CN112344842B - 一种高温环境下对应变计进行测试标定的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明一种高温环境下对应变计进行测试标定的装置，属于高温应变技术领域，涉及一种在高温环境下对应变计进行测试标定的装置。该装置由电源、测量***、加载***、支撑单元、加热隔热***、标定梁夹具组件组成。测量***由温度传感器、位移传感器、位移传感器固定架、温度传感器固定架、计算机和数字仪表组成；加载***由电机驱动器、电机执行器、直线步进电机和陶瓷接触杆组成；加热***由燃气罐、燃气管、加热源依次连接构成。该装置精确控制应变计受热温度，高精度控制并测量应变计产生微应变。精确检测标定应变计的应变灵敏系数、漂移率、蠕变滞后等性能参数；具有操作简单，测试精度高、重复性好、温度变化范围广的特点。
Description
技术领域
本发明属于高温应变测试领域，涉及一种在高温环境下对应变计进行测试标定的装置。
背景技术
国内航空技术正处于高速发展阶段，航空发动机作为航天器的核心部件，大多数采用的是涡轮发动机，而叶片作为发动机主要构成部分，在运行过程中将会受到高温、高振动、热应力、强气流等综合作用，随着使用时间的增长，叶片容易损坏，使发动机出现故障。因此，需要对高温高压等恶劣环境下工作的叶片进行应变监测。
现阶段主要采用电阻应变计对航空发动机涡轮叶片的受力形变进行测量。而所采用的电阻应变计需满足测试准确度高、响应速度快、灵敏度高、抗高温高压、稳定性好等优点，因此需要对电阻应变计在高温环境下的应变灵敏系数(GF)、漂移率、蠕变、热输出、机械输出、滞后等性能参数进行测试标定。目前对电阻应变计的性能进行标定测量一般采用高温拉伸机或只在常温下通过悬臂梁标定方法标定应变计的性能。在飞行过程中，叶片受到热力耦合作用，常温下测量得到的应变计的性能并不能反应其在高温有氧环境下的性能。而高温拉伸机适用范围较窄，操作复杂。
专利号为201510018489.x的中国专利“一种用于陶瓷材料升温热冲击的试验箱”对薄膜电阻应变计的抗热冲击性能测试时，为应变计提供了封闭式高温环境，而应变计在实际使用中处于高温等极端环境中，现有的标定设备不能很好地模拟传感器工作的极端环境。专利号为201510594074.7的中国专利“一种用于室温至1200℃高温应变片参数电测装置”中使用砝码对应变计施加负载，该方法难以精确控制应变计产生微应变的精度。因此，急需一种能模拟极端环境，且可以在该环境下进行应变加载及温度、应变测试的应变计标定装置，以保证应变计在高温环境下的有效测试标定。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对现有技术中存在的问题，提供一种在高温有氧环境下对电阻应变计进行有效测试标定的装置。它能够模拟应变计工作时的高温等极端环境，利用温度传感器在高温有氧环境下精确测量应变计工作温度，同时可以在高温下利用直线步进电机的加载使应变计产生形变，通过输入电机的脉冲及电机丝杆运动精度，使应变计产生高精度的微应变，通过位移传感器测量电机丝杆的位移来精确测量应变计产生的应变，从而对电阻应变计的应变灵敏系数(GF)、漂移率、蠕变、热输出、机械输出、滞后等性能参数进行精确测试标定。
本发明采用的技术方案是一种高温环境下对应变计进行测试标定的装置，该装置由电源1、测量***、加载***、支撑单元、加热隔热***、标定梁夹具组件组成；电源1安装在顶板4上，电源1给所有需要电的零部件供电；
所述测量***由温度传感器13、位移传感器14、位移传感器固定架15、温度传感器固定架16、计算机7和数字仪表8组成；装有温度传感器13的温度传感器固定架16通过螺栓固定在顶板4上，装有位移传感器14的位移传感器固定架15通过螺栓固定在顶板4上；位移传感器14与计算机7连接；应变计粘附在标定梁22上，应变计通过引线与数字仪表8连接；
