專利名稱：杠桿式管道涂層耐劃傷性能測試儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型是一種適用于管道防腐層耐劃傷性能測試的杠桿式管道涂層耐劃傷性能測試儀。涉及金屬材料的一般防蝕、其它類不包括的測試和管道系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
管道外防腐層是長輸管道免受外界環(huán)境對管道造成腐蝕的最重要手段之一。近年來對在役管道進行開挖檢測時，發(fā)現(xiàn)諸多由于防腐層失效所導(dǎo)致的管體腐蝕現(xiàn)象。快速的腐蝕不但影響了管道的質(zhì)量和使用壽命，而且給生產(chǎn)運行管理留下了巨大的安全隱患。因此，迫切需要在管道建設(shè)時期提高現(xiàn)場及實驗室的防腐質(zhì)量檢測水平，對防腐層相關(guān)性能進行科學(xué)有效的評價，以保證管體埋地后的防腐質(zhì)量，防范于未然。在實際施工過程中不可避免地會發(fā)生管道外防腐層的機械損傷，特別是由于外力所造成不同程度的劃傷，因此對管道外防腐層耐劃傷性進行分析研究是保證管道防腐質(zhì)量和壽命的關(guān)鍵點。為此，有必要在實驗室研制一套用以準確評估防腐層耐劃傷性能的測試設(shè)備用以評估防腐層耐劃傷性能。目前國外的相關(guān)測試方法主要有國際標準ISO 1518 :1992《漆膜和清漆刮痕測試》(International standard ISO 1518:1992 E Paints and varnishes-Scratch test)和美國腐蝕工程師協(xié)會標準NACE STG35/TG034《管道外涂層耐劃傷測試》(NACE STG35/TG034Gouge test external pipeline coatings)。國內(nèi)的耐劃傷測試方法主要有QCNPC 38-2002《埋地鋼質(zhì)管道雙層熔結(jié)環(huán)氧粉末外涂層技術(shù)規(guī)范》、SY/T 4113-2007《防腐涂層的耐劃傷試驗方法》，它們對涂層的耐劃傷性能試驗方法進行了詳細的規(guī)定，但是都沒有對測試儀器進行描述。CN1395087A公開了一種防腐涂層耐劃傷測試裝置，它雖可對防腐涂層進行一般的耐劃傷測試，但它是手動測試，且測試范圍較窄。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是設(shè)計一種適應(yīng)于不同管徑、不同壁厚和不同防腐層結(jié)構(gòu)、方便易行、測試自動、連續(xù)、及時、耐用、維護率低的測試的杠桿式管道涂層耐劃傷性能測試儀。本實用新型由機械和電子部分組成。機械部分的構(gòu)成如圖I-圖3所示，主要部件包括測試平臺、劃傷頭、杠桿配重加載機構(gòu)、傳動機構(gòu)四部分。傳動機構(gòu)安裝在測試平臺的一邊，杠桿配重加載機構(gòu)安裝在測試平臺的中部，劃傷頭安裝在測試平臺的另一邊。具體包括測試平臺I、步進電機2、可調(diào)節(jié)支架3、杠桿4、試驗滑動臺5、活動支撐架
6、壓力傳感器及劃傷頭固定塊7、配重8、導(dǎo)軌9、手輪I 10、支撐架11、固定螺栓12、可調(diào)螺絲13、絲杠14、聯(lián)軸器15、連接軸16、螺母17、可調(diào)螺栓18和手輪II 19。步進電機及連軸器2安裝在測試平臺I的圖I所示方向(以下同)的左邊，安裝有杠桿4并向測試平臺I右邊伸出的可調(diào)節(jié)支架3安裝在測試平臺I的中部，測試平臺I右邊的杠桿4之下有安裝在試驗滑動臺5上的活動支撐架6，在杠桿4上安裝有壓力傳感器及劃傷頭固定塊7和配重8。