CN104155333A - 一种电线电缆线膨胀系数测量装置及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电线电缆线膨胀系数测量装置及测量方法，属于测量技术领域。测量装置的石英玻璃支架的上板与待测电缆相连，待测电缆下端穿过高低温箱后与承重物相接，承重物的上端的细径部置于下板的通孔内，当待测电缆经受高低温发生形变后，将带动承重物在竖直方向上移动，这个位移变化量可被安装在支架下板上的位移传感器探头探测到。所述位移传感器探头将得到的电缆形变数据输送到位移数据采集/显示装置上显示。本发明巧妙地采用电学非接触法测量电线电缆在负重条件下的线膨胀系数。由于位移传感器探头有一定面积，它与被测物体之间是真正意义上的面接触，它的位移测量具有平均效应，可以避免点接触测量方式存在的位置测量误差。

Description

一种电线电缆线膨胀系数测量装置及测量方法

技术领域

本发明涉及线膨胀系数测量领域，尤其是涉及电线电缆线膨胀系数测量装置，属于测量技术领域。 

技术背景

线膨胀系数(coefficient of linear expansion或linear expansivity)是指物体由于温度改变而有的胀缩现象，其变化能力具体是指在等压(p一定)下，单位温度变化所导致的长度或体积变化。线膨胀系数是表征材料或物体在经受温度变化时，物体发生变形的固有属性。这种固有属性在工程设计、精密制造和焊接加工等领域具有重要参考价值，因此，对线膨胀系数的测量是非常重要的。 

目前，绝大多数线膨胀系数测量装置所针对的测量对象是材料本身而不是结构件，从而忽略了实际机械应力对材料或结构件本身线膨胀特性的影响。而对于电线电缆，安装使用时，通常要施加一定的机械应力，为测量机械应力状态下电线电缆的线膨胀特性电线电缆线膨胀系数测量装置需要配备挂重装置。 

现有的线膨胀系数测量有绝对方法和相对方法两种。绝对方法是指在试样上作两个标记，两个标记间距是待测试样长度。通过位移传感器测量两个标记位移，它们的位移差，即为试样线膨胀形变量，然而，电线电缆是有机高分子材料和金属导体构成的复合体，仅在电线电缆外表面打标记，是无法反映整根电线电缆的线膨胀形变的，另外，由于电线电缆种类繁多，在不同直径和材料的电线电缆上打标记的可操作性差。相对方法是指试样一端固定，另一端为自由端，试样经受高低温变化时，试样的线膨胀形变只会在自由端方向发展，用位移传感器测量出自由端位移即是试样的线膨胀变形。通过对比，相对方法比绝对方法更具有可操作性。 

一般线膨胀系数位移测量装置有两大类：光学非接触式和机械接触式，光学非接触式如光杠杆测量法、激光干涉测量法和激光测距法等，机械接触式如千分尺和LVDT位移传感器顶杆法，其中，光学非接触式方法测量对于测量线膨胀系数具有很高的精度，然而，光学测量方法对测试环境要求较为苛刻。而机械接触式的顶杆法虽然应用广泛，但它属于接触式测量，在测量过程中会直接或间接引入顶针的接触力。电线电缆是一维柔性体，接触力可能会导致测试过程中承重物位置不稳定，造成位移测量不准确。而且上述两种位移测量装置都存在一个共同缺陷：光学测量装置输出激光光斑非常小，机械接触式顶针也很细，光斑或顶针与试样上的待测点的关系实际上是点接触，由于电线电缆在线膨胀是动态过程，光斑或顶针对准的待测点，在试样动态变形过程中，很可能偏离试验前光斑或顶针对应的待测点，这也会造成位移测量不准确。 

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明所要解决的技术问题是提供一种电线电缆线膨胀系数测量装置及测量方法，可以实现对电线电缆在挂重条件下线膨胀系数的测量，且测量准确度高，误差小。 

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：一种电线电缆线膨胀系数测量装置，所述测量装置包括承重物2、位移传感器探头3、石英玻璃支架6、高低温箱4、位移数据采集/显示装置7，所述石英玻璃支架6包括上板61及水平设置的下板62，所述上板61设有用于固定待测电缆的连接部，所述待测电缆上端固定在上板连接部64上，待测电缆下端穿过高低温箱4后与承重物2相接，所述承重物2下端为悬挂设置，其上端为平面，在平面上设有细径部，该细径部置于下板62的一通孔内，且细径部在下板62的通孔内可轴向移动，所述位移传感器探头3安装在石英玻璃支架下板62上，所述位移传感器探头3下表面 与承重物2上表面的位置相对应，且位移传感器探头3与承重物2上表面之间存在一间隙，该间隙距离在位移传感器探头3的测量量程范围内，所述位移传感器探头3将得到的末端信号电缆位移数据输送到位移数据采集/显示装置7上显示。 

