CN101614640B - 高温应变片性能参数测试装置及其测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高温应变片性能参数测试装置及其测试方法。高温应变片性能参数测试装置由加热系统、保温系统、温控系统、循环系统、支撑系统和加载系统组成。使用该装置及其测试方法可测试高温应变片的各项技术参数如零漂、热输出、热滞后、机械滞后、灵敏系数随温度的变化、高温应变片的蠕变、实测对象材料做成的等强度标定梁的蠕变等。测试精度高、高温重复性好，试验结果可靠，为长期高温应变监测提供了数据修正。

Description

高温应变片性能参数测试装置及其测试方法

技术领域

本发明属于一种测量装置，具体是一种高温应变片性能参数测量装置。

背景技术

在核反应堆系统调试中，为了监测设备长期高温受力的应力情况，高温应变测量是系统调试必不可少的一项重要工作。目前，常用的应变片标定装置类型集中体现在国标“GB-T 13992-1992电阻应变计”中，主要用于室温及中低温度下的应变片参数标定，而不适宜高温应变片的参数标定，在高温下其性能和精度无法保障。常用的各种应变片标定装置，加载方式只有力加载或位移加载两种方式中的一种。位移加载时位移值的测量均采用千分表或三点挠度仪，在高温下这种位移测量方式实施不便，测量精度较差；在对应变片进行高温稳定化处理时，须进行多次高温循环，并同时测定其有关特性参数的变化，测试高温应变片的热输出和热滞后参数，其前提是把应变片安装在相应的材料试件上，目前都是将应变片安装(粘贴或焊接)在与被测结构同种材料上，在一定的温度循环中，测定应变片的输出值，但是，应变片一旦被安装在试件上就无法取下再用，这使得应变片在检测过后即成为废品，无法再用，因而一批应变片只能抽样标定，成本高、代表性差，特别是在分散度很大的情况下，误差更大；更无法实现对应变片的逐片考验、稳定化处理和逐片修正。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种反应堆调试时，可满足对设备进行长期高温应力应变监测需求的高温应变片性能参数测量装置，为长期高温应变监测提供数据修正。

本发明的技术方案如下：

一种高温应变片性能参数测试装置，其特征在于：所述的测试装置由加热系统、保温系统、温控系统、循环系统、支撑系统和加载系统组成；加热系统位于装置的中心，与温控系统连接；在加热系统的内部套装有支撑系统，保温系统位于加热系统的外侧；循环系统与加热系统连通，加载系统与支撑系统连接；其中：

加热系统：由环形炉瓦、热屏蔽区和炉腔构成；在环形炉瓦上缠有镍铬电炉丝，热屏蔽区位于环形炉瓦的内侧，在热屏蔽区上有一个凸台，炉腔为由热屏蔽区所围成的内侧空间构成的加热空间；

保温系统：由耐火保温材料硅铝质纤维毡、上端盖、炉壁、支撑腿、筒座和封座构成；硅铝质纤维毡填充于加热系统的外围和上下两端，硅铝质纤维毡外围被炉壁封装，炉壁上下两端用上端盖和下端盖压紧封装，下端盖坐落在筒座上，筒座焊接于支撑腿上，封座塞在炉腔的上下两端，分别被上端盖和下端盖压紧；

温控系统：由主控热电偶和温度控制器构成；控热电偶插入炉腔，炉腔与温度控制器相连；

循环系统：由内循环通道和外循环通道构成；炉腔、热屏蔽区与炉瓦之间的间隙连接形成内循环通道，内循环通道和外循环通道通过气腔连接；

支撑系统：由支撑圆筒构成，整体座落于热屏蔽区内部的凸台上；焊接有高温应变片的等强度标定梁通过螺栓固定于支撑圆筒上；

加载系统：由位移加载器和砝码力加载拉杆构成；位移加载器具有手柄；

力加载拉杆与砝码连接，并由支架支撑。

其附加特征在于：

所述的测试装置具有使用时与专用杆连接的专用夹具，专用杆在使用时放置于炉腔内，不使用时放置于装置外。

所述测试装置的专用夹具由压块和槽座构成；压块具有两个，分别通过螺栓固定在槽座的两边，在槽座的中间装有与专用杆连接的螺栓；专用杆由提环、座块、提杆和挡块构成；提环和挡块均焊接于提杆上；专用夹具通过装在槽座中间的螺栓插入座块和提杆与专用杆连接。

