專利名稱：：測力傳感器及用于測量預(yù)應(yīng)力錨索和橋梁支座受力的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種測力傳感器，特別是預(yù)應(yīng)力錨索和橋梁支座監(jiān)測用測力傳感器及用于測量預(yù)應(yīng)力錨索和橋梁支座受力的方法。
背景技術(shù)：
：隨著預(yù)應(yīng)力技術(shù)的發(fā)展，預(yù)應(yīng)力技術(shù)在很多大型工程建設(shè)如橋梁拉索、預(yù)應(yīng)力混凝土、環(huán)向加固及巖土錨固等方面得到大量應(yīng)用，而作為重要承重構(gòu)件的錨索，其使用狀況關(guān)系到結(jié)構(gòu)的安全運(yùn)行與使用壽命。然而，目前國內(nèi)外大多數(shù)結(jié)構(gòu)錨索都未迸行有效的監(jiān)控監(jiān)測，錨索基本上處于一種模糊使用狀態(tài)，之所以出現(xiàn)這種情況，一個(gè)很重要的原因就是沒有滿足要求的傳感器?，F(xiàn)有用于測量錨索的傳感器有兩種，其一是應(yīng)變片式測力傳感器，即在鋼制應(yīng)力環(huán)上貼若干應(yīng)變片，其原理是當(dāng)應(yīng)力環(huán)受外力作用時(shí)，應(yīng)變片的電阻會(huì)變化，測出其變化便可換算出所受外力的大小，其存在的缺點(diǎn)為(1)高度太高(300mm以上)，即占用錨索軸向長度太大，需較大結(jié)構(gòu)安裝空間，且不美觀；(2)長期穩(wěn)定性差，傳感器受環(huán)境(溫濕度等)影響較大，需定期標(biāo)定，不能達(dá)到長期監(jiān)測要求；(3)傳感器采用硅膠等粘合劑固定貼應(yīng)變片，在長期使用中粘合劑容易失效，使整個(gè)傳感器失去功能。(4)對安裝條件要求較高，當(dāng)負(fù)載出現(xiàn)偏載、受壓面不平及接觸面不夠大時(shí)，精度影響很大。另一種傳感器為振弦式傳感器，其原理是采用類似千斤頂結(jié)構(gòu)，油缸中灌滿黃油，振弦棒安在油缸外壁上與缸內(nèi)黃油接觸，外力壓在活塞上時(shí)使缸內(nèi)黃油油壓變大，引起振弦棒內(nèi)振弦變化，從而測出外力大小。振弦式傳感器的主要缺點(diǎn)在于(1)壽命短，傳感器釆用橡膠制品密封，而橡膠制品在壓力下壽命不超過5年，當(dāng)橡膠密封圈失去密封性時(shí)，會(huì)使整個(gè)傳感器失效；(2)體積大，由于采用密封圈密封高度高，缸內(nèi)壓力一般在50MPa以下，所以受壓面積一般要比錨索螺母或錨板大幾倍。(3)長期穩(wěn)定性差。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種高度低、外徑小、體積小、長期穩(wěn)定性好，受環(huán)境影響小的預(yù)應(yīng)力錨索及橋梁支座監(jiān)測用測力傳感器，以解決已有傳感器高度高、體積大、長期穩(wěn)定性差、不能在正常使用負(fù)載的情況下，更換測量元件等問題，并提供了運(yùn)用該測力傳感器測量預(yù)應(yīng)力錨索和橋梁支座受力的方法。解決其上述技術(shù)問題的技術(shù)方案是一種測力傳感器，該傳感器包括由帶空腔的剛性儲液承壓體和裝在剛性儲液承壓體空腔中的惰性液體組成的復(fù)合彈性體，油嘴座固定在剛性儲液承壓體上，一端開孔與惰性液體相通，油嘴座另一端直接或間接地安裝一個(gè)能將液壓變化轉(zhuǎn)換成電信號變化的測量元件，該測量元件與一外接測量電路相連通。