CN105066872A - 一种用于室温至1200℃高温应变片参数电测装置 - Google Patents
一种用于室温至1200℃高温应变片参数电测装置 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种用于室温至1200℃高温应变片参数电测装置，涉及高温应变技术领域。该高温应变片参数电测装置由高温应变实验炉和温控系统组成，其中高温应变实验炉由加热与保温系统、撑系统、加载系统、测量系统封装组成，温控系统单独安置。使用该装置可以测量高温工况下应变片的性能参数如零漂、蠕变、热输出、热滞后、机械滞后、灵敏度系数随温度变化；常温下标定梁的弹性模量等。标定梁加工方便、测试装置许用加载力大、测试精度高、重复度好、使用温度范围广、实验结果可靠，为高温应变片标定、测量提供应用平台。
Description
技术领域
本发明涉及高温应变技术领域，特别是一种用于室温至1200℃高温应变片参数电测装置。
技术背景
工业设备在高温工况下的应变测量是测试系统中的重要一环。目前，粘贴式应变片的设计、使用参数依据国标“GB-T13992-2010”当中。由于此标准替代了1992年实行的“GB-T139921992”,而其中并无应变片标定方式的参考依据，因此常用的粘贴式电阻应变计测量装置和方法并无具体的国家标准。应变标定装置领域也鲜有人涉足。
现有的应变片标定装置一般都是常温下工作，目前国内已有少量高温应变标定装置，但具体的使用温度范围不明确。对于力加载和位移加载这两种模式，大多数标定装置只能实现其中一种。减小了设备的应用范围。而针对力加载模式，大部分设备的最大加载量程又不足以满足越来越重量级的实验要求。
从标定原理来说，现有标定装置采用四点简支梁方案的不多，基本以等强度悬臂梁作为承载梁。等强度悬臂梁的生产加工较为困难，尺寸精度不如矩形简支梁好控制。
发明内容
本发明为了解决现有应变片标定装置工作温度低，少量在高温环境应变标定的装置存在具体的使用温度范围不明确的问题，以及大多数标定装置只能实现力加载和位移加载这两种模式中一种的问题，提供了一种用于室温至1200℃高温应变片参数电测装置。
本发明的技术解决方案是：一种用于室温至1200℃高温应变片参数电测装置，其特征在于由高温应变实验炉和温控系统组成，其中高温应变实验炉由加热与保温系统、撑系统、加载系统、测量系统封装组成，温控系统单独安置；
其中加热与保温系统位于该高温应变片参数电测装置中心，加热与保温系统由电加热炉、上高温炉壳、下高温炉壳、保温石棉、环型炉管组成，其中环型炉管被包裹在保温石棉中，该系统由外到内的顺序排列依次为：上高温炉壳、下高温炉壳、保温石棉、环型炉管、电加热炉；
支撑系统由调整支脚、底座连接杆、底座螺母、外支架、下炉壳组成，底座连接杆用底座螺母固定安装在下炉壳上，整个高温应变实验炉由外支架支撑；
加载系统由砝码座、螺纹连接杆、力加载连接杆、长连接片、短连接片、支撑圆柱、载荷连接块、载荷连接杆、支撑圆柱、连接销、标定梁、固定块组成，加载力由砝码座依次传递至螺纹连接杆、力加载连接杆、支撑圆柱、载荷连接块、载荷连接杆、短连接片、连接销、标定梁，螺纹连接杆一头连接砝码座，另一头连接到力加载连接杆上，力加载连接杆通过支撑圆柱与载荷连接块连接，又通过载荷连接杆连接短连接片，将载荷加到标定梁上；
测量系统由石英棒、测量连接长杆、测量连接短杆、小螺钉、连接块、螺纹杆、绝热块、挠度测量连接块、千分表固定件、电子千分表组成，电子千分表设引线与温控显示器连接，挠度测量连接块连接测量连接短杆、测量连接长杆与加载系统的底座连接杆相连，石英棒通过小螺钉固定在连接块上，连接块与螺纹杆、绝热块、千分表固定件相连，最终连接到电子千分表上；
温控系统由控温模块和K型热电偶组成，K型热电偶插入炉腔测温，控温模块实现温度控制。
所述测试装置通过对开式铁铬铝丝对炉腔进行加热，通过保温石棉与上炉壳、下炉壳对炉腔进行保温，通过控温模块带AT功能的模块设定程序控制温度。
所述标定梁为水平放置、中间纯弯曲段的简支梁；在初次安装调试时需要用水平仪调整保证标定梁水平装配；该高温应变片参数电测装置采用矩形截面的四点接触的标定梁作为承载梁。
所述底座连接杆由两根带有外螺纹的耐热材料梁组成。