一种应用高温应变片性能参数测试装置的测试方法，其特征在于：所述测试方法的步骤如下：

第一步：将高温应变片点焊于等强度标定梁上，等强度标定梁的受拉和受压侧分别点焊数量相等的高温应变片，接入静态应变仪；若测试热输出和热滞后参数，则不需将高温应变片点焊，仅需将高温应变片用专用夹具夹持，夹紧高温应变片的基底边缘；

第二步：将等强度标定梁装入支撑筒，并用螺栓固定成悬臂梁，在螺栓上均涂石墨粉；若测试热输出和热滞后参数，则将夹具用螺钉固定于专用杆上：

第三步：将支撑筒放入热屏蔽区内固定好，视加载方式不同，选择套上位移加载器或装入砝码力加载拉杆；若测试热输出和热滞后参数，则将专用杆放入热屏蔽区，而不需要装上位移加载器或砝码力加载拉杆；

第四步：打开装置的电源开关，加热系统开始对炉腔进行加热；

第五步：将预设好试验需要的温度点，并预先进行控温整定过的温度PID控制器设定升温速率，启动温度控制，使炉腔内的温度按要求变化，测高温蠕变时，温度恒定于一高温点；

第六步：在温度到达预定的温度点平稳后进行相应的加卸载操作；若用位移加载，则旋转位移加载器的手柄，逆时针旋转手柄为加载，顺时针旋转手柄为卸载；旋转一圈手柄，使等强度标定梁上受拉和受压的应变改变50个微应变；每次旋转位移加载器的手柄时，都要使手柄上的刻度圆盘上的刻度转回到初始值；若用力加载，则将标准重量的砝码按需要数量逐个加到托盘上，砝码放到托盘上以后，使托盘平稳不动；若测试热输出和热滞后参数，则不需要加载荷；

第七步：测量在各级温度下高温应变片产生的应变；

第八步：数据处理，获得高温应变片的各项性能参数，其中恒高温下位移加载测得的蠕变数据为高温应变片自身的蠕变参数，力加载测得的蠕变数据为等强度标定梁的材料和高温应变片自身的蠕变量之和，两者之差即为高温下等强度标定梁的材料蠕变参数。

其附加特征在于：

所述测试方法第二步中使用的夹具具有12个，悉数用螺钉固定于专用杆上。

所述测试装置的基本技术参数为：

a.应变片最高标定工作温度700℃；

b.应变片工作区温度不均匀度不超过±1℃；

c.应变场额定应变为±1000微应变；

d.标定梁工作区应变场不均匀度在0.2％～0.5％内；

e.位移加载器最大位移加载量20mm，加载精度10微米；

f.最大力加载量298.7N；

g.最大热功率为7kW。

本发明的效果在于：采用本发明的高温应变片性能参数测试装置，可对高温应变片的各项技术参数，如热输出、热滞后、灵敏系数随温度的变化、零漂、高温应变片自身的蠕变数据等进行测试，测试精度和可靠度高，试验结果高温重复性好。本高温应变片性能参数测试装置特设的专用夹具，可以实现高温应变片热输出的逐片标定，并使高温应变片在标定后还可再用；同时还可以对高温应变片的热输出及热滞后性能进行稳定化处理。

附图说明

图1是本发明的高温应变片性能参数测试装置的结构示意图。

图2是本发明的高温应变片性能参数测试装置的专用夹具示意图。

图3是本发明的高温应变片性能参数测试装置的专用杆示意图。

图中：1炉瓦；2电炉丝；3.热屏蔽区；4.热屏蔽区凸台；5.炉腔；6.耐火保温材料；7.热电偶；8.温度控制器；9.内循环通道；10.气腔；11.支撑圆筒；12.高温应变片；13.等强度标定梁；14.螺栓；15.位移加载器；16.砝码力加载拉杆；17.砝码；18.支架；19.上端盖；20.炉壁；21.支撑腿；22.筒座；23.外循环通道；24.封座；25.静态应变仪；26.夹具；27.专用杆；28.下端盖；29.压块；30.槽座；31.提环；32.座块；33.提杆；挡块34。

具体实施方式

如图1所示，本发明的高温应变片性能参数测试装置由加热系统、保温系统、温控系统、循环系统、支撑系统和加载系统组成。加热系统位于装置的中心，与温控系统连接；在加热系统的内部套装有支撑系统，保温系统位于加热系统的外侧；循环系统与加热系统连通，加载系统与支撑系统连接。其中：