本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是油嘴座通過連接管與截止閥相連，截止閥上裝有一個(gè)能將液壓變化轉(zhuǎn)換成電信號變化的測量元件，該測量元件與一外接測量電路連通，截止閥內(nèi)有一兩端帶有錐形密封桿的截止閥桿，其一端套有定位彈簧，截止閥的另一端連有帶內(nèi)螺紋的頂桿連接套，其內(nèi)裝有一帶彈簧的頂桿裝置。本發(fā)明的另一技術(shù)方案是一種測量預(yù)應(yīng)力錨索和橋梁支座受力的方法，它是采用本發(fā)明上述的測力傳感器，使外力的一部分由復(fù)合彈性體中的剛性儲液承壓體承受，另一部分由復(fù)合彈性體中的惰性液體來承受，測量電路通過測量惰性液體液壓的變化，利用計(jì)算方程；￥=^2+8乂-(:算出或査表得出傳感器所受外力的大??；上式中Y表示預(yù)應(yīng)力錨索和橋梁支座監(jiān)測壓力、單位KN，X表示電流或電壓值、單位mA或mV;A、B、C是常數(shù)，不同規(guī)格的傳感器在不同工作條件下，A、B、C數(shù)值不同，應(yīng)根據(jù)標(biāo)定數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。由于采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明測力傳感器的有益效果是一、高度小、外徑小、體積小，總高度在100mm以下由于本發(fā)明之測力傳感器由剛性儲液承壓體和裝在剛性儲液承壓體空腔中的惰性液體一起組成復(fù)合彈性體，當(dāng)外力通過導(dǎo)力板作用在復(fù)合彈性體會(huì)使惰性液體液壓變大，而該液壓的大小除了與外力大小有關(guān)外，還與儲液承壓環(huán)的彈性有關(guān)，而儲液承壓環(huán)的彈性可以通過調(diào)整其壁厚(即惰性液體與導(dǎo)力板之間的距離)來調(diào)節(jié)，也就是說外力的一部分是復(fù)合彈性體中的鋼結(jié)構(gòu)承受，另一部分由復(fù)合彈性體中的液壓來承受，這樣在儲液承壓環(huán)外徑不變的情況下，可實(shí)現(xiàn)復(fù)合彈性體承壓很大的外力，而其中的惰性液體液壓并不大，這樣就解決了要求傳感器體積小、外徑小、高度也很小的問題，所有噸位的傳感器都可以做到高度在100mm以下。二、由于剛性儲液承壓體是密閉的，其油嘴座固定在剛性儲液承壓體外圓周上，并開孔與惰性液體相通，油嘴座通過連接管與截止閥相連，截止閥上裝有測量元件，測量元件可外接測量電路，測量電路通過測量元件送出的電信號測量惰性液體液壓的變化算出傳感器所受外力的大小，因而，其長期穩(wěn)定性好，受環(huán)境影響小。三、在正常使用負(fù)載的情況下，可以更換測量元件。本發(fā)明通過加接一個(gè)閥內(nèi)有一帶截止閥桿可以兩端密封的截止閥，在正常使用時(shí)它在定位彈簧的作用下，堵住截止閥中通往頂桿裝置的孔，使惰性液體不外泄，當(dāng)傳感器在使用過程中遇到特殊情況需更換測量元件時(shí)，旋緊頂桿裝置，截止閥桿頂開定位彈簧，堵住連接管通往截止閥的孔，然后拆下測量元件，更換新的測量元件。四、其測量方法簡單、實(shí)用，傳感器壽命長，可更換測量元件，適合長期監(jiān)測。