一种大吨位大尺寸压力枕标定装置与方法

本发明涉及压力枕标定，具体涉及一种大吨位大尺寸压力枕标定装置与方法。

背景技术：

1、压力枕是用来测量压力的仪器，也可作为简单的加压设备，由于结构简单，尺寸小（约150mm）、压力低（60mpa），一般用简单的理论公式分析其受力变形和灵敏度。对于大尺寸（>800mm）、大吨位（>130mpa）压力枕，为了精确加压，需要进行标定，不能再沿用低压力、小尺寸压力枕的受力变形和灵敏度分析方法。

2、压力枕的标定或测试，一般在加装工装后在压力机或耐压试验台上进行，对于大尺寸大吨位压力枕，其总荷载达到约83.2mn，要承受这种荷载并测量产生的变形，目前只能借助万吨水压机等特种设备进行标定，在水压机和作动器的压力平衡时测量作动器的变形，通过测量不同压力下的作动器的变形得到作动器的受力变形关系。在标定时还需要配合特制的工装，标定成本高、耗时长，因此需要针对大吨位大尺寸压力枕研制新的标定装置及相应的标定方法。

3、环式压力传感器的主要部件环形弹性敏感元件，在力传感器中得到了较广泛的应用,其主要特点在于：在力的作用下，线性误差和滞后误差小，自振频率高，坚固且稳定性好，结构简单。环式压力传感器通常只用于简单的端部压力测量，这是因为其测量是以圆环端部受力变形的解析解为基础的，通过测量端部变形可以直接算出受力；而对于更复杂的、非端部受力的状态，因为没有解析解，无法通过测量圆环端部的变形得到圆环的受力，因此这种敏感元件的使用范围受到了限制。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中大吨位大尺寸压力枕标定成本高、耗时长的问题，提供一种大吨位大尺寸压力枕标定装置与方法，使大吨位大尺寸压力枕的标定摆脱了对特种设备的依赖，降低了标定难度，节省了时间和经济成本。

2、本发明为解决上述提出的技术问题所采用的技术方案为：

3、一种大吨位大尺寸压力枕标定装置，包括环形敏感元件、垫块、应变传感器、位移传感器、数据记录仪；所述垫块对称安装在所述环形敏感元件内侧，紧贴环形敏感元件；待标定压力枕安装在对称设置的垫块之间，加压后压力枕加压面紧贴垫块平面；所述应变传感器安装在所述环形敏感元件外壁用于测量环形敏感元件应变；所述位移传感器安装在所述环形敏感元件端部用于测量环形敏感元件变形；所述应变传感器和位移传感器分别与所述数据记录仪连接。

4、上述方案中，所述垫块的横截面为半圆形，所述垫块的数量为两个，两个半圆形垫块之间预留压力枕的安装空间。

5、上述方案中，所述应变传感器的数量为多个，多个应变传感器沿所述环形敏感元件外壁周向均匀布置。

6、上述方案中，所述位移传感器的数量为多个，多个位移传感器在所述环形敏感元件端部沿周向均匀布置。

7、相应的，本发明还提出一种大吨位大尺寸压力枕标定方法，采用上述标定装置，包括：

8、运行所述标定装置，通过加压使压力枕膨胀，通过挤压垫块向环形敏感元件施加压力，在压力作用下，环形敏感元件在不同位置出现拉伸或压缩，位移传感器测量环形敏感元件上出现的拉伸或压缩变形，并由数据记录仪记录；于此同时，应变传感器测量环形敏感元件在周向的应变，并由数据记录仪记录；

9、采用数值模拟软件建立所述标定装置的数值仿真模型，并计算不同压力下所述环形敏感元件在安装应变传感器和位移传感器相应位置应产生的应变和位移，记录到数据集；

10、对照数据记录仪采集的数据与数据集中的参照值，得到大吨位大尺寸压力枕施加到半圆形垫块上的实际压力，进而实现大吨位大尺寸压力枕的标定。

11、上述方法中，所述数值仿真模型包括环形敏感元件和垫块，所述垫块对称安装在所述环形敏感元件内侧，紧贴环形敏感元件；在垫块与大吨位大尺寸压力枕接触的位置施加不同压力。