所述电子千分表固定在电炉下部中心设置的变形测量支架上，并将石英棒以一定弹簧力顶在梁的下表面进行变形测量；电子千分表量程为20mm、显示灵敏度1μm、精度±0.2％，变形值在触摸式彩屏显示器上显示。
所述电加热炉采用对开式、直径为5mm的铁铬铝丝牌号是0Cr25Al5R，电加热炉采用低压变压器供电，内热式电加热炉能长期稳定工作于1200℃，电加热炉为三段自动调节式电炉，电加热炉轴向均热带长为250mm，在均热带内温差≦5℃，其中炉温300～600℃，温差≦3℃；炉温600～800℃，温差≦4℃；炉温800～1200℃，温差≦5℃；电加热炉环型炉管采用优质三氧化二铝制造，电加热炉下半环型炉管内有高温钢防护板及承载弯矩部分，能确保电加热炉绝缘安全，上半炉丝直接烘烤试样，能提高电加热炉调节灵敏度。
所述K型热电偶测定的温度温，通过智能型数字式彩屏显示，同时智能型数字式彩屏能显示变形值，且有直观彩色模拟图，精度±0.3％、显示灵敏度0.1℃；控温仪表带有按程序升温的模块，能按用户设定升温速率升温，且能完成多段阶梯状曲线升保温，能在300～1200℃范围内任意设置温度曲线，控温模块带AT功能，能自动调节PID参数，执行单元为可控硅，用移相触发。
所述电加热炉内温度由三支K型热电偶测量，三支K型热电偶沿电加热炉内轴向分布，分别测量左、中、右三段温度；环型炉管分别按照左、中、右布置。
所述温度控制器采集三支K型热电偶信号，能结合程序设定温度，控制三段环型炉管的输出功率，保证电加热炉按照预设的程序升温，同时三段测温、三段控温的设计能保证电加热炉内温度的均一性。
本发明的方案与现有方案相比，主要优点在于采用矩形截面的四点简支梁作为承载梁，最大载荷量达到2KN，最高耐受温度1200℃，可实现力与位移两种加载模式，完成如灵敏度系数、横向效应系数、零点漂移和蠕变、机械滞后、应变极限、热输出等一系列应变片性能相关基本实验。
附图说明
图1为本发明的高温应变片性能参数测试装置的主视图；
图2为本发明的高温应变片性能参数测试装置的侧视图；
图3为本发明的高温应变片标定梁装配示意图；
图4为本发明的高温应变电测装置总装配示意图；
图5为本发明的加热与保温系统装置示意图。
[主要标记符号说明]
1-调整支脚、2-砝码座、3-螺纹连接杆、4-通心支撑座、5-推力球轴承、6-螺纹手轮、7-通心螺纹连接杆、8-力加载连接杆、9-载荷连接块、10-垫圈、11-螺栓连接杆、12-薄螺母、13-载荷连接杆、14-螺纹连接柱、15-底座固定杆、16-载荷连接杆、17-底座连接杆、18-底座螺母、19-底座主块、20-长连接片、21-应变片外接插头、22-保温石棉、23-上炉壳、24-标定梁、25-螺钉、26-垫块、27-短连接片、28-支撑圆柱、29-石英棒、30-测量连接长杆、31-测量连接短杆、32-小螺钉、33-连接块、34-螺纹杆、35-绝热块、36-挠度测量连接块、37-千分表固定件、38-电子千分表、39-支撑圆柱、40-螺钉、41-固定块、42-外支架、43-内六角螺钉、44-下炉壳、45-活页组件、46-连接销、47-热电偶、48-热电偶紧固件、49-温控模块、50-应变仪与数据采集系统、51-环型炉管、52-温度控制器、53-应变采集系统、54-电加热炉。
具体实施方案
如图1、图2、图3、图4所示，本发明提供一种用于室温至1200℃高温应变片参数电测装置，其特征在于由高温应变实验炉和温控系统组成，其中高温应变实验炉由加热与保温系统、撑系统、加载系统、测量系统封装组成，温控系统单独安置；
其中加热与保温系统位于该高温应变片参数电测装置中心，加热与保温系统由电加热炉54、上高温炉壳23、下高温炉壳44、保温石棉22、环型炉管51组成，其中环型炉管51被包裹在保温石棉22中，该系统由外到内的顺序排列依次为：上高温炉壳23、下高温炉壳44、保温石棉22、环型炉管51、电加热炉54；
支撑系统由调整支脚1、底座连接杆17、底座螺母18、外支架42、下炉壳44组成，底座连接杆17用底座螺母18固定安装在下炉壳44上，整个高温应变实验炉由外支架42支撑；
加载系统由砝码座2、螺纹连接杆3、力加载连接杆8、长连接片20、短连接片27、支撑圆柱28、载荷连接块9、载荷连接杆13、支撑圆柱39、连接销46、标定梁24、固定块41组成，加载力由砝码座2依次传递至螺纹连接杆3、力加载连接杆8、支撑圆柱39、载荷连接块9、载荷连接杆13、短连接片27、连接销46、标定梁24，螺纹连接杆3一头连接砝码座2，另一头连接到力加载连接杆8上，力加载连接杆8通过支撑圆柱39与载荷连接块9连接，又通过载荷连接杆13连接短连接片27，将载荷加到标定梁24上；