由于以上特點(diǎn)，本發(fā)明之測力傳感器比現(xiàn)有的傳感器更能滿足長期監(jiān)測錨索索力及橋梁支座壓力等類似結(jié)構(gòu)的測力所要求的結(jié)構(gòu)、性能、安裝方面的要求。下面，結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明之測力傳感器及用于測量預(yù)應(yīng)力錨索和橋梁支座受力的方法的技術(shù)特征作進(jìn)一步的說明。-圖1:適用于監(jiān)測錨索索力的穿心式測力傳感器結(jié)構(gòu)示意圖；圖2:適用于監(jiān)測錨索索力的穿心式測力傳感器的簡化結(jié)構(gòu)示意圖；圖3:適用于監(jiān)測橋梁支座壓力的非穿心式測力傳感器結(jié)構(gòu)示意圖；圖4:適用于監(jiān)測橋梁支座壓力的非穿心式測力傳感器的簡化結(jié)構(gòu)示意圖;圖5:本發(fā)明測力傳感器用于監(jiān)測錨索索力時(shí)的安裝位置示意圖；圖6:本發(fā)明測力傳感器用于監(jiān)測橋梁支座壓力時(shí)的安裝位置示意圖；圖7:釆用本發(fā)明測力傳感器測量預(yù)應(yīng)力錨索和橋梁支座受力的方法采用的擬合曲線圖。圖中l(wèi)一儲液承壓環(huán)，2—導(dǎo)力板，3—惰性液體，4—墊板，5—油嘴座，6—連接管，7—截止閥，8—定位彈簧，9一測量元件，IO—截止閥桿，ll一頂桿連接套，12—彈簧，13—頂桿裝置，14一儲液扁圓柱體。具體實(shí)施例方式實(shí)施例一一種適用于長期監(jiān)測錨索索力的穿心式測力傳感器。該測力傳感器釆用帶空腔的剛性儲液承壓體和裝在剛性儲液承壓體空腔中的惰性液體組成復(fù)合彈性體，如圖1所示，所述的復(fù)合彈性體是由不銹鋼制成的帶空腔的儲液承壓環(huán)1和裝在儲液承壓環(huán)1空腔中的惰性液體——硅油3組成，油嘴座5固定在儲液承壓環(huán)1外圓周上，一端開孔與惰性液體3相通，油嘴座5通過連接管6與截止閥7相連，截止閥7閥體上裝有可將液壓變化轉(zhuǎn)換成電信號變化的測量元件——液壓變送器9，液壓變送器9外接一測量電路，截止閥7內(nèi)有一兩端帶有錐形密封桿的截止閥桿10，其一端套有定位彈簧8，截止閥7的另一端連有帶內(nèi)螺紋的頂桿連接套11，其內(nèi)裝有一帶彈簧12的頂桿裝置13;在儲液承壓環(huán)1上連接有一導(dǎo)力板2。作為本發(fā)明實(shí)施例的一種變換，為防止外壓面不平及接觸面太小，可在導(dǎo)力板上加一墊板4，使外力更平穩(wěn)的作用在復(fù)合彈性體上。在正常使用時(shí)，截止閥桿10在定位彈簧8的作用下，堵住截止閥7中通往頂桿裝置13的孔，使惰性液體3不外泄，當(dāng)傳感器在使用過程中遇到特殊情況需更換測量元件9時(shí)，旋緊頂桿裝置13，截止閥桿10頂開定位彈簧8，堵住連接管6通往截止閥7的孔，然后拆下測量元件9，更換新的測量元件，松開頂桿裝置13，截止閥桿10在定位彈簧8的作用下復(fù)位，堵住截止閥7中通往頂桿裝置13的孔，此時(shí)新的測量元件即可測到惰性液體3的液壓。正常使用時(shí)可以不安裝頂桿裝置13，只是在頂桿連接套11的螺紋孔內(nèi)安裝螺栓標(biāo)準(zhǔn)件防塵。實(shí)施例二用于監(jiān)測錨索索力的簡化穿心式測力傳感器。該傳感器包括由帶空腔的儲液承壓環(huán)1和裝在儲液承壓環(huán)1空腔中的惰性液體一硅油3組成的復(fù)合彈性體，油嘴座5固定在儲液承壓環(huán)1外圓周上，一端開孔與惰性液體3相通，油嘴座5直接與測量元件——液壓變送器9連接。