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专利名称：土工试验仪器压力测试通用数显检测校准装置的制作方法
技术领域：
本发明属于检测校准设备，特别是涉及一种土工试验仪器压力测试通用数显检测校准装置。
背景技术：
土工试验的一个主要内容是对地基土的物理力学性质进行测试，为建筑地基与结构计算提供相应的强度和变形参数。对地基土试件从不同方向施加一定力，观察其受力变形关系并记录整个过程的力测试是土工试验仪器的基本测试手段，例如固结、剪切、侧压系数(KO)、三轴剪切和CBR仪等常规力学试验都涉及对试件施加不同级差的轴向力，使试样产生变形，并进行全程记录作为提供各种关系曲线和数据结果的依据。因此力(应力)和位移(应变)是每个试件进行力学试验不可缺少的试验参数，通常以一个试验参数的获取作为一个测量通道，如测力通道、位移测量通道。以固结仪或直剪仪为例，国内各大中型土工试验室分别拥有数百甚至更多的试验通道与微机相联形成一个庞大的土工试验自动化网络。如此众多的土工试验仪器常年连续工作在粉尘和浸水环境中，其测量精度是否发生变化、测量结果是否真实准确应当通过专门仪器进行检测校准。然而，目前土工试验作业中尚无适用于试验室作为对前述土工试验仪器力和应力测试通道的精度进行检测校准的常规设备。

发明内容
本发明的目的是提供一种土工试验仪器压力测试通用数显检测校准装置，该装置利用试验室现有试验仪器的反力装置和标准测力计进行自身检测标定，适用于各种固结仪、直剪仪、KO仪、CBR仪和三轴仪压力试验通道进行检测校准以及稳定性测试。本发明为实现上述目的采取以下技术方案本通用数显检测校准装置由用于压力测试的标准探头和压力测试数显电测仪组成，所述标准探头由圆筒状支撑体、设置于圆筒状支撑体上沿口的圆形的测力盘和设置于测力盘圆心且与测力盘盘面相垂直的螺柱构成主体，所述圆筒状支撑体、测力盘和螺柱是整体构件，所述螺柱螺纹连接有与土工试验仪器加压头相衔接的传力接头和作用于传力接头的锁紧螺母，所述测力盘底表面以其圆心为基准圆周对称分布并粘贴固定阻值相等的4个电阻应变片，各电阻应变片按惠斯登电桥方式连接，该电桥的电源端分别与粘贴固定在圆筒状支撑体内侧壁的贴片型温度补偿电阻一端相连接，各贴片型温度补偿电阻另一端和电桥的两输出端与设置在圆筒状支撑体一侧的电缆接插件的插座相应接点电连接，所述标准探头测力盘及圆筒状支撑体的直径均为 90-118mm,圆筒状支撑体壁厚25_30mm，最大量程分为5KN和20KN两种；所述压力测试数显电测仪包括机箱、电路板和精密稳压电源，所述机箱前面板设有5KN、20KN量程选择开关、 5KN和20KN标准探头初始值调零旋钮、带有A/D转换电路的4位半LED显示器和倍率显示选择琴键开关，所述倍率显示选择琴键开关设有1个轴向力显示档和3个应力显示档，所述机箱后面板设有分别连接5KN、20KN标准探头的电缆接插件；所述电路板由依次连接的标准探头量程选择及初始值调零电路、精密仪表放大器电路、低通滤波器电路和轴向力—— 应力倍率转换电阻分压电路组成，所述标准探头量程选择及初始值调零电路由选择开关和分别连接于5KN和20KN标准探头两输出端之间的精密电位器和电阻相串联构成，所述精密仪表放大器电路输出端连接于由RC和运算放大器构成的低通滤波器，低通滤波器输出端连接于由限流电阻构成的轴向力值输出电路输入端和3路轴向力——应力倍率转换电阻分压电路输入端，轴向力值输出电路输出端连接于倍率显示选择琴键开关的轴向力显示档可选端，各电阻分压电路输出端分别连接于倍率显示选择琴键开关3个应力显示档可选端， 所述3路轴向力——应力倍率转换电阻分压电路的输出电压分别是电阻分压电路输入端电压的1/20. 43、1/30和1/50，倍率显示选择琴键开关各挡位的公共固定端连接于4位半LED 显示器的A/D转换电路输入端。本发明还可以采取以下技术措施所述标准探头的圆筒状支撑体底沿口设有底盘。所述最大量程为5KN的标准探头其测力盘厚度为6_8mm。所述最大量程为20KN的标准探头其测力盘厚度为10-14mm。所述标准探头的传力接头为正六角柱状体，其顶部设有凹窝或内螺纹连接孔。