12、上述方法中，数值仿真模型中压力以均布载荷的形式施加。

13、上述方法中，记录得到数据集后，以计算得到的有限个数据点为基础，采用插值的方法进一步扩充数据集，使其能够与数据记录仪采集的数据相对应。

14、本发明的有益效果在于：

15、（1）本发明通过组合环形敏感元件、垫块和应变传感器、位移传感器，得到了用于大吨位大尺寸压力枕的标定装置，使大吨位大尺寸压力枕的标定摆脱了对特种设备的依赖，降低了标定难度，节省了时间和经济成本。

16、（2）本发明通过将待标定压力枕放在环形敏感元件内侧加压，而非传统的在环形敏感元件外侧端部加压，让环形敏感元件作为反力架直接向压力枕提供反力，既不再需要额外的试验台反力架，又利用了环形敏感元件线性误差和滞后误差小、自振频率高、坚固且稳定性好的优点。

17、（3）本发明用数值仿真得到的数据集作为环形敏感元件测量值的参照，用数据集替代解析解，使得环形敏感元件可以用于复杂受力状态的测量，不再因为解析解的限制，只能用于简单受力状态的测量。

技术特征：

1.一种大吨位大尺寸压力枕标定装置，其特征在于，包括环形敏感元件、垫块、应变传感器、位移传感器、数据记录仪；

2.根据权利要求1所述的大吨位大尺寸压力枕标定装置，其特征在于，所述垫块的横截面为半圆形，所述垫块的数量为两个，两个半圆形垫块之间预留压力枕的安装空间。

3.根据权利要求1所述的大吨位大尺寸压力枕标定装置，其特征在于，所述应变传感器的数量为多个，多个应变传感器沿所述环形敏感元件外壁周向均匀布置。

4.根据权利要求1所述的大吨位大尺寸压力枕标定装置，其特征在于，所述位移传感器的数量为多个，多个位移传感器在所述环形敏感元件端部沿周向均匀布置。

5.一种大吨位大尺寸压力枕标定方法，其特征在于，采用权利要求1-4任一项所述的标定装置，包括：

6.根据权利要求5所述的大吨位大尺寸压力枕标定方法，其特征在于，所述数值仿真模型包括环形敏感元件和垫块，所述垫块对称安装在所述环形敏感元件内侧，紧贴环形敏感元件；在垫块与大吨位大尺寸压力枕接触的位置施加不同压力。

7.根据权利要求6所述的大吨位大尺寸压力枕标定方法，其特征在于，数值仿真模型中压力以均布载荷的形式施加。

8.根据权利要求5所述的大吨位大尺寸压力枕标定方法，其特征在于，记录得到数据集后，以计算得到的有限个数据点为基础，采用插值的方法进一步扩充数据集，使其能够与数据记录仪采集的数据相对应。

技术总结
本发明涉及一种大吨位大尺寸压力枕标定装置与方法，装置包括环形敏感元件、垫块、应变传感器、位移传感器、数据记录仪；垫块对称安装在环形敏感元件内侧；压力枕安装在两垫块之间，加压后压力枕加压面紧贴垫块平面；应变传感器安装在环形敏感元件外壁；位移传感器安装在环形敏感元件端部；传感器与数据记录仪连接。本发明标定装置降低了标定难度，通过环形敏感元件作为反力架直接向压力枕提供反力，既不再需要额外的试验台反力架，又利用了环形敏感元件线性误差和滞后误差小、自振频率高、坚固且稳定性好的优点，标定方法用数值仿真得到的数据集作为环形敏感元件测量值的参照，用数据集替代解析解，使得环形敏感元件可以用于复杂受力状态的测量。

技术研发人员：李小春,薛强,陈佺,吴青钱,彭玲
受保护的技术使用者：中国科学院武汉岩土力学研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/2/19