所述測試平臺I為矩形體，其底部四角各有一可調(diào)螺絲13，使用鋼架結(jié)構(gòu)，以保證測試時的穩(wěn)定性；所述杠桿4為矩形條，與可調(diào)節(jié)支架3的安裝是在杠桿4的端頭固連一矩形塊并在矩形塊上有橫向的連接軸16，連接軸16插入可調(diào)節(jié)支架3兩側(cè)的矩形孔內(nèi)；所述傳動部分包括步進電機2和聯(lián)軸器15，聯(lián)軸器15將步進電機2與絲杠14連接，絲杠14從兩導(dǎo)軌9之間伸至測試平臺I的另一側(cè)，用以輸出穩(wěn)定的劃傷速率，以保證測試標準要求的劃傷速度；所述杠桿配重加載機構(gòu)包括可調(diào)節(jié)支架3、杠桿4、試驗滑動臺5、活動支撐架6 ;位于測試平臺I中部的可調(diào)節(jié)支架3活動連接杠桿4的一端，杠桿4的另一邊搭于安裝在試驗滑動臺5上的活動支撐架6的支撐架11上，活動支撐架6用以支撐杠桿4尾端； 其中可調(diào)節(jié)支架3為“閂”形結(jié)構(gòu)，在門內(nèi)的橫支板上置的矩形塊與杠桿4 一端固連，杠桿4端的兩側(cè)面各有一連接軸16伸進兩門框上的長條孔內(nèi)，成轉(zhuǎn)動連接，矩形塊的上面有螺孔與伸出門上的帶螺桿的手輪II 19配合，搖動手輪II 19能將杠桿4端上下移動；可調(diào)節(jié)杠桿高度，通過不同高度的調(diào)節(jié)以保證不同厚度樣品測試時劃傷頭始終垂直于試件表面；活動支撐架6固定在測試平臺I上，與支撐架11構(gòu)成門形架；支撐架11與活動支撐架6轉(zhuǎn)動連接并其一端固連有手輪I 10 ;支撐架11為板條形；所述劃傷頭包括壓力傳感器及劃傷頭固定塊7，壓力傳感器及劃傷頭固定塊7安裝在杠桿4上；有固定螺栓12的配重8安裝在杠桿4的另一端；配重8和杠桿4結(jié)構(gòu)用于固定劃傷頭結(jié)構(gòu)及配重；所述導(dǎo)軌9及測試平臺I結(jié)構(gòu)為在測試平臺I兩邊上表面有兩條平行的導(dǎo)槽，試驗滑動臺5固定于雙平行直線導(dǎo)軌9的上部；試驗滑動臺5為“槽”形向下的平臺，兩槽腿下端外側(cè)有與“工”字形導(dǎo)軌9配合的缺口，試驗滑動臺5的右端固連有螺母17與絲杠14配合；導(dǎo)軌9橫截面上部為向下開口的六邊形，開口邊向外下滑過渡到下方座，這樣的結(jié)構(gòu)增加了滑動平臺的穩(wěn)定性。加載部分通過滑桿給劃塊部分一個可以測量的正壓力，該力垂直于正下方的測試樣品表面。重物直壓下的杠桿4上要可夾裝不同尺寸的劃針，劃針在所規(guī)定的壓力和樣品位移條件下對測試樣品表面產(chǎn)生破壞性劃痕。測試樣品被固定在測試平臺I上，通過控制部分對試驗的測試參數(shù)進行調(diào)節(jié)后，測試平臺I由傳動部分來完成劃傷的過程，整個臺架可根據(jù)測試樣品形狀的不同進行調(diào)節(jié)。本測試儀能在同一測試樣品的不同位置多次測量，具有操作簡單、壓力準確穩(wěn)定、重復(fù)性強等特點，能夠更為高效、準確、客觀地反映實驗數(shù)據(jù)，提供評價測試涂層的耐劃傷性能好壞。本實用新型的電路部分的原理框圖見圖4。劃傷探頭上的壓力傳感器輸出接A/D轉(zhuǎn)換器，A/D轉(zhuǎn)換器的輸出接控制器的輸入，控制器的輸出接步進電機控制器的輸入，步進電機控制器的輸出接步進電機；控制器有鍵盤、存儲器、串口和并口 ；電源模塊接控制器。串口和并口為接口模塊；壓力傳感器和A/D轉(zhuǎn)換器為配重數(shù)據(jù)采集模塊；有鍵盤、存儲器的控制器為測控模塊。[0019]劃傷探頭上的壓力傳感器將測得的信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后輸給控制器，經(jīng)控制器后控制步進電機；電源模塊為控制器供電。