加热系统：由环形炉瓦1、热屏蔽区3和炉腔5构成，位于装置的中心；环形炉瓦1用刚玉制成，在环形炉瓦1上缠有镍铬电炉丝2，通过电加热达到规定的温度；环形炉瓦1的内侧为环形的热屏蔽区3，热屏蔽区3的内部有一个凸台4，热屏蔽区3所围成的内侧空间构成加热空间即炉腔5，试验件置于炉腔5内；在热屏蔽区3和炉瓦1之间有一定的间隙；加热系统热功率为7kW。

保温系统：由耐火保温材料硅铝质纤维毡6、上端盖19、炉壁20、支撑腿21、筒座22、封座24和下端盖28构成；硅铝质纤维毡6填充于加热系统的外围和上下两端，硅铝质纤维毡6外围被炉壁20封装，炉壁20上下两端用上端盖19和下端盖28压紧封装，下端盖28坐落在筒座22上，筒座22焊接于支撑腿21上，封座24塞在炉腔5的上下两端，分别被上端盖19和下端盖28压紧。

温控系统：由主控热电偶7和温度控制器8构成；其中温度控制器8采用0.1级高精度PID温度调节器SR253进行温度控制，主控热电偶7插入炉腔5，获得炉腔内的实时温度，炉腔5与温度控制器8相连；将实时温度反馈回温度控制器8，使其自动按要求调节温度，温度控制器8在700℃时的控制精度为±0.1℃。

循环系统：由内循环通道9和外循环通道23构成；循环系统可以使装置内温度场均匀；炉腔5、热屏蔽区3与炉瓦1间的间隙连接形成内循环通道9，与外循环通道23通过气腔10连接；在气腔10处使用高温风机产生强迫流动。

支撑系统：由支撑圆筒圆11构成，整体座落于热屏蔽区3内部的凸台4上；焊接有高温应变片12的等强度标定梁13，通过螺栓14固定于支撑圆筒11上；支撑系统用于固定炉腔5内的试验件，以便加载。

加载系统：由位移加载器15和砝码力加载拉杆16构成；砝码力加载拉杆16与砝码17连接，并由支架18支撑。

加载系统为固定在支撑系统上的等强度标定梁13施加载荷，以使其梁上下表面产生均匀的机械应变场；加载系统具有位移载荷和力载荷两种加载方式，不同时施加，分别用于不同的目的，一是通过给定位移加载量，形成恒定应变场，测定应变片在高温下包括应变片蠕变在内的工作特性，二是通过给定力加载量，形成恒定应力场，测定标定梁13材料在高温条件下的蠕变特性；位移加载采用位移加载器15，其位移加载精度10微米，达到额定应变的最大加载量20mm，力加载采用砝码加载，达到额定应变的最大加载量298.7N。

为解决高温应变片性能稳定化处理时，应变片一旦被安装在试件上就无法取下再用的问题，本发明采用以夹代焊，设计了如图2所示的专用夹具。专用夹具26由压块29和槽座30构成；压块29具有两个，分别通过螺栓14固定在槽座30的两边，在槽座30的中间还装有与专用杆27连接的螺栓14；专用杆27在使用时放置于炉腔5内，不使用时放置于装置外，专用杆27如图3所示，由提环31、座块32、提杆33和挡块34构成；提环31和挡块34均焊接于提杆33上；专用夹具26通过装在槽座30中间的螺栓14、座块32和提杆33与专用杆27连接。

使用时，把高温应变片12安装在夹具26上，把高温应变片12夹紧，再将安装高温应变片的夹具放在试验装置中，专门用于标定高温应变片的热输出和热滞后。夹具与被测结构为同种材料，以模拟实测中真实热输出和分散度，使基底更真实地传递应变，而且夹具的结构形式和夹紧力既能保证压力均匀，有足够的抗剪力，又不会给应变片基底造成损伤。严格按规定的温度进行热循环及稳定化处理，同时监测应变片工作特性曲线随每次温度循环的改变，实现高温应变片的逐片测试，并使其经测试后仍可再使用，且可使热输出曲线的线性度改善、稳定，重复性变好。