所述加载***由电机驱动器2、电机执行器3、直线步进电机12和陶瓷接触杆17组成；电机驱动器2、电机执行器3、直线步进电机12分别固定在顶板4上，直线步进电机12与电机驱动器2和电机执行器3连接；陶瓷接触杆17的一端为杆头，其形状为尖形，另一端具有空心螺纹与直线步进电机12的丝杆螺纹连接；陶瓷接触杆17穿过隔热箱11与陶瓷腔10顶部孔洞进入陶瓷腔10中，陶瓷接触杆17的杆头与标定梁22接触，通过电机丝杆的移动来带动杆头给标定梁22施加载荷，使标定梁22上的应变计产生形变位移；
所述支撑单元由顶板4、底板6、支撑架18构成；支撑架18为框架结构，有4个竖直边框，底板6和顶板4分别安装在4个竖直边框上，使支撑架18分为上下两层；
所述加热***由燃气罐23、燃气管24、加热源9、加热源固定架25及加热源位置调整板26组成，燃气罐23、燃气管24、加热源9依次连接，加热源9通过三个加热源位置调整板26，用螺栓固定在加热源固定架25上；燃气罐23通过燃气管24为加热源9提供燃料；加热源固定架25通过螺栓固定在支撑架18的竖直边框上；通过调整加热源位置调整板26，确保加热源9对准标定梁22位置进行加热；
隔热***中，隔热垫5为纳米微孔隔热板，隔热垫5通过螺栓固定在底板6上，陶瓷腔10由陶瓷上板、陶瓷左板、陶瓷右板、陶瓷下板围成，通过陶瓷连接固定件19、陶瓷螺栓和配套陶瓷螺母进行固定成为一体，前后不封闭；隔热箱11无前板，套在陶瓷腔外面，后板开有四个孔用于散热；
标定梁夹具组件由标定梁夹持台20、标定梁夹持盖21、陶瓷螺栓和配套螺母构成；粘附有应变计的标定梁22安装在标定梁夹持台20上的凹槽20a中，用标定梁夹持盖21上的凸块21a压紧；通过陶瓷螺栓、配套螺母将标定梁夹持盖21固定在标定梁夹持台20上；标定梁夹持台20通过陶瓷螺栓、配套螺母与陶瓷腔10内腔壁连接固定。
本发明有益效果是：使用本发明进行实验时，利用加热源对标定梁进行加热，应变计表面受热均匀，为应变计提供了高温有氧测试环境，很好模拟了应变计实际使用场合。通过温度传感器实时检测记录标定梁的温度，可以得到应变计的实际温度，减少误差影响。用电机丝杆的直线移动来表示应变计的应变，可以通过控制丝杆运动的速度来使应变计产生微小应变，使应变可控，重复性较好。该装置精确检测标定应变计的应变灵敏系数、漂移率、蠕变、热输出、机械输出、滞后等性能参数。具有操作简单，测试精度高、重复性好、温度变化范围广的特点，为静态测试标定电阻应变计在高温环境下的性能参数提供了有效的实验平台。使用该装置实现了在高温环境下对电阻应变计进行有效测试标定的实验。
附图说明
图1为本发明一种在高温环境下应变计标定装置结构图，图2为高温环境下应变计标定装置局部结构示意图，图3为高温环境下应变计标定装置加热***装配示意图。其中，1.电源；2.电机驱动器；3.电机执行器；4.顶板；5.隔热垫；6.底板；7.计算机；8.数字仪表；9.加热源；10.陶瓷腔；11.隔热箱；12.直线步进电机；13.温度传感器；14.位移传感器；15.位移传感器固定架；16.温度传感器固定架；17.陶瓷接触杆；18.支撑架；19.陶瓷连接固定件；20.标定梁夹持台；21.标定梁夹持盖；22.标定梁；23.燃气罐；24.燃气管；25.加热源固定架；26加热源位置调整板。
图4为标定装置中陶瓷连接固定件19结构示意图；
图5为标定装置中陶瓷接触杆17结构示意图；
图6为标定装置标定梁夹具组件示意图；其中，20.标定梁夹持台；20a.凹槽；21.标定梁夹持盖；21a.凸块；22.标定梁；
具体实施方式
以下结合技术方案和附图详细说明本发明的实施。
如附图1、2所示，本发明一种高温环境下对应变计进行测试标定的装置，该装置由电源1、测量***、加载***、支撑单元、加热、隔热***、标定梁夹具组件组成；其中，电源1安装在顶板4上，电源1给所有需要电的零件供电。测量***由温度传感器13、位移传感器14、位移传感器固定架15、温度传感器固定架16、计算机7和数字仪表8组成；加载***由电机驱动器2、电机执行器3、直线步进电机12和陶瓷接触杆17组成；支撑单元由顶板4、底板6、支撑架18组成；加热***由燃气罐、燃气管、加热源9依次连接构成；隔热***由隔热垫、陶瓷腔、隔热箱组成。标定梁夹具组件由标定梁夹持台20、标定梁夹持盖21、标定梁22构成。