所述配重數(shù)據(jù)采集電路如圖5所示，以選用AD7781/20Bits為例，P5的第四管腳與壓力傳感器相連接，用于接收壓力變換時的電壓，管腳3與數(shù)字地相接，2、3管腳分別與數(shù)模轉(zhuǎn)換器U7的5、6管腳相接，用于修正電壓值；U7為采集電路的核心芯片數(shù)模轉(zhuǎn)換器，管腳I與單片機的時鐘接口相接，管腳2用于輸出壓力的數(shù)字信號，與單片機AD DOUT管腳相接；管腳7與參考電壓相接，管腳11接入5V的工作電壓；所述電壓模塊電路如圖6所示，以選用MC7805ACT為例，JPl為交流電接口，為系統(tǒng)供220V的交流電壓；U10為測控系統(tǒng)電壓電路，主要功能是將220V交流電壓轉(zhuǎn)換為5V的直流電壓，為數(shù)字模塊提供電壓；所述USB接口轉(zhuǎn)串口通信模塊如圖7所示，以選用CP2102為例，U3中管腳4、5分別與USB接口的管腳4、3輸入、輸出信號相連接，管腳25、26分別為串口接口提供讀信號和
寫信號；所述測控單元模塊如圖8所示，U5以C8051單片機為例，管腳1、2、3、4分別與并口的TMS、TCK、TDI以及TDO管腳相連，用于并口通信寫入測控程序；管腳5與系統(tǒng)重啟按鈕相連接；管腳11與14相連接；管腳12、15、16、17與參考電壓VREF連接；管腳26、27分另IJ與晶振相連接，用以提供時鐘信號；管腳29-36分別與4*4的鍵盤連接；管腳37用于輸入所需的3. 3V直流電壓；管腳39、40分別與步進電機相連，用于提供電機的驅(qū)動信號及方向信號；管腳43-46分別與AD轉(zhuǎn)換器AD_FILTER、AD_GAIN、AD_DOUT、AD_SCLK管腳相連；管腳50-54 分別與 LCD 液晶屏的 LCD_RD、LCD_CS、LCD_RST、LCD_AO、LCD_WR 管腳相連，管腳 65-72分別與IXD的D0-D7連接，用以控制液晶屏顯示；管腳59、60分別與EEPROM的SCL、SDA管腳相連，用于控制存儲器的讀??；管腳73-80與步進電機各驅(qū)動口相接，用于提供電機的時鐘信號；管腳81-88和管腳91-98分別與預(yù)留接口相接。本實用新型為管道防腐層耐劃傷性能提供一種專用的自動化測試儀器，能夠減小試驗人員勞動強度，提高工作效率。將自動化技術(shù)應(yīng)用于陰極剝離試驗中，實現(xiàn)自動實時在線監(jiān)測，且成本較低。該測試系統(tǒng)具有自動、連續(xù)、及時的特點，能夠準確及時掌握耐劃傷測試時的狀態(tài)，數(shù)據(jù)準確性、復(fù)現(xiàn)性高，為測試結(jié)果提供更為科學(xué)、客觀準確的依據(jù)。該設(shè)備具有操作簡單、耐用、維護率低等優(yōu)點。

圖I杠桿式管道涂層耐劃傷性能測試儀機械部分正視圖圖2杠桿式管道涂層耐劃傷性能測試儀機械部分俯視圖圖3杠桿式管道涂層耐劃傷性能測試儀機械部分側(cè)面圖圖4杠桿式管道涂層耐劃傷性能測試儀電原理框圖圖5配重數(shù)據(jù)采集電路圖圖6電源模塊電路圖圖7接口模塊電路圖圖8測控模塊電路圖其中I-測試平臺 2-步進電機[0034]3-可調(diào)節(jié)支架4-杠桿5-試驗滑動臺6-活動支撐架7-壓力傳感器及劃傷頭固定塊8-配重9-導(dǎo)軌10-手輪I11-支撐架12-固定螺栓13-可調(diào)螺絲14-絲杠 15-聯(lián)軸器16-連接軸17-螺母18-可調(diào)螺栓19-手輪 II
具體實施方式
