本发明专利技术涉及一种带有温度和拉力修正功能的位移测量装置及方法。位移传感器通过力传感器固定在支撑结构底座上，支撑结构顶部悬挂滑轮，钢丝绳通过滑轮连接位移传感器和测点，并在滑轮和测点之间的钢丝绳上布置热电偶；将位移传感器、力传感器和热电偶通过数据线连接到无纸记录仪上，可以实现在测量位移的同时，测量钢丝绳所受的拉力和钢丝绳沿线的温度分布；采用本发明专利技术提供的修正公式分别可以进行温度修正和拉力修正。相对于现有位移测量装置，可以对外界温度和拉力导致的钢丝绳变形进行修正，从而得到更精确的位移测量数据；同时测点所处的方向不受限制，降低了测量的难度。整体结构可靠，原理明确，可操作性强。
【技术实现步骤摘要】
一种带有温度和拉力修正功能的位移测量装置及方法
本专利技术涉及位移测量装置，特别涉及一种在建筑结构耐火试验中使用的带有温度和拉力修正功能的位移测量装置及方法。
技术介绍
现有位移测量装置基本都是将位移传感器固定到底座上，再与需要测量的点通过钢丝绳或其他柔性连接直接相连。当测点移动时，通过钢丝绳或其他柔性连接带通位移传感器的测量机构移动，测得测点的移动数值，并通过数据线传输到无纸记录仪将数值读出或存储，如图1所示。当测点周围环境较高时，钢丝绳会产生热膨胀，从而影响测量结果。现有装置无法对此进行修正。为了提高测量精度，一般都会通过施加拉力使钢丝绳保持张紧，这种拉力也会使钢丝绳拉伸，从而影响测量结果，现有装置也无法对此进行修正。位移传感器的测量机构只有一个移动方向，现有装置在使用时需要将测量机构近似对准测点，给使用带来不便。
技术实现思路
鉴于现有位移测量装置存在的不足，本专利技术提供一种带有温度和拉力修正功能的位移测量装置及方法。采用本装置可以对温度影响和拉力影响进行修正、且测点可以在任何角度均可测量。本专利技术为实现上述目的，所采用的技术方案是：一种带有温度和拉力修正功能的位移测量装置，其特征在于：包括挂钩/磁钩、支撑结构、钢丝绳、位移传感器、力传感器、滑轮、无纸记录仪和数据线，所述支撑结构由一块底板和两根焊接在底板上的支撑杆构成，两根支撑杆顶部互相焊接，并固定连接滑轮；支撑结构的底板中央固定一台力传感器，力传感器的测量面固定一台位移传感器；位移传感器的测量端连接一条钢丝绳；钢丝绳在滑轮中穿过，通过挂钩/磁钩固定到需要测量的点上；钢丝绳在挂钩/磁钩处向滑轮方向间隔布置若干个热电偶K0～Kn，若干个热电偶K0～Kn、位移传感器和力传感器通过数据线分别接到无纸记录仪上。本专利技术所述的采用带有温度和拉力修正功能的位移测量装置的测量方法，其特征在于：首先打开无纸记录仪并调试，确保位移传感器、力传感器和热电偶运作正常，打开无纸记录仪的记录功能，开始记录位移传感器、力传感器和热电偶的数据，试验结束后，将记录的数据从无纸记录仪7导入电脑中，对测量数据进行温度和拉力修正：假设已知初始时刻环境温度为Ｔ；钢丝绳总长为L，直径为b，弹性模量为E，线热膨胀系数为；在t时刻，实际位移为ｄ，位移传感器直接测得的位移值为d`，拉力传感器测得的拉力为F，热电偶K0、K1、K2、K3…Kn测得的温度分别为T0、T1、T2、T3…Ｔn；依据ｔ时刻钢丝绳不同位置的温度和钢丝绳拉力，对位移传感器直接测得的位移值ｄ`进行修正，其中对钢丝绳L1—Ln中任意一段Li的温度的修正依据以下公式：---------------------（1）对整段钢丝绳进行拉力修正，修正公式为：-------------------------（2）则对温度和拉力影响进行修正，依据（1）式和（2）式得到的实际位移为：------（3）针对每一时刻的位移进行温度和拉力修正，依据式（3）即可得到每一时刻测点的准确位移数值。本专利技术的有益效果是：在测量位移的同时，可以实现对钢丝绳各部分温度的测量，从而可以对测量结果进行温度修正，抵消因为环境温度造成的对测量精度的影响；同时，也可以实现通过测量位移传感器所受的拉力，得到钢丝绳收到的拉力，从而对测量结果进行拉力修正，抵消因为拉力造成的对测量精度的影响。钢丝绳通过支撑结构顶部的滑轮再与测点相连接，可以不用调整位移传感器方向直接测量任何角度方向的测点。由此可见，相对于现有位移测量装置，可以对外界温度和拉力导致的钢丝绳变形进行修正，从而得到更精确的位移测量数据；同时测点所处的方向不受限制，降低了测量的难度。整体结构可靠，原理明确，可操作性强。附图说明图1是现有位移测量装置结构示意图；图2是本专利技术的位移测量装置结构示意图。具体实施方式为了更清楚理解本专利技术，以下结合附图和实施例详细描述。如图2所示，带有温度和拉力修正功能的位移测量装置包括挂钩/磁钩1、支撑结构2、钢丝绳3、位移传感器4、力传感器5、滑轮6、无纸记录仪7和数据线8。支撑结构2由起到稳定、固定力传感器5支架的底板2.1以及起到固定滑轮6的两根支撑杆2.2两部分构成。力传感器5通过支架固定在支撑结构2的底板2.1上，其测量面通过支架固定位移传感器4。位移传感器4的测量机构连接钢丝绳3，钢丝绳穿过滑轮6，通过挂钩/磁钩1与需要测量位移的点连接。位移传感器4的测量机构的移动方向对准滑轮6的方向。