所述测量***中，装有温度传感器13的温度传感器固定架16通过螺栓固定在顶板4上，装有位移传感器14的位移传感器固定架15通过螺栓固定在顶板4上；位移传感器14与计算机7连接；应变计粘附在标定梁22上，通过引线应变计与数字仪表8连接。
加载***中，电机驱动器2、电机执行器3、直线步进电机12分别固定在顶板4上，直线步进电机12与电机驱动器2和电机执行器3连接；陶瓷接触杆17的一端为杆头，其形状为尖形，另一端具有空心螺纹与直线步进电机12的丝杆螺纹连接，如附图5所示。陶瓷接触杆17穿过隔热箱11与陶瓷腔10顶部孔洞进入陶瓷腔10中，陶瓷接触杆17的杆头与标定梁22接触，通过电机丝杆的移动来带动杆头给标定梁22施加载荷，使标定梁22上的应变计产生形变位移。
支撑单元中，支撑架18为框架结构，有4个竖直边框，底板6和顶板4分别安装在4个竖直边框上，使支撑架18分为上下两层。
加热***由燃气罐、燃气管、加热源9、加热源固定架25及加热源位置调整板26组成，见附图3。燃气罐23、燃气管24、加热源9依次连接，加热源9通过三个加热源位置调整板26，用螺栓固定在加热源固定架25上；燃气罐23通过燃气管24为加热源9提供燃料；加热源固定架25通过螺栓固定在支撑架18的竖直边框上；通过调整加热源位置调整板26，确保加热源9对准标定梁22位置进行加热；
隔热***中，隔热垫5为纳米微孔隔热板，隔热垫5通过螺栓固定在底板6上，陶瓷腔10由陶瓷上板、陶瓷左板、陶瓷右板、陶瓷下板围成，前后不封闭，通过陶瓷连接固定件19、陶瓷螺栓和配套陶瓷螺母进行固定成为一体，陶瓷连接固定件19结构见图4。隔热箱11无前板，套在陶瓷腔外面，后板开有四个孔用于散热，结构见图2；
标定梁夹具组件中，粘附有应变计的标定梁22安装在标定梁夹持台20的凹槽20a中，用标定梁夹持盖21的凸块21a压紧；通过陶瓷螺栓、配套螺母将标定梁夹持盖21固定在标定梁夹持台20上；标定梁夹持台20通过陶瓷螺栓、配套螺母与陶瓷腔10内腔壁连接固定，如图6所示。
该装置用加热源9对标定梁22进行加热，通过数字仪表8可以实时记录应变计的电阻值变化；通过温度传感器13实时检测记录标定梁22的温度，通过位移传感器14检测电机丝杆的位移来记录标定梁22上应变计产生的形变，避免了位移传感器14在高温环境下与应变计接触的困难。静态性能测试标定的具体操作步骤如下：
1)将加热***依次连接好，将加热源9通过三个加热源位置调整板26用螺栓固定在加热源固定架25上；燃气罐23通过燃气管24为加热源9提供燃料；加热源固定架25通过螺栓固定在支撑架18的竖直边框上；通过调整加热源位置调整板26，确保加热源9对准标定梁22位置进行加热；
2)启动直线步进电机12，控制陶瓷接触杆17与标定梁22接触，停止电机。
3)启动温度传感器13和位移传感器14，调整位移传感器14高度，使电机丝杆末端在位移传感器14量程内。
4)利用加热源9对标定梁22进行加热，通过温度传感器13实时观察标定梁22上应变计的温度。
5)在应变计达到目标温度后，控制电机丝杆运动，使陶瓷接触杆17对标定梁22施加载荷，通过位移传感器14监测标定梁22产生的形变位移，通过计算机7进行记录。
6)对高温应变计的应变灵敏系数(GF)进行标定。在目标温度下，控制陶瓷接触杆17进行往复运动，使标定梁22产生微应变并记录在计算机7可视窗口中，通过数字仪表8记录标定梁22上应变计的电阻值变化。由应变计的应变灵敏系数(GF)公式计算得到其GF值：
其中，ε为标定梁产生的微应变；Rref为应变计初始电阻值；ΔR为应变计阻值变化量。