實施例.本例是一實驗樣機，其構(gòu)成如圖I和圖2所示。包括測試平臺I、步進電機2、可調(diào)節(jié)支架3、杠桿4、試驗滑動臺5、活動支撐架6、壓力傳感器及劃傷頭固定塊7、配重8、導(dǎo)軌9、手輪I 10、支撐架11、固定螺栓12、可調(diào)螺絲13、絲杠14、聯(lián)軸器15、連接軸16、螺母17、可調(diào)螺栓18和手輪II 19。步進電機及連軸器2安裝在測試平臺I的一邊，安裝有杠桿4并向測試平臺I另一邊伸出的可調(diào)節(jié)支架3安裝在測試平臺I的中部，測試平臺I另一邊的杠桿4之下有安裝在試驗滑動臺5上的活動支撐架6，在杠桿4上安裝有壓力傳感器及劃傷頭固定塊7和配重8。耐劃傷測試儀底箱尺寸為1000mm*259mm*205mm ;測試平臺尺寸為600mm*250mm ；導(dǎo)軌尺寸為470mm*16mm*6mm ;杠桿尺寸為970mm*55mm ;滑動平臺尺寸為250mm*95mm ;絲杠尺寸直徑為20mm,長度為500mm ;杠桿支點可調(diào)支架尺寸為270mm*80mm*130mm ;支持架長度為147mm,直徑為16mm。本例的電路部分的原理框圖見圖4。劃傷探頭上的壓力傳感器輸出接A/D轉(zhuǎn)換器，A/D轉(zhuǎn)換器的輸出接控制器的輸入，控制器的輸出接步進電機控制器的輸入，步進電機控制器的輸出接步進電機；控制器有鍵盤、存儲器、串口和并口 ；電源模塊接控制器。串口和并口為接口模塊；壓力傳感器和A/D轉(zhuǎn)換器為配重數(shù)據(jù)采集模塊；有鍵盤、存儲器的控制器為測控模塊。配重數(shù)據(jù)采集電路如圖5所示，電壓模塊電路如圖6所示，USB接口轉(zhuǎn)串口通信模塊如圖7所示，測控單元模塊如圖8所示。選用的元器件如圖所示。本例的具體技術(shù)參數(shù)如下I.適應(yīng)管徑試件0 IOOrnm ~ 1524mm;2.適應(yīng)試件壁厚6 30_ ；3.適應(yīng)涂層類型單層FBE、雙層熔結(jié)環(huán)氧粉末、三層PE ；4.適應(yīng)試件鋼管螺旋焊縫鋼管、直焊縫鋼管和無縫鋼管；5.試件最大尺寸200 X 200mm ;6.最大加載配重100kg ；7.試件移動速度200 300mm/mi η ；8.工作環(huán)境溫度-10 45°C。本例經(jīng)試驗，實現(xiàn)了自動實時在線監(jiān)測，且成本較低。該測試系統(tǒng)具有自動、連續(xù)、及時的特點，能夠準確及時掌握耐劃傷測試時的狀態(tài)，數(shù)據(jù)準確性、復(fù)現(xiàn)性高。該設(shè)備操作 簡單、耐用、維護率低，能夠減小試驗人員勞動強度，提高工作效率。
權(quán)利要求1.一種杠桿式管道涂層耐劃傷性能測試儀,它由機械部分和電路部分組成,機械部分主要部件包括測試平臺、劃傷頭、杠桿配重加載機構(gòu)、傳動機構(gòu)四部分；傳動機構(gòu)安裝在測試平臺的一邊，杠桿配重加載機構(gòu)安裝在測試平臺的中部，劃傷頭安裝在測試平臺的另一邊；步進電機及連軸器(2)安裝在測試平臺(I)的一邊，安裝有杠桿(4)并向測試平臺(I)另一邊伸出的可調(diào)節(jié)支架(3)安裝在測試平臺(I)的中部，測試平臺(I)另一邊的杠桿(4)之下有安裝在試驗滑動臺(5)上的活動支撐架￠)，在杠桿(4)上安裝有壓力傳感器及劃傷頭固定塊(7)和配重(8);其特征是杠桿配重加載機構(gòu)包括可調(diào)節(jié)支架(3)、杠桿(4)、試驗滑動臺(5)、活動支撐架￠)，位于測試平臺(I)中部的可調(diào)節(jié)支架(3)活動連接杠桿(4)的一端，杠桿(4)的另一邊搭于安裝在試驗滑動臺(5)上的活動支撐架(6)上； 電路部分原理為劃傷探頭上的壓力傳感器輸出接A/D轉(zhuǎn)換器，A/D轉(zhuǎn)換器的輸出接控制器的輸入，控制器的輸出接步進電機控制器的輸入，步進電機控制器的輸出接步進電機；控制器有鍵盤、存儲器、串口和并口 ；電源模塊接控制器；串口和并口為接口模塊；壓力傳感器和A/D轉(zhuǎn)換器為配重數(shù)據(jù)采集模塊；有鍵盤、存儲器的控制器為測控模塊； 劃傷探頭上的壓力傳感器將測得的信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后輸給控制器，經(jīng)控制器后控制步進電機；電源模塊為控制器供電。