进一步地，所述上板连接部64为一通孔，该通孔与下板62容置承重物2细径部的通孔位置垂直相对。 

进一步地，所述下板62置于基座1上，且一端伸出基座1，所述下板62的通孔位于伸出部分，所述基座1下面设有水平调节件。 

进一步地，所述位移传感器探头3为涡电流传感器或电容式位移传感器探头。 

进一步地，所述下板62还设有一安装孔，所述位移传感器探头3固定在该安装孔内，位移传感器探头3下部伸出安装孔，并与承重物2上表面的垂直相对。 

进一步地，所述承重物2为砝码。 

进一步地，所述石英玻璃支架6的上板61和下板62之间通过石英玻璃连杆相连。 

进一步地，所述石英玻璃支架6为工字型结构，所述连杆由三根圆棒组成，该三根圆棒与上板61和下板62焊接成一体。 

一种电线电缆线膨胀系数测量方法： 

将石英玻璃支架6下板62水平放置并固定在基座1上，然后，调节基座1水平；将承重物2的细径部固定在待测电缆一端，另一端穿过放置在基座1上的高低温箱4，悬挂于石英玻璃支架6的上板61的通孔上，承重物2的细径部穿过下板62的通孔，承重物2的细径部可以沿着通孔轴向滑动，即承重物2可以随电缆上下移动； 

待测电缆放置在高低温箱4中的一段长度为L，设置程序控温，使高低温箱 4从室温升至高温点T₁，然后，降到低温点T₂。在温度变化过程中，待测电缆发生变形，位移传感器探头3通过测量承重物2上表面位置的变化得到电缆的线胀冷缩形变量,位移数据采集/显示装置7可实时显示该形变量ΔL；根据以下公式可计算电线电缆线膨胀系数

本发明有益效果：本发明巧妙地采用电学非接触法测量电线电缆在负重条件下的线膨胀系数。由于位移传感器探头有一定面积，它与被测物体之间是真正意义上的面接触，它的位移测量具有平均效应，可以避免点接触测量方式存在的位置测量误差。而采用的石英玻璃支架是纯石英材质，它比钢支架热膨胀系数小得多，测量过程中，支架的热胀冷缩变形可以忽略。该试验装置克服了目前现有线膨胀系数测量装置的缺点，可以广泛用于其它一维材料的线膨胀系数测量，具有很高的实用价值。 

附图说明

图1是本发明电线电缆线膨胀系数测量装置的正面结构示意图。 

图2是本发明电线电缆线膨胀系数测量装置的另一角度结构示意图。 

图3是本发明位移传感器探头与砝码在下板连接的局部示意图。 

图中标号说明：1-基座；2-承重物；3-位移传感器探头；4-高低温箱；5-待测电缆；6-石英玻璃支架；7-位移数据采集/显示装置；21-细径部；61-上板；62-下板；63-石英玻璃连杆；64-连接部。 

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的结构和工作原理作进一步详细说明。 

如图1和图2所示，本发明一种电线电缆线膨胀系数测量装置，包括基座1、承重物2、位移传感器探头3、高低温箱4、石英玻璃支架6、位移数据采集/显 示装置7及待测电缆5。 

所述石英玻璃支架6包括上板61、水平设置的下板62及石英玻璃连杆63，所述连杆63由三根圆棒组成，该三根圆棒与上板61和下板62焊接成一体，形成工字型结构。由于石英玻璃支架为二氧化硅单一成份，有极低的热膨胀系数，在测量过程中，支架的热胀冷缩变形可以忽略。 

所述上板61设有用于固定待测电缆5的连接部64，该连接部64为一通孔。所述下板62与连接部垂直相对的位置也设有一通孔。所述石英玻璃支架6的下板62放在基座1上，所述基座1下面设有水平调节件，该水平调节件采用螺栓结构，可以对基座1进行调节，以便使下板62处于水平状态。 

如图3所示，所述承重物2为砝码，其上端为平面，在平面上设有细径部21，该细径部21置于下板62的通孔内，且细径部在下板62的通孔内可轴向移动，即承重物2在通孔内可以上下移动。 

所述位移传感器探头3可以采用涡电流传感器或电容式位移传感器探头，该位移传感器探头3固定在下板62的安装孔内，且位移传感器探头3下部伸出安装孔，并与承重物2上表面的垂直相对，且位移传感器探头3与承重物2上表面之间存在一间隙，该间隙距离控制在位移传感器探头3的测量量程范围内，基于电磁感应原理，经过位移传感器探头3将得到的末端信号电缆位移数据输送到位移数据采集/显示装置7上显示。 

待测电缆5上端固定在上板的连接部上，其下端穿过高低温箱4后与承重物2相接，该承重物2通过待测电缆5悬挂设置，即承重物2为悬空设置。 

本发明使用时，首先，将工字型石英玻璃支架6下板水平放置并固定在基座1上，然后，通过基座下的底角螺栓，调节基座1水平。将承重物2的细径部固定在待测电缆5一端，另一端穿过放置在基座1上的高低温箱4，悬挂于石英玻璃支架6的上板的通孔上，承重物2的细径部穿过下板的通孔，承重物2的细径部可以沿着通孔轴向滑动，即承重物2可以随电缆上下移动。 