高温应变片性能参数测试装置的基本技术参数如下：

1.应变片最高标定工作温度700℃；

2.应变片工作区温度不均匀度不超过±1℃；

3.应变场额定应变正负1000微应变；

4.标定梁工作区应变场不均匀度在0.2％～0.5％内；

5.位移加载器最大位移加载量20mm，加载精度10微米；

6.最大力加载量298.7N。

7.最大热功率：7kW

应用本发明的高温应变片性能参数测试装置，进行参数测试的步骤如下：

第一步：将高温应变片12点焊于等强度标定梁13上，等强度标定梁13的受拉和受压侧分别点焊数量相等的高温应变片12，接入静态应变仪25；若测试热输出和热滞后参数，则不需将高温应变片12点焊，仅需将高温应变片12用专用夹具26夹持，夹紧高温应变片12的基底边缘；

第二步：将等强度标定梁13装入支撑筒11，并用螺栓14固定成悬臂梁，螺栓14上均涂石墨粉以防止高温咬死；若测试热输出和热滞后参数，则将12个夹具悉数用螺钉固定于专用杆27上；

第三步：将支撑筒11放入热屏蔽区3内固定好，视加载方式不同，选择套上位移加载器15或装入力加载拉杆16；若测试热输出和热滞后参数，则将专用杆27放入热屏蔽区3，不需要装上位移加载器15或力加载拉杆16；

第四步：打开装置的电源开关，加热系统开始对炉腔5进行加热；

第五步：将预设好试验需要的温度点，并预先进行控温整定过的温度PID控制器设定升温速率，启动温度控制，使炉腔5内的温度按要求变化，测高温蠕变时，温度恒定于一高温点；

第六步：在温度到达预定的温度点平稳后进行相应的加卸载操作；若用位移加载，则旋转位移加载器15的手柄，逆时针旋转手柄为加载，顺时针旋转手柄为卸载；旋转一圈手柄，可以使等强度标定梁13上受拉和受压的应变改变50个微应变；每次旋转位移加载器15的手柄时，都要使手柄上的刻度圆盘上的刻度转回到初始值；若用力加载，则将标准重量的砝码按需要数量逐个加到托盘上，砝码放到托盘上以后，要求使托盘平稳不动；若测试热输出和热滞后参数，此步没有相应的加载操作，不需要加载荷；

第七步：测量在各级温度下高温应变片12产生的应变；

第八步：数据处理，获得高温应变片12的各项性能参数；其中恒高温下位移加载测得的蠕变数据，为高温应变片12自身的蠕变参数；力加载测得的蠕变数据，为等强度标定梁13的材料和高温应变片12自身的蠕变量之和，两者之差即为高温下等强度标定梁13的材料蠕变参数。

Claims (4)

1.一种高温应变片性能参数测试装置，其特征在于：所述的测试装置由加热系统、保温系统、温控系统、循环系统、支撑系统和加载系统组成；加热系统位于装置的中心，与温控系统连接；在加热系统的内部套装有支撑系统，保温系统位于加热系统的外侧；循环系统与加热系统连通，加载系统与支撑系统连接；其中：

加热系统：由环形炉瓦(1)、热屏蔽区(3)和炉腔(5)构成；在环形炉瓦(1)上缠有镍铬电炉丝(2)，热屏蔽区(3)位于环形炉瓦(1)的内侧，在热屏蔽区(3)上有一个凸台(4)，炉腔(5)为由热屏蔽区(3)所围成的内侧空间构成的加热空间；

保温系统：由耐火保温材料硅铝质纤维毡(6)、上端盖(19)、炉壁(20)、支撑腿(21)、筒座(22)和封座(24)构成；硅铝质纤维毡(6)填充于加热系统的外围和上下两端，硅铝质纤维毡(6)外围被炉壁(20)封装，炉壁(20)上下两端用上端盖(19)和下端盖(28)压紧封装，下端盖(28)坐落在筒座(22)上，筒座(22)焊接于支撑腿(21)上，封座(24)塞在炉腔(5)的上下两端，分别被上端盖(19)和下端盖(28)压紧；

温控系统：由主控热电偶(7)和温度控制器(8)构成；主控热电偶(7)插入炉腔(5)，炉腔(5)与温度控制器(8)相连；

循环系统：由内循环通道(9)和外循环通道(23)构成；炉腔(5)、热屏蔽区(3)与炉瓦(1)之间的间隙连接形成内循环通道(9)，内循环通道(9)和外循环通道(23)通过气腔(10)连接；

