基于应变片的磁粉探伤设备提升力测量装置及方法与流程

本发明涉及一种基于应变片的磁粉探伤设备提升力测量装置及方法，属于特种设备检测。

背景技术：

1、磁粉探伤设备在工作时，为了确保磁粉探伤设备检测结果的准确性，需要对其提升力进行测量，现有技术中针对磁粉探伤机工作前的提升力测量环节有采用固定重量的试块进行验证还有采用压力传感器进行测量，采用试块进行测量时，需要工作人员随身携带提升力试块对磁粉探伤设备的提升力进行测量。固定重量的试块体积、重量均较大，携带十分不方便。不利于测量工作的进行。

2、现有技术中采用压力传感器进行测量时，如专利申请号为：202010562616.3，公开的一种磁轭式磁粉探伤机提升力测量方法及其装置，其公开的技术方案采用压力传感器对磁粉探伤设备的提升力进行测量，在测量时，用手缓缓将磁轭式磁粉探伤机提离钢板，在该过程中，压力传感器将实时监测数据发送至控制器，当磁轭式磁粉探伤机和钢板的脱离的瞬间，压力传感器监测到压力最小值并发送至控制器，控制器依据公式计算出待测磁轭式磁粉探伤机的提升力，并显示在显示屏上，由于提升力的方向是朝向上方的，测量出的压力是朝向下方的，且磁粉探伤设备不能直接接触压力传感器，需要压力传感器具有极高的灵敏度才能进行测量，且测量的结果不够精准，出现的误差较大。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于应变片的磁粉探伤设备提升力测量装置及方法，通过应变片对夹持装置产生的形变量，进而反应磁粉探伤设备实时的提升力，由主控单片机进行一系列运算与处理后在交互单元屏幕上显示当前测量设备的实时提升力与最大提升力，解决了现有技术中出现的问题。

2、本发明所述的基于应变片的磁粉探伤设备提升力测量装置，包括测量单元、测量辅助单元和交互单元，所述测量辅助单元用于支撑连接所述测量单元和交互单元，所述测量单元包括测量单元夹持装置，所述测量单元夹持装置的夹持面上固定设置有应变片，所述应变片电气连接交互单元，所述交互单元包括控制主板和交互单元屏幕，所述应变片在提升时对测量单元夹持装置产生形变量，通过控制主板计算提升力，且通过交互单元屏幕进行显示。

3、进一步的，测量单元夹持装置的夹持面位置处设置有应变片固定槽，所述应变片粘贴于应变片固定槽中，测量单元夹持装置的中心位置设置有走线槽，走线槽处设置连接线用于连接交互单元。

4、进一步的，交互单元还包括交互单元壳体，在交互单元壳体上设置有屏幕安装槽，交互单元屏幕固定于屏幕安装槽内。

5、进一步的，交互单元还包括电池，所述交互单元壳体的内部设置有空腔，所述电池和控制主板设置在空腔内，空腔的外部设有交互单元盖板进行封闭。

6、进一步的，测量辅助单元包括承重绳和固定螺丝，所述交互单元与测量单元之间通过承重绳连接，承重绳的两端通过固定螺丝分别固定至测量单元与交互单元。

7、进一步的，测量装置还包括磁粉探伤机，所述测量单元夹持装置夹持在磁粉探伤机外部的左右两侧，左右两侧的测量单元夹持装置的上方分别连接测量辅助单元，测量辅助单元的上端连接交互单元。

8、本发明所述的基于应变片的磁粉探伤设备提升力测量方法，包括以下步骤：

9、s1：通过交互单元屏幕输入待测设备的长度及重量信息；

10、s2：获取测量单元中应变片形变反应的电压值；

11、s3：通过步骤s2中获取的电压值计算测量单元的受力信息；

12、s4：通过测量单元受力信息计算待测设备提升力，并传输至交互单元屏幕进行实时显示；

13、s5：判断本次测量的提升力是否为最大值，如果是，则更新交互单元屏幕上显示的最大提升力数值。

14、进一步的，步骤s2和步骤s3具体包括以下步骤：

15、s11：启动测量后电路部分获取两侧测量单元应变片反应的电压信号，并将其转化为数字量计算得出测量单元受力大小：

16、

17、其中：f为测量单元受到的力，r0为测量单元未受力时应变片的阻值，d为实际测量转化为数字量的应变片反应的电压信号，n为电压转化过程中的转换位数，r为应变片测量部分分压电阻的阻值，k为应变片受力与阻值间的系数；

18、s12：根据输入的待测磁粉设备长度及重量数据计算设备的提升力，其提升力计算公式如下：

19、

20、其中：n为最终测量计算处的磁粉探伤提升力，f为测量单元收到的力，i为用户输入的磁粉探伤设备长度，d1为交互单元的长度，d2为测量单元的固有长度，l为承重绳的长度。

21、进一步的，公式(1)的推导过程具体包括以下步骤：

22、s21：根据应变片固有参数分析，其实际阻值为：

23、rd＝r0-k×f  (1.1)

24、其中：r0表示未受力状态下应变片阻值，k表示本装置中应变片受力与阻值间的系数，f为本装置中应变片受到的力；

25、s22：根据电阻分压公式可以得出测量的分压电阻电压值为：

26、

27、其中：r表示分压电阻的阻值，rd为本装置应变片受力大小为f时的实际电阻值；

28、s23：根据装置采用单片机的adc参数，其adc数模转换部分转换位数为n，数模转换部分的参考电压与应变片分压部分电压一致均为固定数值，因此单片机经数模转换后读取的电压值为：