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的杠桿式管道涂層耐劃傷性能測試儀，其特征是所述可調(diào)節(jié)支架(3)為“閂”形結(jié)構(gòu)，在門內(nèi)的橫支板上置的矩形塊與杠桿(4) 一端固連，杠桿(4)端的兩側(cè)面各有一連接軸(16)伸進兩門框上的長條孔內(nèi)，成轉(zhuǎn)動連接，矩形塊的上面有螺孔與伸出門上的帶螺桿的手輪11(19)配合。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的杠桿式管道涂層耐劃傷性能測試儀，其特征是所述配重數(shù)據(jù)采集電路選用AD7781/20Bits，P5的第四管腳與壓力傳感器相連接，管腳3與數(shù)字地相接，2、3管腳分別與數(shù)模轉(zhuǎn)換器U7的5、6管腳相接；U7為采集電路的核心芯片數(shù)模轉(zhuǎn)換器，管腳I與單片機的時鐘接口相接，管腳2與單片機AD DOUT管腳相接；管腳7與參考電壓相接，管腳11接入5V的工作電壓；U4為A/D芯片提供4. 096V的參考電壓。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的杠桿式管道涂層耐劃傷性能測試儀，其特征是所述測控模塊為U5選用C8051單片機，管腳1、2、3、4分別與并口的TMS、TCK、TDI以及TDO管腳相連，用于并口通信寫入測控程序；管腳5與系統(tǒng)重啟按鈕相連接；管腳11與14相連接；管腳12、15、16、17與參考電壓VREF連接；管腳26、27分別與晶振相連接；管腳29-36分別與4*4的鍵盤連接；管腳37接3. 3V直流電壓；管腳39、40分別與步進電機相連；管腳43-46分別與AD 轉(zhuǎn)換器 AD_FILTER、AD_GAIN、AD_D0UT、AD_SCLK 管腳相連；管腳 50-54 分別與 LCD 液晶屏的 LCD_RD、LCD_CS、LCD_RST、LCD_A0、LCD_WR 管腳相連，管腳 65-72 分別與 LCD 的 D0-D7連接；管腳59、60分別與EEPROM的SCL、SDA管腳相連；管腳73-80與步進電機各驅(qū)動口相接；管腳81-88和管腳91-98分別與預(yù)留接口相接。
專利摘要本實用新型是一種杠桿式管道涂層耐劃傷性能測試儀。它包括有測試平臺、劃傷頭、杠桿配重加載機構(gòu)、傳動機構(gòu)的機械部分和電路部分；傳動機構(gòu)安裝在測試平臺的一邊，杠桿配重加載機構(gòu)安裝在測試平臺的中部，劃傷頭安裝在測試平臺的另一邊；其特征是杠桿配重加載機構(gòu)位于測試平臺(1)中部的可調(diào)節(jié)支架(3)活動連接杠桿(4)的一端，杠桿(4)的另一邊搭于安裝在試驗滑動臺(5)上的活動支撐架(6)上；電路部分為劃傷探頭上的壓力傳感器輸出依次串接A/D轉(zhuǎn)換器、控制器、步進電機控制器、步進電機。本實用新型適應(yīng)于不同管徑、不同壁厚和不同防腐層結(jié)構(gòu)，測試自動、連續(xù)、及時，方便易行、耐用、維護率低。
文檔編號G01N3/56GK202599778SQ201220217748
公開日2012年12月12日 申請日期2012年5月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月15日
發(fā)明者李睿, 馮慶善, 劉國豪, 趙吉詩, 趙國星, 李榮光, 馮少廣, 張鑫, 段瑞哲, 胡純, 丁鶴銘, 劉萌萌, 張宏亮, 楊光 申請人:中國石油天然氣股份有限公司