所述精密仪表放大器电路设有由精密电位器和电阻串联构成的增益调整电路和串接于末级反馈电路中由热敏电阻构成的温度补偿电路。本发明的有益效果和优点在于本通用数显检测校准装置是专为土工试验仪器压力通道进行测试校准而设计，标准探头与压力测试数显电测仪连接通电，经自检标定后即可对固结仪、直剪仪、KO仪、CBR仪和三轴仪等土工试验仪器的测力通道进行检测，以压力测试数显电测仪读数为基准对被测通道进行校准，从而可以保证被测通道压力输出数据的真实可靠。本检测校准装置除直接显示轴向力外，尚可按常规仪器试样面积换算成应力，并以数字显示测量结果，较当前常用的标准测力计以千分表刻度显示更直观准确，分辨率亦有提高，应用效果良好。本装置的标准探头具有与土样试验标准容器相同的外形和安装使用方法，传力接头的高度还能够调整并由锁紧螺母锁定，因此本检测校准装置适用于各种具有压力测试通道的土工试验仪器而具有通用性。本发明具有使用方便、可以对各种具有压力测试通道的土工试验仪器进行在线检测校准，保证所述仪器试验数据真实准确的突出优点。


附图1是本发明标准探头实施例结构局部剖面示意图。附图2是标准探头的电阻应变片和温度补偿电阻布置示意图。附图3是顶部设置凹窝的传力接头示意图。附图4是顶部设置内螺纹连接孔的传力接头示意图。附图5是标准探头电原理图。附图6是本发明的压力测试数显电测仪结构示意图。附图7是本发明电原理图。CN 102435718 A
说明书
3/5页图中标记1圆筒状支撑体，2测力盘，3螺柱，4传力接头，4-1凹窝，4_2内螺纹连接孔，5锁紧螺母，6电缆接插件，7底盘，8电阻应变片，9贴片型温度补偿电阻，10机箱，11 4位半LED显示器，12倍率选择显示琴键开关，13量程选择开关，14 5KN标准探头初始值调零旋钮，15 20KN标准探头初始值调零旋钮。
具体实施例方式下面结合实施例及其附图进一步说明本发明。本通用数显检测校准装置由用于压力测试的标准探头和压力测试数显电测仪组成。如图1、2所示标准探头结构实施例，它由圆筒状支撑体1、设置于圆筒状支撑体上沿口圆形的测力盘2和设置于测力盘圆心的螺柱3构成主体，圆筒状支撑体、测力盘和螺柱是整体构件。螺柱3螺纹连接有与土工试验仪器加压头相衔接的传力接头4和作用于传力接头的锁紧螺母5。在测力盘2的底表面以其圆心为基准圆周对称分布并粘贴固定阻值相等的4个电阻应变片8，在圆筒状支撑体1内侧壁粘贴固定两个贴片型温度补偿电阻9，圆筒状支撑体 1的一侧设置电缆接插件6的插座。圆筒状支撑体1底沿口设有由螺钉紧固的底盘7。图1实施例的传力接头4是正六角柱状体，可以在其顶部设置如图3所示的凹窝 4-1，或者是在其顶部设置如图4所示的内螺纹连接孔4-2，选择不同长度和顶部结构的传力接头能够使标准探头与各种具有压力测试通道的土工试验仪器的加压头相衔接。标准探头的电连接关系如图5所示，阻值相等的4个电阻应变片RO按惠斯登电桥方式连接，电桥的电源端分别经贴片型温度补偿电阻Rtl、Rt2和电缆接插件与直流稳压电源的V2+、V2-连接，电桥的输出端0UTPUT1、0UTPUT2经电缆接插件输出。图1标准探头测力盘及圆筒状支撑体的直径范围为90-118mm，以便适应不同土工试验仪器压力测试通道最小空间，标准探头的最大量程分为5KN和20KN两种，其外型尺寸相同，能够满足本装置所涉及的各种土工试验仪器的试验压力检测校正需要。本标准探头测力盘厚度应综合考虑钢材材质、筒状支撑体壁厚以及耐腐蚀性等因素，测力盘厚度设计必需满足以下条件即在量程范围内的最大压力作用下测力盘发生弹性变形与所受压力呈正线性关系，在弹性极限范围内要保持足够的灵敏度而且测力盘不能出现残余变形。图1实施例所选用的钢材是OCrlSM 12MO (316)不锈钢棒材，测力盘直径为 100mm,筒状支撑体壁厚25-30mm均可。最大量程5KN的标准探头其测力盘厚度在6_8mm范围以内均可，最大量程20KN的标准探头其测力盘厚度在10-14mm范围以内均可。本通用数显检测校准装置的压力测试数显电测仪实施例如图6所示，包括机箱10 和机箱中的接收标准探头输出的电路板和精密稳压电源。机箱10前面板设有5KN、20KN两档位的量程选择开关13、5KN标准探头初始值调零旋钮14和20KN标准探头初始值调零旋钮15。