作為本發(fā)明實(shí)施例一、二的一種變換，為防止外壓面不平及接觸面太小，可在導(dǎo)力板上加一墊板4，使外力更平穩(wěn)的作用在復(fù)合彈性體上。實(shí)施例三一種適用于長期監(jiān)測橋梁支座壓力的非穿心式測力傳感器。如圖3所示，該傳感器的基本結(jié)構(gòu)同實(shí)施例一，所不同之處在于所述帶空腔的剛性儲液承壓體是適用于橋梁支座監(jiān)測用的帶空腔的儲液扁圓柱體14,油嘴座5固定在帶空腔的儲液扁圓柱體14外圓周上。實(shí)施例四用于監(jiān)測橋梁支座壓力的簡化非穿心式測力傳感器。如圖4所示，該傳感器的基本結(jié)構(gòu)同實(shí)施例二，所不同之處在于所述帶空腔的剛性儲液承壓體是適用于橋梁支座監(jiān)測用的帶空腔的儲液扁圓柱體14，油嘴座5固定在帶空腔的儲液扁圓柱體14外圓周上。作為本發(fā)明各實(shí)施例的一種變換，所述裝在帶空腔的剛性儲液承壓體內(nèi)腔中的惰性液體3還可以是添加了SAB-1穩(wěn)定劑的硅油，所述的SAB-1穩(wěn)定劑是一種硅油穩(wěn)定劑，它是由二官能團(tuán)和單官能團(tuán)有機(jī)硅單體經(jīng)水解縮聚而得的油狀物。作為本發(fā)明各實(shí)施例的一種變換，所述的測量元件除采用液壓變送器9外，還可采用其他可將液壓變化轉(zhuǎn)換成電信號變化的元器件。作為本發(fā)明各實(shí)施例的一種變換，所述制造復(fù)合彈性體的帶空腔的剛性儲液承壓體的材料還可以是其他既有一定剛度、又耐腐蝕的金屬一合金鋼。作為本發(fā)明實(shí)施例三、實(shí)施例四的一種變換，所述適用于橋梁支座監(jiān)測用的帶空腔的剛性儲液承壓體的形狀還可以是橫截面為四邊形或六邊形的扁形柱體。將實(shí)施例一或?qū)嵤├龅拇┬氖綔y力傳感器用于長期監(jiān)測錨索索力，一般安裝在錨具螺母內(nèi)的兩墊板之間(參見圖5)。圖中，15—拉索錨杯，16—螺母，17—穿心式測力傳感器，18—預(yù)埋板，19一混凝土，20—拉索。將實(shí)施例三或?qū)嵤├乃龅姆谴┬氖綔y力傳感器用于監(jiān)測橋梁支座受力時(shí)，一般安裝在橡膠支座上的兩平板之間，直接受橋梁的壓力(參見圖6)。圖中，21—橋梁，22—測力傳感器，23—橡膠支座，24—橋梁支柱。實(shí)施例五一種測量預(yù)應(yīng)力錨索和橋梁支座受力的方法采用本發(fā)明實(shí)施例一、實(shí)施例二中所述的任意一種穿心式測力傳感器，對預(yù)應(yīng)力錨索受力進(jìn)行監(jiān)測時(shí)，一般安裝在錨具螺母內(nèi)的兩墊板之間(參見圖5)，采用本發(fā)明實(shí)施例三、實(shí)施例四中所述的任意一種非穿心式測力傳感器用于監(jiān)測橋梁支座受力時(shí)，一般安裝在橡膠支座上的兩平板之間，直接受橋梁的壓力(參見圖6)。使外力的一部分由復(fù)合彈性體中的剛性儲液承壓體l承受，另一部分由復(fù)合彈性體中的惰性液體3來承受，測量電路通過液壓變送器9送出的電信號測量惰性液體3液壓的變化，利用計(jì)算方程Y-AXZ+BX-C算出傳感器所受外力的大?。簧鲜街衁表示預(yù)應(yīng)力錨索或橋梁支座監(jiān)測壓力、單位KN，X表示電流或電壓值、單位mA或mV;A、B、C是常數(shù)，不同規(guī)格的傳感器在不同工作條件下，A、B、C數(shù)值不同，應(yīng)根據(jù)標(biāo)定數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。