待测电缆5放置在高低温箱4中的一段长度为L，这一段待测电缆5经受高低温环境变化。当待测电缆5经受高低温发生形变时，该形变量传递到承重物2上，这时，位移传感器探头3通过测量承重物2上表面位置的变化，承物重2上表面与位移传感器探头3表面之间间隙距离也发生变化，即可以得到电缆的线胀冷缩形变量。得到待测电缆5的形变量，位移传感器探头3的末端信号电缆连接在位移数据采集/显示装置7上。然后，根据形变量、待测电缆5的长度和温度变化范围，即可求出待测电缆5的线膨胀系数。 

测量时，待测电缆5放置在高低温箱4中的一段长度为L，设置程序控温，使高低温箱4从室温升至高温点T₁，然后，降到低温点T₂。在温度变化过程中，待测电缆5发生变形，位移数据采集/显示装置7可实时显示该形变量ΔL。根据公式(1)可计算电线电缆线膨胀系数

$\stackrel{\‾}{\mathrm{\α}}=\frac{\mathrm{\ΔL}}{L\·(T_1-T_2)}---\left(1\right)$

Claims (9)

1.一种电线电缆线膨胀系数测量装置，其特征在于：所述测量装置包括承重物(2)、位移传感器探头(3)、石英玻璃支架(6)、高低温箱(4)、位移数据采集/显示装置(7)，所述石英玻璃支架(6)包括上板(61)及水平设置的下板(62)，所述上板(61)设有用于固定待测电缆的连接部(64)，所述待测电缆上端固定在上板连接部(64)，待测电缆下端穿过高低温箱(4)后与承重物(2)相接，所述承重物(2)下端为悬挂设置，其上端为平面，在平面上设有细径部，该细径部置于下板(62)的一通孔内，且细径部在下板(62)的通孔内可轴向移动，所述位移传感器探头(3)安装在石英玻璃支架(6)下板(62)上，所述位移传感器探头(3)下表面与承重物(2)上表面的位置相对应，且位移传感器探头(3)与承重物(2)上表面之间存在一间隙，该间隙距离在位移传感器探头(3)的测量量程范围内，所述位移传感器探头(3)将得到的末端信号电缆位移数据输送到位移数据采集/显示装置(7)上显示。

2.根据权利要求1所述的电线电缆线膨胀系数测量装置，其特征在于：所述上板连接部(64)为一通孔，该通孔与下板(62)容置承重物细径部的通孔位置垂直相对。

3.根据权利要求1或2所述的电线电缆线膨胀系数测量装置，其特征在于：所述下板(62)置于基座(1)上，且一端伸出基座(1)，所述下板(62)的通孔位于伸出部分，所述基座(1)下面设有水平调节件。

4.根据权利要求3所述的电线电缆线膨胀系数测量装置，其特征在于：所述位移传感器探头(3)为涡电流传感器或电容式位移传感器探头。

5.根据权利要求4所述的电线电缆线膨胀系数测量装置，其特征在于：所述下板(62)还设有一安装孔，所述位移传感器探头(3)固定在该安装孔内，位移传感器探头(3)下部伸出安装孔，并与承重物(2)上表面的垂直相对。

6.根据权利要求5所述的电线电缆线膨胀系数测量装置，其特征在于：所述承重物(2)为砝码。

7.根据权利要求6所述的电线电缆线膨胀系数测量装置，其特征在于：所述石英玻璃支架(6)的上板(61)和下板(62)之间通过石英玻璃连杆相连。

8.根据权利要求7所述的电线电缆线膨胀系数测量装置，其特征在于：所述石英玻璃支架(6)为工字型结构，所述连杆由三根圆棒组成，该三根圆棒与上板(61)和下板(62)焊接成一体。

9.一种电线电缆线膨胀系数测量方法，其特征在于：所述方法包含以下步骤：

步骤1：提供如权利要求1-8中任一项所述的电线电缆线膨胀系数测量装置；

步骤2：将石英玻璃支架(6)下板(62)水平放置并固定在基座(1)上，然后，调节基座(1)水平；将承重物(2)的细径部固定在待测电缆一端，另一端穿过放置在基座(1)上的高低温箱(4)，悬挂于石英玻璃支架(6)的上板(61)的通孔上，承重物(2)的细径部穿过下板(62)的通孔，承重物

(2)的细径部可以沿着通孔轴向滑动，即承重物(2)可以随电缆上下移动；

步骤3：待测电缆放置在高低温箱(4)中的一段长度为L，设置程序控温，使高低温箱(4)从室温升至高温点T₁，然后，降到低温点T₂。在温度变化过程中，待测电缆发生变形，位移传感器探头(3)通过测量承重物(2)上表面位置的变化得到电缆的线胀冷缩形变量,位移数据采集/显示装置(7)可实时显示该形变量ΔL；根据以下公式可计算电线电缆线膨胀系数