测量系统由石英棒29、测量连接长杆30、测量连接短杆31、小螺钉32、连接块33、螺纹杆34、绝热块35、挠度测量连接块36、千分表固定件37、电子千分表38组成，电子千分表38设引线与温控显示器连接，挠度测量连接块36连接测量连接短杆31、测量连接长杆30与加载系统的底座连接杆17相连，石英棒29通过小螺钉32固定在连接块33上，连接块33与螺纹杆34、绝热块35、千分表固定件37相连，最终连接到电子千分表38上；
温控系统由控温模块49和K型热电偶47组成，K型热电偶47插入炉腔测温，控温模块49实现温度控制。
所述测试装置通过对开式铁铬铝丝对炉腔进行加热，通过保温石棉22与上炉壳23、下炉壳44对炉腔进行保温，通过控温模块49带AT功能的模块设定程序控制温度。
所述标定梁24为水平放置、中间纯弯曲段的简支梁；在初次安装调试时需要用水平仪调整保证标定梁24水平装配；该高温应变片参数电测装置采用矩形截面的四点接触的标定梁24作为承载梁。
所述底座连接杆17由两根带有外螺纹的耐热材料梁组成。
所述电子千分表38固定在电炉下部中心设置的变形测量支架上，并将石英棒29以一定弹簧力顶在梁的下表面进行变形测量；电子千分表量程为20mm、显示灵敏度1μm、精度±0.2％，变形值在触摸式彩屏显示器上显示。
所述电加热炉54采用对开式、直径为5mm的铁铬铝丝牌号是0Cr25Al5R，电加热炉54采用低压变压器供电，内热式电加热炉54能长期稳定工作于1200℃，电加热炉54为三段自动调节式电炉，电加热炉54轴向均热带长为250mm，在均热带内温差≦5℃，其中炉温300～600℃，温差≦3℃；炉温600～800℃，温差≦4℃；炉温800～1200℃，温差≦5℃；电加热炉54环型炉管51采用优质三氧化二铝制造，电加热炉54下半环型炉管51内有高温钢防护板及承载弯矩部分，能确保电加热炉54绝缘安全，上半炉丝直接烘烤试样，能提高电加热炉54调节灵敏度。
所述K型热电偶47测定的温度温，通过智能型数字式彩屏显示，同时智能型数字式彩屏能显示变形值，且有直观彩色模拟图，精度±0.3％、显示灵敏度0.1℃；控温仪表带有按程序升温的模块，能按用户设定升温速率升温，且能完成多段阶梯状曲线升保温，能在300～1200℃范围内任意设置温度曲线，控温模块49带AT功能，能自动调节PID参数，执行单元为可控硅，用移相触发。
所述电加热炉54内温度由三支K型热电偶47测量，三支K型热电偶47沿电加热炉54内轴向分布，分别测量左、中、右三段温度；环型炉管51分别按照左、中、右布置。
所述温度控制器52采集三支K型热电偶47信号，能结合程序设定温度，控制三段环型炉管51的输出功率，保证电加热炉54按照预设的程序升温，同时三段测温、三段控温的设计能保证电加热炉54内温度的均一性。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种用于室温至1200℃高温应变片参数电测装置，其特征在于由高温应变实验炉和温控系统组成，其中高温应变实验炉由加热与保温系统、撑系统、加载系统、测量系统封装组成，温控系统单独安置；
其中加热与保温系统位于该高温应变片参数电测装置中心，加热与保温系统由电加热炉(54)、上高温炉壳(23)、下高温炉壳(44)、保温石棉(22)、环型炉管(51)组成，其中环型炉管(51)被包裹在保温石棉(22)中，该系统由外到内的顺序排列依次为：上高温炉壳(23)、下高温炉壳(44)、保温石棉(22)、环型炉管(51)、电加热炉(54)；
支撑系统由调整支脚(1)、底座连接杆(17)、底座螺母(18)、外支架(42)、下炉壳(44)组成，底座连接杆(17)用底座螺母(18)固定安装在下炉壳(44)上，整个高温应变实验炉由外支架(42)支撑；