前面板还设有带有A/D转换电路的4位半LED显示器11和倍率显示选择琴键开关12，该琴键开关为4位双刀互锁开关，设有1个轴向力显示档和3个应力显示档，同时只能有一路连通。机箱10后面板设有分别连接5KN、 20KN标准探头的电缆接插件(未示出)。如图7所示，压力测试数显电测仪的电路板由依次连接的标准探头量程选择及初始值调零电路、精密仪表放大器电路、低通滤波器电路和轴向力——应力倍率转换电阻分压电路组成。标准探头初始值调零电路分别由连接于5KN或20KN标准探头两输出端之间的精密电位器W1、W2和两端阻值相同的电阻相串联构成，5KN或20KN标准探头两输出端分别经量程选择开关13相应开关位连接于精密仪表放大器电路输入端。标准探头量程选择及初始值调零电路由分别连接于5KN和20KN标准探头两输出端的量程选择开关和分别连接于各标准探头两输出端之间的精密电位器与电阻相串联构成，量程选择开关即图6的量程选择开关13，精密电位器Wl、W2即图6的5KN标准探头初始值调零旋钮14和20KN标准探头初始值调零旋钮15。图7中，由集成运放IC1、IC2和IC3组成的精密仪表放大器电路是现有技术中常用的典型电路，两前级集成运放IC1、IC2的反向输入端之间设有由精密电位器W3和电阻串联构成的增益调整电路，在IC3的反馈电路中串接由热敏电阻Rt5构成的温度补偿电路。图7中，精密仪表放大器电路输出端连接于由集成运算放大器IC4和RC构成的低通滤波器，低通滤波器输出端与由限流电阻Rl构成的轴向力值输出电路输入端和3路轴向力——应力倍率转换电阻分压电路输入端相连接，各电阻分压电路分别由精密电位器W4、 W5、W6和各精密电位器前后分压电阻串联构成。轴向力值输出电路输出端连接于倍率显示选择琴键开关即图1的倍率显示选择琴键开关12的轴向力显示档可选端，各电阻分压电路输出端分别连接于倍率显示选择琴键开关的3个应力显示档可选端，倍率显示选择琴键开关各档位的公共固定端连接于4位半LED显示器的A/D转换电路输入端。本压力测试数显电测仪的轴向力值输出电路输入电压与输出电压比为1 1，显示器显示单位是‘N’，3路轴向力——应力倍率转换电阻分压电路的输出电压分别是电阻分压电路输入端电压的1/20. 43、1/30和1/50，显示器显示单位是‘KPa’。3路轴向力——应力倍率转换电阻分压电路倍率的设置分别与以下土工仪器加压头面积或试样面积一致，即CBR仪加压头面积为20. 43cm2,固结仪、直剪仪、KO仪等试样面积分别为cm2或50cm2，依据单位面积受力大小为应力的法定计量单位规定(ΙΝ/cm2 = IOKPa)采用倍率电路将轴向力转换为应力，大大简化了测试校准过程中的单位换算操作。以下简要叙述本检测校准装置的使用方法首先将一标准探头与经过计量认证的标准测力计串接置于试验室现有试验仪器例如CBR仪的反力装置的测力位置，分别与上下加压头接触但不受力。通过本检测校准装置的压力测试数显电测仪的初始值调零旋钮调零，并记录标准测力计千分表的初读数。通过试验仪器的反力装置加荷，对串接的标准探头和标准测力计加荷至一定轴向力后使其保持稳定，以经计量认证的标准测力计读数为准， 通过增益调整电路使本压力测试数显电测仪的读数与标准测力计千分表的读数换算后的轴向力值一致或两者误差在允许范围以内。使用前述相同方法在本标准探头量程范围内均分为5-6个测点进行标定，使本校准装置的显示值与标准测力计读数换算后的轴向力值之差均应<允许误差(本发明的允许误差定为0. 5%，高于国标(GB/T15406-94) 5. 6. 1条规定1 %的一个量级，便于检测各土工试验仪器的测力器件)。在上述对本校准装置进行标定的过程中包括对温度补偿电路的调整。在确认本测试校准装置的准确性和稳定性合格后，即可对具有压力试验通道的各种土工试验仪器如固结仪、直剪仪、三轴仪、CBR仪和KO仪的各试验测力通道出力值进行准确性校准以及稳定性检测校准。将本检测校准装置的标准探头放置在被检测通道的试样与容器位置，以替代被检测通道的土样和试验容器。在加荷过程中，记录比较本装置与土工试验数据采集系统终端CRT读数，以本校准装置读数为准对被检测通道的电测部分或其它相应加压部分进行在线调整，使被检测通道处于正常工作状态，从而保证被检测通道输出数据的准确可靠。