7)对高温应变计的电阻漂移率(DR)进行标定。在目标温度下，控制陶瓷接触杆17进行往复运动，使标定梁22产生微应变并记录在计算机7可视窗口中，通过数字仪表8记录标定梁22上应变计的电阻值变化以及时间变化。由应变计的电阻漂移率(DR)公式计算得到其DR值：
其中，Rref为应变计初始电阻值；ΔR为应变计阻值变化量，Δttime为阻值变化的时间。
Claims (1)
1.一种高温环境下对应变计进行测试标定的装置，其特征是，该装置由电源(1)、测量***、加载***、支撑单元、加热***、隔热***、标定梁夹具组件组成；电源(1)安装在顶板(4)上，电源(1)给所有需要电的零部件供电；
所述测量***由温度传感器(13)、位移传感器(14)、位移传感器固定架(15)、温度传感器固定架(16)、计算机(7)和数字仪表(8)组成；装有温度传感器(13)的温度传感器固定架(16)通过螺栓固定在顶板(4)上，装有位移传感器(14)的位移传感器固定架(15)通过螺栓固定在顶板(4)上；位移传感器(14)与计算机(7)连接；应变计粘在标定梁(22)上，应变计通过引线与数字仪表(8)连接；
所述加载***由电机驱动器(2)、电机执行器(3)、直线步进电机(12)和陶瓷接触杆(17)组成；电机驱动器(2)、电机执行器(3)、直线步进电机(12)分别固定在顶板(4)上，直线步进电机(12)与电机驱动器(2)和电机执行器(3)连接；陶瓷接触杆(17)的一端为杆头，其形状为尖形，另一端具有空心螺纹与直线步进电机(12)的丝杆螺纹连接，陶瓷接触杆(17)穿过隔热箱(11)与陶瓷腔(10)顶部孔洞进入陶瓷腔(10)中，陶瓷接触杆(17)的杆头与标定梁(22)接触，通过电机丝杆的移动来带动杆头给标定梁(22)施加载荷，使标定梁(22)上的应变计产生形变位移；
所述支撑单元由顶板(4)、底板(6)、支撑架(18)组成；支撑架(18)为框架结构，具有4个竖直边框，底板(6)和顶板(4)分别安装在4个竖直边框上，使支撑架(18)分为上下两层；
所述加热***由燃气罐(23)、燃气管(24)、加热源(9)、加热源固定架(25)及加热源位置调整板(26)组成，燃气罐(23)、燃气管(24)、加热源(9)依次连接，燃气罐(23)通过燃气管(24)为加热源(9)提供燃料；加热源(9)通过三个加热源位置调整板(26)，用螺栓固定在加热源固定架(25)上；加热源固定架(25)通过螺栓固定在支撑架(18)的竖直边框上；通过调整加热源位置调整板(26)，确保加热源(9)对准标定梁(22)位置进行加热；
隔热***中，隔热垫(5)为纳米微孔隔热板，隔热垫(5)通过螺栓固定在底板(6)上，陶瓷腔(10)由陶瓷上板、陶瓷左板、陶瓷右板、陶瓷下板围成，前后不封闭，通过陶瓷连接固定件(19)、陶瓷螺栓和配套陶瓷螺母进行固定成为一体；隔热箱(11)无前板，套在陶瓷腔外面，后板开有四个孔用于散热；
所述标定梁夹具组件由标定梁夹持台(20)、标定梁夹持盖(21)、陶瓷螺栓和配套螺母构成；粘附有应变计的标定梁(22)安装在标定梁夹持台(20)的凹槽(20a)中，用标定梁夹持盖(21)的凸块(21a)压紧；通过陶瓷螺栓、配套螺母将标定梁夹持盖(21)固定在标定梁夹持台(20)上；标定梁夹持台(20)通过陶瓷螺栓、配套螺母与陶瓷腔(10)内腔壁连接固定。
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| 高温电阻应变片特性参数标定实验研究;张佳明等;《中国测试》;20140930;第40卷(第5期);第25-28页 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN112344842A (zh) | 2021-02-09 |
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Legal Events
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