加载系统由砝码座(2)、螺纹连接杆(3)、力加载连接杆(8)、长连接片(20)、短连接片(27)、支撑圆柱(28)、载荷连接块(9)、载荷连接杆(13)、支撑圆柱(39)、连接销(46)、标定梁(24)、固定块(41)组成，加载力由砝码座(2)依次传递至螺纹连接杆(3)、力加载连接杆(8)、支撑圆柱(39)、载荷连接块(9)、载荷连接杆(13)、短连接片(27)、连接销(46)、标定梁(24)，螺纹连接杆(3)一头连接砝码座(2)，另一头连接到力加载连接杆(8)上，力加载连接杆(8)通过支撑圆柱(39)与载荷连接块(9)连接，又通过载荷连接杆(13)连接短连接片(27)，将载荷加到标定梁(24)上；
测量系统由石英棒(29)、测量连接长杆(30)、测量连接短杆(31)、小螺钉(32)、连接块(33)、螺纹杆(34)、绝热块(35)、挠度测量连接块(36)、千分表固定件(37)、电子千分表(38)组成，电子千分表(38)设引线与温控显示器连接，挠度测量连接块(36)连接测量连接短杆(31)、测量连接长杆(30)与加载系统的底座连接杆(17)相连，石英棒(29)通过小螺钉(32)固定在连接块(33)上，连接块(33)与螺纹杆(34)、绝热块(35)、千分表固定件(37)相连，最终连接到电子千分表(38)上；
温控系统由控温模块(49)和K型热电偶(47)组成，K型热电偶(47)插入炉腔测温，控温模块(49)实现温度控制。
2.根据权利要求1所述用于室温至1200℃高温应变片参数电测装置，其特征在于：所述该测试装置通过对开式铁铬铝丝对炉腔进行加热，通过保温石棉(22)与上炉壳(23)、下炉壳(44)对炉腔进行保温，通过控温模块(49)带AT功能的模块设定程序控制温度。
3.根据权利要求1所述用于室温至1200℃高温应变片参数电测装置，其特征在于：所述标定梁(24)为水平放置、中间纯弯曲段的简支梁；在初次安装调试时需要用水平仪调整保证标定梁(24)水平装配；该高温应变片参数电测装置采用矩形截面的四点接触的标定梁(24)作为承载梁。
4.根据权利要求1所述用于室温至1200℃高温应变片参数电测装置，其特征在于：所述底座连接杆(17)由两根带有外螺纹的耐热材料梁组成。
5.根据权利要求1所述用于室温至1200℃高温应变片参数电测装置，其特征在于：所述电子千分表(38)固定在电炉下部中心设置的变形测量支架上，并将石英棒(29)以一定弹簧力顶在梁的下表面进行变形测量；电子千分表量程为20mm、显示灵敏度1μm、精度±0.2％，变形值在触摸式彩屏显示器上显示。
6.根据权利要求1所述用于室温至1200℃高温应变片参数电测装置，其特征在于：所述电加热炉(54)采用对开式、直径为5mm的铁铬铝丝牌号是0Cr25Al5R，电加热炉(54)采用低压变压器供电，内热式电加热炉(54)能长期稳定工作于1200℃，电加热炉(54)为三段自动调节式电炉，电加热炉(54)轴向均热带长为250mm，在均热带内温差≦5℃，其中炉温300～600℃，温差≦3℃；炉温600～800℃，温差≦4℃；炉温800～1200℃，温差≦5℃；电加热炉(54)环型炉管(51)采用优质三氧化二铝制造，电加热炉(54)下半环型炉管(51)内有高温钢防护板及承载弯矩部分，能确保电加热炉(54)绝缘安全，上半炉丝直接烘烤试样，能提高电加热炉(54)调节灵敏度。
7.根据权利要求1所述用于室温至1200℃高温应变片参数电测装置，其特征在于：所述K型热电偶(47)测定的温度温，通过智能型数字式彩屏显示，同时智能型数字式彩屏能显示变形值，且有直观彩色模拟图，精度±0.3％、显示灵敏度0.1℃；控温仪表带有按程序升温的模块，能按用户设定升温速率升温，且能完成多段阶梯状曲线升保温，能在300～1200℃范围内任意设置温度曲线，控温模块(49)带AT功能，能自动调节PID参数，执行单元为可控硅，用移相触发。
8.根据权利要求1所述用于室温至1200℃高温应变片参数电测装置，其特征在于：所述电加热炉(54)内温度由三支K型热电偶(47)测量，三支K型热电偶(47)沿电加热炉(54)内轴向分布，分别测量左、中、右三段温度；环型炉管(51)分别按照左、中、右布置。
9.根据权利要求1所述用于室温至1200℃高温应变片参数电测装置，其特征在于：所述温度控制器(52)采集三支K型热电偶(47)信号，能结合程序设定温度，控制三段环型炉管(51)的输出功率，保证电加热炉(54)按照预设的程序升温，同时三段测温、三段控温的设计能保证电加热炉(54)内温度的均一性。
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