从滑轮6到测点一段的钢丝绳3长度为L，在钢丝绳3与挂钩/磁钩的接触点布置0号热电偶K0，然后沿0号热电偶K0向滑轮方向，间隔L1距离布置1号热电偶K1，间隔L2距离布置2号热电偶K2，间隔L3距离布置3号热电偶K3，以此类推，直至间隔Ln距离布置n号热电偶Kn。全部的热电偶K0、K1、K2、K3…Kn、位移传感器4和力传感器5通过数据线8分别接到无纸记录仪7。本装置在连接位移传感器和测点的钢丝绳沿线布置热电偶，热电偶的布置点和密度根据实际环境情况确定：当环境情况复杂、温度较高时，热电偶应当布置的密集一些；当环境情况简单、温度较低时，热电偶可以布置的疏远一些。在测量位移的同时，得到钢丝绳沿线的温度分布，从而通过计算对温度影响进行修正。在位移传感器的支撑部分连接一个力传感器，在测量位移的同时，还可得到位移传感器所受的拉力，从而得到钢丝绳所受的拉力，通过计算可实现对拉力影响进行修正。设计一种支撑结构，底部中央固定拉力传感器和位移传感器，顶部固定一个滑轮。位移传感器的测量机构移动方对准滑轮，将连接位移传感器和测点的钢丝绳穿过滑轮，再连接测点，这样无论测点所处任何角度，均可保证钢丝绳与位移传感器测量机构连接处的移动方向符合位移传感器要求。按照目前现有位移测量装置，没有考虑温度和拉力的影响，则位移ｄ符合下面公式：ｄ=ｄ`。本专利技术可以依据ｔ时刻钢丝绳不同位置的温度和钢丝绳拉力，对位移传感器直接测量值ｄ`进行修正。在进行消防领域的建筑结构耐火性能试验时，一般将待测试件安放在专用试验装置上，试件的一部分面对试验设备，试验设备按照相关标准模拟火灾情况；待测点布置在试件的另一面，虽然不直接面对试验设备，但是由于试验时，试验设备内部的温度很高（最高可达1200℃），由于封堵不严、试件变形等原因，待测点及周围的环境温度一般也可能达到300℃以上。实际测试中，给定的实验的条件为：初始环境温度9℃，测量线长为6m，材质为不锈钢丝，直径为0.8mm；热电偶采用OMEGAGG-K-30-SLE热电偶；钢丝绳固定张紧力为10N，校准用游标卡尺为广陆150mm数显。由于试验中拉力用砝码实现加载，始终保持为10N，故不对拉力进行修正。环境初始温度测得为60℃，第一点的给定实际位移为1mm；待测量数值稳定后，查得测量数据如表1所示。表1温度修正后数据按照技术方案中提出的修正公式，对每一段的位移测量结果进行温度修正。修正结果见表2。表2第一点各段修正结果按照上述方法对所有测量数值进行修正，结果如表3所示。表3温度修正后数据从上述试验中可以看出，通过温度修正，平均提高测量精度为约0.1mm，本专利技术原理清晰、计算简便，具有实用价值。根据上述说明，结合本行业实际情况可实现本专利技术方案。本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种带有温度和拉力修正功能的位移测量装置，其特征在于：包括挂钩/磁钩（1）、支撑结构（2）、钢丝绳（3）、位移传感器（4）、力传感器（5）、滑轮（6）、无纸记录仪（7）和数据线（8），所述支撑结构（2）由一块底板（2.1）和两根焊接在底板（2.1）上的支撑杆（2.2）构成，两根支撑杆（2.2）顶部互相焊接，并固定连接滑轮（6）；支撑结构（2）的底板（2.1）中央固定一台力传感器（5），力传感器（5）的测量面固定一台位移传感器（4）；位移传感器（4）的测量端连接一条钢丝绳（3）；钢丝绳（3）在滑轮（6）中穿过，通过挂钩/磁钩（1）固定到需要测量的点上；钢丝绳（3）在挂钩/磁钩（1）处向滑轮方向间隔布置若干个热电偶K0～Kn，若干个热电偶K0～Kn、位移传感器（4）和力传感器（5）通过数据线（8）分别接到无纸记录仪（7）上。
【技术特征摘要】
1.一种带有温度和拉力修正功能的位移测量装置，其特征在于：包括挂钩/磁钩（1）、支撑结构（2）、钢丝绳（3）、位移传感器（4）、力传感器（5）、滑轮（6）、无纸记录仪（7）和数据线（8），所述支撑结构（2）由一块底板（2.1）和两根焊接在底板（2.1）上的支撑杆（2.2）构成，两根支撑杆（2.2）顶部互相焊接，并固定连接滑轮（6）；支撑结构（2）的底板（2.1）中央固定一台力传感器（5），力传感器（5）的测量面固定一台位移传感器（4）；位移传感器（4）的测量端连接一条钢丝绳（3）；钢丝绳（3）在滑轮（6）中穿过，通过挂钩/磁钩（1）固定到需要测量的点上；钢丝绳（3）在挂钩/磁钩（1）处向滑轮方向间隔布置若干个热电偶K0～Kn，若干个热电偶K0～Kn、位移传感器（4）和力传感器（5）通过数据线（8）分别接到无纸记录仪（7）上。2.一种采用如权利要求1所述的带有温度和拉力修正功能的位移测量装置的测量方法，其特征在于：首先打开无纸记录仪并调试，确保位移传感器、力传感器和热电...
【专利技术属性】
技术研发人员：白斌，董学京，王轶杰，李涛，
申请(专利权)人：公安部天津消防研究所，
类型：发明
国别省市：天津;12
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