆1动作时产生用于检测的形变幅度，对轴向力及旋转力矩的测量更加灵敏，进一步提高数据获得的准确性，显著提高测试的温度上限，在本发明具体实施中，如图3所示，测量电桥即通过惠斯通电桥原理，测量电阻应变化的电阻变化的电阻测量电桥，为一种通用电路，该电路结构简单，准确可靠，可适用于对温度值漂移大的敏感元件进行温度补偿，如图4所示，温度补偿电路为热敏电阻根据温度变化的特性所形成的补偿电路，为一种通用电路，常见的有电桥补偿法。

弹性件3的数量至少为两个，并分别设置载荷传输杆1外周，物理冷却机构包括冷却通道4及联通通道13，冷却通道4设置于弹性件3内，一端延伸至测量室2外侧，另一端延伸至载荷传输杆1，至少一个弹性件3的冷却通道4一个作为供冷却剂进入的冷却进入通道，至少一个弹性件3的冷却通道4作为供冷却剂流出的冷却流出通道，联通通道13设置于载荷传输杆1内，并将冷却进入通道及冷却流出通道进行联通，选用弹性件3作为冷却剂的流通桥梁，合理利用结构，同时冷却剂从弹性件3内部进行热交换，使冷却效率及全面性达到最优，能够在短时间内对测量元件进行降温，避免温度起伏及温度升高所产生的偏差，并合理利用载荷传输杆1作为冷却剂的“中转站”，将各弹性件3的冷却通道4进行联通，输入的冷却剂能够快速输出，结构大大简化，实现冷却剂的快速通过及循环，进一步提高冷却效率，同时也是对载荷传输杆1的冷却，避免外界热量从载荷传输杆1传递至弹性件3产生影响，多方面组合保证温度的稳定性，附图1中无字母的箭头为冷却剂标识冷却剂流动方向，此外，冷却通道4位于测量室2外侧的端部设置有螺纹管道接口41。

冷却剂为r11冷却剂或r113冷却剂或r114冷却剂或r21冷却剂，由于应用环境为高温低压状态，故选择上述几种冷却剂，性能较优。

载荷传输杆1由套杆14及芯杆15组成，套杆14与芯杆15同轴设置并设置有供芯杆15插入的插腔16，套杆14与芯杆15之间穿设有是两者同步动作的联动销17，芯杆15与联动端11对应的端部延伸至套杆14外并与被测量构件联动配合，弹性件3固定于套杆14与测量端12对应的端部外周，芯杆15与被测量构件联动配合的另一端设置有与套杆14端面抵配的限位盘151，将载荷传输杆1分为套杆14及芯杆15两部分，芯杆15一端通过限位盘151与套杆14端面抵配，另一端与被测量构件联动配合，在被测量构件动作时两者具有更好的安装稳定性，即提高动作同步性，保证测量的准确性，插拔联动销17即可实现套杆14及芯杆15的拆装，操作更为便捷。

测量室2设置有拆装口21及封闭拆装口21的端盖22，该拆装口21供工作人员按压限位盘151将芯杆15从套杆14内抽出，拆装口21供工作人员按压限位盘151将芯杆15从套杆14相对被测量构件的另一端抽出，提高拆装的便捷性。

芯杆15包括分流部151及汇流部152，分流部151的截面呈十字形，分流部151与插腔16内壁分别形成四个与不同冷却通道4联通的分流通道131，汇流部152的截面呈圆形，汇流部152与插腔16内壁形成供不同分流通道131联通的汇流通道132，分流通道131与汇流通道132组合构成联通通道13，优化结构，在芯杆15插入套杆14的同时自动形成用于流通冷却剂的联通通道13，简化加工结构，当芯杆15抽出套杆14时插腔16为完整的圆筒状，便于清洗。

测量室2呈密封设置，密封的测量室2避免杂质进入测量室2内，污染测量室2内的测量环境，在本发明具体实施方式中，会在拆装口21与端盖22处及测量室2内部设置密封圈23，保证密封性能。

各弹性件3具有形变的侧面环绕排布有若干个电阻应变片31，形成电阻应变片31组，多个电阻应变片31的形成电阻应变片31组，各处形变均会被时刻检测，获得数据更加准确、全面，此外，环绕排布的电阻应变片31能够被冷却通道4的冷却剂同步冷却，使各电阻应变片31的工作状态同步。

弹性件3的数量为四个，并沿载荷传输杆1周向等距排布于载荷传输杆1外周，弹性件3的数量优选四个，且载荷传输杆1周向等距排布于载荷传输杆1外周，在保证测量精确度的同时结构较优，可有效消除载荷传输杆1和加载装置的活动杆不对中或拉伸实验中试样端面不平行的情况下，测量轴向载荷时横向分量对测量结果的影响。

载荷测量装置的工作方式如下：被检测的构件通过机械联动与载荷传输杆构成联动配合，在被检测的构件动作时，会带动载荷传输杆同步进行动作，而在载荷传输杆进行传动时，产生的轴向力与旋转力矩通过弹性件使得电阻应变片形变，产生与载荷成比例的电信号再通过信号放大器放大并记录，该部分电信号通过的数据进行预修正，再传输至测量电桥获得实际数据。