下面，說明上述計(jì)算方程Y=AX2+BX-C中的常數(shù)A、B、C的計(jì)算方法。具體方法為將標(biāo)定數(shù)據(jù)擬合成標(biāo)定曲線，同時(shí)得到曲線方程。在試驗(yàn)室利用精密的液壓機(jī)對傳感器進(jìn)行"壓力——電信號電流或電壓"標(biāo)定，得到至少六組一一對應(yīng)的"壓力——電信號的數(shù)值，壓力、單位KN，電信號以電流或電壓表示，單位mA或mV"，利用計(jì)算機(jī)工具，將標(biāo)定數(shù)據(jù)擬合成標(biāo)定曲線，同時(shí)得到曲線方程。從而計(jì)算出A、B、C的基本數(shù)值，再通過擬合曲線修正。例如試制的測量范圍(K3000KN的測力傳感器的標(biāo)定數(shù)據(jù)如下(參見附表一)得出的擬合曲線(參見圖7)及計(jì)算力的擬合定曲線方程為Y=5.7756X2+151.65X-880.78，上式中Y表示壓力，單位KN，X代表電流或電壓，單位mA或Mv，圖7中R=0.9999。在使用時(shí)，測出傳感器輸出電流值，便可帶入方程算出傳感器所測力值；或設(shè)計(jì)或購賣出相應(yīng)的測量儀表，測量傳感器輸出電流值，直接顯示傳感器所測力值。附表一測量范圍0-3000KN的測力傳感器的標(biāo)定數(shù)據(jù)<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>權(quán)利要求1、一種測力傳感器，其特征在于該傳感器包括由帶空腔的剛性儲液承壓體和裝在剛性儲液承壓體空腔中的惰性液體組成的復(fù)合彈性體，油嘴座固定在剛性儲液承壓體上，一端開孔與惰性液體相通，油嘴座另一端直接或間接地安裝一個(gè)能將液壓變化轉(zhuǎn)換成電信號變化的測量元件，該測量元件與外接測量電路相連通。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述一種測力傳感器，其特征在于油嘴座(5)通過連接管(6)與截止閥(7)相連，截止閥(7)上裝有測量元件，測量元件外接一測量電路，截止閥(7)內(nèi)有一兩端帶有錐形密封桿的截止閥桿(10)，其一端套有定位彈簧(8)，截止閥(7)的另一端連有帶內(nèi)螺紋的頂桿連接套(11),其內(nèi)裝有一帶彈簧(12)的頂桿裝置(13)。3、根據(jù)權(quán)利要求1或2所述一種測力傳感器，其特征在于所述帶空腔的剛性儲液承壓體是適用于預(yù)應(yīng)力錨索監(jiān)測用的帶空腔的圓環(huán)形承壓環(huán)(1)，在儲液承壓環(huán)(1)上連接有一導(dǎo)力板(2)。4、根據(jù)權(quán)利要求1或2所述一種測力傳感器，其特征在于所述帶空腔的剛性儲液承壓體是適用于橋梁支座監(jiān)測用的帶空腔的扁圓柱體或橫截面為四邊形或六邊形的扁形柱體。5、根據(jù)權(quán)利要求3所述一種測力傳感器，其特征在于裝在帶空腔的剛性儲液承壓體內(nèi)腔中的惰性液體(3)是硅油或添加了SAB-1穩(wěn)定劑的硅油，所述的SAB-1穩(wěn)定劑是一種硅油穩(wěn)定劑，它是由二官能團(tuán)和單官能團(tuán)有機(jī)硅單體經(jīng)水解縮聚而得的油狀物。