权利要求
1.一种土工试验仪器压力测试通用数显检测校准装置，其特征在于由用于压力测试的标准探头和压力测试数显电测仪组成，所述标准探头由圆筒状支撑体、设置于圆筒状支撑体上沿口的圆形的测力盘和设置于测力盘圆心且与测力盘盘面相垂直的螺柱构成主体， 所述圆筒状支撑体、测力盘和螺柱是整体构件，所述螺柱螺纹连接有与土工试验仪器加压头相衔接的传力接头和作用于传力接头的锁紧螺母，所述测力盘底表面以其圆心为基准圆周对称分布并粘贴固定阻值相等的4个电阻应变片，各电阻应变片按惠斯登电桥方式连接，该电桥的电源端分别与粘贴固定在圆筒状支撑体内侧壁的贴片型温度补偿电阻一端相连接，各贴片型温度补偿电阻另一端和电桥的两输出端与设置在圆筒状支撑体一侧的电缆接插件的插座相应接点电连接，所述标准探头测力盘及圆筒状支撑体的直径均为 90-118mm,圆筒状支撑体壁厚25_30mm，最大量程分为5KN和20KN两种；所述压力测试数显电测仪包括机箱、电路板和精密稳压电源，所述机箱前面板设有5KN、20KN量程选择开关、 5KN和20KN标准探头初始值调零旋钮、带有A/D转换电路的4位半LED显示器和倍率显示选择琴键开关，所述倍率显示选择琴键开关设有1个轴向力显示档和3个应力显示档，所述机箱后面板设有分别连接5KN、20KN标准探头的电缆接插件；所述电路板由依次连接的标准探头量程选择及初始值调零电路、精密仪表放大器电路、低通滤波器电路和轴向力—— 应力倍率转换电阻分压电路组成，所述标准探头量程选择及初始值调零电路由选择开关和分别连接于5KN和20KN标准探头两输出端之间的精密电位器和电阻相串联构成，所述精密仪表放大器电路输出端连接于由RC和运算放大器构成的低通滤波器，低通滤波器输出端连接于由限流电阻构成的轴向力值输出电路输入端和3路轴向力——应力倍率转换电阻分压电路输入端，轴向力值输出电路输出端连接于倍率显示选择琴键开关的轴向力显示档可选端，各电阻分压电路输出端分别连接于倍率显示选择琴键开关3个应力显示档可选端， 所述3路轴向力——应力倍率转换电阻分压电路的输出电压分别是电阻分压电路输入端电压的1/20. 43、1/30和1/50，倍率显示选择琴键开关各挡位的公共固定端连接于4位半LED 显示器的A/D转换电路输入端。
2.根据权利要求1所述的通用数显检测校准装置，其特征在于所述标准探头的圆筒状支撑体底沿口设有底盘。
3.根据权利要求1所述的通用数显检测校准装置，其特征在于所述最大量程为5KN 的标准探头其测力盘厚度为6-8mm。
4.根据权利要求1所述的通用数显检测校准装置，其特征在于所述最大量程为20KN 的标准探头其测力盘厚度为10-14mm。
5.根据权利要求1所述的通用数显检测校准装置，其特征在于所述标准探头的传力接头为正六角柱状体，其顶部设有凹窝或内螺纹连接孔。
6.根据权利要求1所述的通用数显检测校准装置，其特征在于所述精密仪表放大器电路设有由精密电位器和电阻串联构成的增益调整电路和串接于末级反馈电路中由热敏电阻构成的温度补偿电路。
全文摘要
本发明是土工试验仪器压力测试通用数显检测校准装置，由压力测试标准探头和数显电测仪组成，标准探头由圆筒状支撑体、测力盘构成主体，测力盘底表面圆周对称分布按惠斯登电桥方式连接的电阻应变片，最大量程分为5KN和20KN，数显电测仪前面板设有5KN、20KN量程选择开关、5KN和20KN标准探头初始值调零旋钮、带A/D转换电路的4位半LED显示器和倍率显示选择琴键开关，倍率显示选择琴键开关设有1个轴向力显示档和3个应力显示档。本装置经标准测力计标定后可对各固结仪、直剪仪、K0仪、三轴仪、CBR仪的压力测试通道进行在线检测校准，以保证其压力测量数据准确可靠，具有移动方便，易于操作，显示直观的突出优点。
文档编号G01N33/24GK102435718SQ20111028198
公开日2012年5月2日 申请日期2011年9月22日 优先权日2011年9月22日
发明者唐文军, 曹晓娟, 王晟堂, 符二东, 赵亚品 申请人:铁道第三勘察设计院集团有限公司