29、

30、其中：d表示实际测量转化为数字量的应变片反应的电压信号，n为电压转化过程中的转换位数；

31、s24：综合上述公式(1.1)、公式(1.2)和公式(1.3)，根据ur1＝ur2可以得到公式(1)：

32、

33、进一步的，公式(2)的推导过程具体包括以下步骤：

34、s31：根据承重绳长度l、交互单元长度d1、测量单元固有长度d2、待测磁粉探伤设备长度l，根据三角函数公式计算出f与水平方向的夹角：

35、

36、s32：根据力的分解，计算在垂直方向上的力：

37、fz＝2f sinθ  (2.2)

38、s33：根据其测量需求，需要去除设备自身重力的影响，因此联合公式(2.1)和公式(2.2)得到公式(2)提升力

39、本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：

40、本发明所述的基于应变片的磁粉探伤设备提升力测量装置及方法，通过固定于测量单元夹持装置上的应变片反应提升过程中提升力对夹持装置产生的形变量，进而反应磁粉探伤设备实时的提升力，而后控制主板中的电路部分通过将应变片形变产生的电阻变化反映至电压变化，交由主控单片机进行一系列运算与处理后在交互单元屏幕上显示当前测量设备的实时提升力与最大提升力。体积小，便于集成；无需携带提升力试块即可随时测量磁粉探伤设备的提升力。即测即走，降低成本，提高测量效率。解决了现有技术中出现的问题。

技术特征：

1.一种基于应变片的磁粉探伤设备提升力测量装置，其特征在于：包括测量单元(3)、测量辅助单元(2)和交互单元(1)，所述测量辅助单元(2)用于实现所述测量单元(3)和交互单元(1)的支撑连接，所述测量单元(3)包括测量单元夹持装置(15)，所述测量单元夹持装置(15)的夹持面上固定设置有应变片(12)，所述应变片(12)电气连接交互单元(1)，所述交互单元(1)包括控制主板(8)和交互单元屏幕(6)，所述应变片(12)在提升时对测量单元夹持装置(15)产生形变量，通过控制主板(8)计算提升力，且通过交互单元屏幕(6)进行显示。

2.根据权利要求1所述的基于应变片的磁粉探伤设备提升力测量装置，其特征在于：所述的测量单元夹持装置(15)的夹持面位置处设置有应变片固定槽(13)，所述应变片(12)粘贴于应变片固定槽(13)中，测量单元夹持装置(15)的中心位置设置有走线槽(14)，走线槽(14)处设置连接线用于连接交互单元(1)。

3.根据权利要求1所述的基于应变片的磁粉探伤设备提升力测量装置，其特征在于：所述的交互单元(1)还包括交互单元壳体(5)，交互单元壳体(5)上设置有屏幕安装槽，交互单元屏幕(6)固定于屏幕安装槽内。

4.根据权利要求3所述的基于应变片的磁粉探伤设备提升力测量装置，其特征在于：所述的交互单元(1)还包括电池(9)，所述交互单元壳体(5)的内部设置有空腔，所述电池(9)和控制主板(8)设置在空腔内，空腔的外部设有交互单元盖板(7)进行封闭。

5.根据权利要求1所述的基于应变片的磁粉探伤设备提升力测量装置，其特征在于：所述的测量辅助单元(2)包括承重绳(10)和固定螺丝(11)，所述交互单元(1)与测量单元(3)之间通过承重绳(10)连接，承重绳(10)的两端通过固定螺丝(11)分别固定至测量单元(3)与交互单元(1)。

6.根据权利要求1所述的基于应变片的磁粉探伤设备提升力测量装置，其特征在于：所述的测量装置还包括磁粉探伤机(4)，所述测量单元夹持装置(15)夹持在磁粉探伤机(4)外部的左右两侧，左右两侧的测量单元夹持装置(15)的上方分别连接测量辅助单元(2)，测量辅助单元(2)的上端连接交互单元(1)。

7.一种基于应变片的磁粉探伤设备提升力测量方法，基于权利要求1-6任一所述的基于应变片的磁粉探伤设备提升力测量装置，其特征在于：所述的方法包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述的基于应变片的磁粉探伤设备提升力测量方法，其特征在于：所述的步骤s2和步骤s3具体包括以下步骤：

9.根据权利要8所述的基于应变片的磁粉探伤设备提升力测量方法，其特征在于：所述的公式(1)的推导过程具体包括以下步骤：

10.根据权利要8所述的基于应变片的磁粉探伤设备提升力测量方法，其特征在于：所述的公式(2)的推导过程具体包括以下步骤：

技术总结
本发明公开一种基于应变片的磁粉探伤设备提升力测量装置及方法，属于特种设备检测技术领域，包括测量单元、测量辅助单元和交互单元，所述测量辅助单元用于支撑连接所述测量单元和交互单元，所述测量单元包括测量单元夹持装置，所述测量单元夹持装置的夹持面上固定设置有应变片，所述应变片电气连接交互单元，所述交互单元包括控制主板和交互单元屏幕，所述应变片在提升时对测量单元夹持装置产生形变量，通过控制主板计算提升力，且通过交互单元屏幕进行显示。体积小，便于集成；无需携带提升力试块即可随时测量磁粉探伤设备的提升力。即测即走，降低成本，提高测量效率。解决了现有技术中出现的问题。

技术研发人员：李慎彦,孙子法,刘勇,王庆丽,孔建彪
受保护的技术使用者：济宁鲁科检测科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12