6、根據(jù)權(quán)利要求4所述一種測力傳感器，其特征在于裝在帶空腔的剛性儲液承壓體內(nèi)腔中的惰性液體(3)是硅油或添加了SAB-1穩(wěn)定劑的硅油，所述的SAB-1穩(wěn)定劑是一種硅油穩(wěn)定劑，它是由二官能團(tuán)和單官能團(tuán)有機(jī)硅單體經(jīng)水解縮聚而得的油狀物。7、根據(jù)權(quán)利要求5所述一種測力傳感器，其特征在于所述能將液壓變化轉(zhuǎn)換成電信號變化的測量元件是液壓變送器(9)。8、根據(jù)權(quán)利要求6所述一種測力傳感器，其特征在于所述能將液壓變化轉(zhuǎn)換成電信號變化的測量元件是液壓變送器(9)。9、根據(jù)權(quán)利要求8所述一種測力傳感器，其特征在于制造復(fù)合彈性體的帶空腔的剛性儲液承壓體的材料是一種耐腐蝕的金屬一合金鋼或不銹鋼。10、一種測量預(yù)應(yīng)力錨索和橋梁支座受力的方法，其特征在于采用權(quán)利要求1至權(quán)利要求9中任意一項(xiàng)所述的測力傳感器，使外力的一部分由復(fù)合彈性體中的剛性儲液承壓體承受，另一部分由復(fù)合彈性體中的惰性液體來承受，測量電路通過測量元件送出的電信號測量惰性液體液壓的變化，利用計(jì)算方程；Y=AX2+BX-C算出或査表得出傳感器所受外力的大小；上式中Y表示預(yù)應(yīng)力錨索和橋梁支座監(jiān)測壓力、單位KN，X表示電流或電壓值、單位mA或mV;A、B、C是常數(shù)，不同規(guī)格的傳感器在不同工作條件下，A、B、C數(shù)值不同，應(yīng)根據(jù)標(biāo)定數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。11、根據(jù)權(quán)利要求IO所述的一種測量預(yù)應(yīng)力錨索和橋梁支座受力的方法，其特征在于上述計(jì)算方程Y-AXS+BX-C中的常數(shù)A、B、C的計(jì)算方法是將標(biāo)定數(shù)據(jù)擬合成標(biāo)定曲線，同時(shí)得到曲線方程；即在試驗(yàn)室利用精密的液壓機(jī)對傳感器進(jìn)行"壓力一一電信號電流或電壓"標(biāo)定，得到至少六組一一對應(yīng)的"壓力一一電信號的數(shù)值，壓力、單位KN,電信號以電流或電壓表示，單位mA或mV"，利用計(jì)算機(jī)工具，將標(biāo)定數(shù)據(jù)擬合成標(biāo)定曲線，同時(shí)得到曲線方程；從而計(jì)算出A、B、C的基本數(shù)值，再通過擬合曲線修正。全文摘要一種測力傳感器及其用于測量預(yù)應(yīng)力錨索和橋梁支座受力的方法，該傳感器包括由帶空腔的剛性儲液承壓體和裝在剛性儲液承壓體空腔中的惰性液體組成的復(fù)合彈性體，油嘴座固定在剛性儲液承壓體上，一端開孔與惰性液體相通，油嘴座另一端直接或間接地安裝一個(gè)測量元件，該測量元件與外接測量電路相連通，所述測力方法是使外力的一部分由復(fù)合彈性體中的剛性儲液承壓體承受，另一部分由復(fù)合彈性體中的惰性液體來承受，測量電路通過測量元件送出的電信號測量惰性液體液壓的變化，利用計(jì)算方程Y＝AX²+BX-C算出或查圖得出傳感器所受外力的大小。該測力傳感器高度低、外徑小、體積小、長期穩(wěn)定性好，受環(huán)境影響小；其測力方法簡單可靠。文檔編號G01L1/02GK101201275SQ20061012550公開日2008年6月18日申請日期2006年12月14日優(yōu)先權(quán)日2006年12月14日發(fā)明者夏丹丹,朱萬旭,李居澤,鄧年春申請人:柳州歐維姆機(jī)械股份有限公司