支撑系统：由支撑圆筒(11)构成，整体座落于热屏蔽区(3)内部的凸台(4)上；焊接有高温应变片(12)的等强度标定梁(13)通过螺栓(14)固定于支撑圆筒(11)上；

加载系统：由位移加载器(15)和砝码力加载拉杆(16)构成；位移加载器(15)具有手柄；砝码力加载拉杆(16)与砝码(17)连接，并由支架(18)支撑； 

所述的测试装置具有使用时与专用杆(27)连接的专用夹具(26)，专用杆(27)在使用时放置于炉腔(5)内，不使用时放置于装置外；

所述专用夹具(26)由压块(29)和槽座(30)构成；压块(29)具有两个，分别通过螺栓(14)固定在槽座(30)的两边，在槽座(30)的中间装有与专用杆(27)连接的螺栓(14)；专用杆(27)由提环(31)、座块(32)、提杆(33)和挡块(34)构成；提环(31)和挡块(34)均焊接于提杆(33)上；专用夹具(26)通过装在槽座(30)中间的螺栓(14)插入座块(32)和提杆(33)与专用杆(27)连接。

2.一种应用权利要求1所述的高温应变片性能参数测试装置的测试方法，其特征在于：所述测试方法的步骤如下：

第一步：将高温应变片(12)点焊于等强度标定梁(13)上，等强度标定梁(13)的受拉和受压侧分别点焊数量相等的高温应变片(12)，接入静态应变仪(25)；若测试热输出和热滞后参数，则不需将高温应变片(12)点焊，仅需将高温应变片(12)用专用夹具(26)夹持，夹紧高温应变片(12)的基底边缘；

第二步：将等强度标定梁(13)装入支撑圆筒(11)，并用螺栓(14)固定成悬臂梁，在螺栓(14)上均涂石墨粉；若测试热输出和热滞后参数，则将专用夹具用螺钉固定于专用杆(27)上；

第三步：将支撑圆筒(11)放入热屏蔽区(3)内固定好，视加载方式不同，选择套上位移加载器(15)或装入砝码力加载拉杆(16)；若测试热输出和热滞后参数，则将专用杆(27)放入炉腔(5)内，而不需要装上位移加载器(15)或砝码力加载拉杆(16)；

第四步：打开装置的电源开关，加热系统开始对炉腔(5)进行加热；

第五步：将预设好试验需要的温度点，并预先进行控温整定过的温度PID控制器设定升温速率，启动温度控制，使炉腔(5)内的温度按要求变化，测高温蠕变时，温度恒定于一高温点；

第六步：在温度到达预定的温度点平稳后进行相应的加卸载操作；若用 位移加载，则旋转位移加载器(15)的手柄，逆时针旋转手柄为加载，顺时针旋转手柄为卸载；旋转一圈手柄，使等强度标定梁(13)上受拉和受压的应变改变50个微应变；每次旋转位移加载器(15)的手柄时，都要使手柄上的刻度圆盘上的刻度转回到初始值；若用力加载，则将标准重量的砝码(17)按需要数量逐个加到托盘上，砝码(17)放到托盘上以后，使托盘平稳不动；若测试热输出和热滞后参数，则不需要加载荷；

第七步：测量在各级温度下高温应变片(12)产生的应变；

第八步：数据处理，获得高温应变片(12)的各项性能参数，其中恒高温下位移加载测得的蠕变数据为高温应变片(12)自身的蠕变参数，力加载测得的蠕变数据为等强度标定梁(13)的材料和高温应变片(12)自身的蠕变量之和，两种方式加载得到的蠕变量之差，即为高温下等强度标定梁(13)的材料蠕变量。

3.按照权利要求2所述的测试方法，其特征在于：所述测试方法第二步中使用的专用夹具具有12个，悉数用螺钉固定于专用杆(27)上。

4.按照权利要求2所述的测试方法，其特征在于：所述测试装置的基本技术参数为：

a.应变片最高标定工作温度700℃；

b.应变片工作区温度不均匀度不超过±1℃；

c.应变场额定应变为±1000微应变；

d.标定梁工作区应变场不均匀度在0.2％～0.5％内；

e.位移加载器最大位移加载量20mm，加载精度10微米；

f.最大力加载量298.7N；

g.最大热功率为7kW。 

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