CN105092372A - 一种实时监测高温高压环境中金属试样应变的系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种实时监测高温高压环境中金属试样应变的系统及方法，该系统包括两套连接组件系统、两套位移传感系统和数据采集系统；该方法包括步骤，在进行实时监测金属试样应变时，金属试样在高压釜内高温高压环境中受轴向力时，标距内金属发生伸长或缩短变形，其变形量通过固定于金属试样上的连接组件系统传递到感应铁芯，电感式引伸计能够感应到感应铁芯的位移，并发出电信号，信号放大器将电信号放大，信号采集器采集到放大后的电信号，并计算出两个连接组件系统的位移差，除以原始标距段长度，即为金属试样应变。本发明克服了现有技术中无法在高温高压环境中实时应变测量的难题，而且具有较高测量精度，可满足各种高温高压环境中力学化学交互作用试验要求。

Description

一种实时监测高温高压环境中金属试样应变的系统及方法

技术领域：

本发明属于金属材料在高温高压环境中试验研究领域，具体涉及一种实时监测高温高压环境中金属试样应变的系统及方法。

背景技术：

金属材料在高温高压环境中的力学化学交互作用开裂(如应力腐蚀、腐蚀疲劳)是很多领域面临的重要问题。典型的如核电站循环回路及蒸汽发生器传热管、火电站锅炉水冷壁、石油化工工业的压力容器等，都经常因材料发生应力腐蚀或腐蚀疲劳而导致安全事故，所以，在实验室中模拟高温高压环境来研究金属材料的力学化学交互作用问题具有重要意义。要开展此类研究，首先必须能够精确监测试样在高温高压环境中实际应变，否则其实验结果精度无法保障。然而，传统的应变引伸计，如表式引伸计、杠杆引伸计、马丁仪等都无法在高温高压环境中使用。

目前的试验方法是利用加载轴位移值去估测试样标距段的应变值(参照中国发明专利，专利申请号：201310452061.7，发明名称：一种带高温高压循环水的慢拉伸实验装置及使用方法)，然而，此方法存在以下弊端：首先，忽略了试验过程中加载轴与夹具、夹具与试样之间的间隙，导致估测的应变值往往大于实际应变值；其次，在高温高压环境中加载轴和夹具都会因温度和压力的作用发生变形，导致测得的加载轴的位移值与实际试样应变值差距较大。因此如何准确、可靠、简便的测量金属试样在高温高压环境中的应变成为该试验领域亟待解决的问题。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种实时监测高温高压环境中金属试样应变的系统及方法，以解决现有技术中无法实时监测应变和应变测量精度不够等问题。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案来实现的：

一种实时监测高温高压环境中金属试样应变的系统，包括两套连接组件系统、两套位移传感系统和数据采集系统；其中，

每一套连接组件系统均包括金属欧姆夹、连接螺杆、固定转向组件和感应铁芯，每一套位移传感系统均包括电感式引伸计，数据采集系统包括信号放大器和信号采集器；

两套连接组件系统均设置在高压釜内，其中，两个金属欧姆夹分别夹持在金属试样的两端，且每个金属欧姆夹均与一个连接螺杆的一端连接，两个连接螺杆的另一端均通过固定转向组件与一个感应铁芯的一端连接，两个感应铁芯的另一端均伸出至高压釜外；

两套位移传感系统和数据采集系统均设置在高压釜外，其中，两个电感式引伸计分别连接在两个感应铁芯的另一端，两个电感式引伸计依次与信号放大器、信号采集器相连。

本发明进一步的改进在于，每一套位移传感系统还包括空冷套，空冷套的中心均开设有空冷套中心孔，其中，高压釜上设置有高压釜盖，高压釜盖上开设有两个高压釜盖通孔，两个感应铁芯的另一端分别穿过两个高压釜盖通孔伸出至高压釜外，每个空冷套套装在一个感应铁芯与对应的高压釜盖通孔之间，每个电感式引伸计与一个空冷套之间螺纹连接，每个电感式引伸计的中心均开设有电感式引伸计中心孔，每个感应铁芯伸入至对应电感式引伸计中心孔中部。

本发明进一步的改进在于，每个空冷套均与高压釜盖上的高压釜盖通孔之间螺纹密封连接。

本发明进一步的改进在于，每个空冷套的周向上均设置有多级空冷套冷却叶片。

本发明进一步的改进在于，每个电感式引伸计与一个空冷套之间均通过O型圈密封。

本发明进一步的改进在于，两个金属欧姆夹夹持在金属试样的两端之间原始距离为标距。

本发明进一步的改进在于，固定转向组件包括上螺母、上圆锥体块、圆锥开口转向块、下圆锥体块和下螺母，其中，每个感应铁芯的上端均开设有外螺纹，上螺母、上圆锥体块、圆锥开口转向块、下圆锥体块和下螺母依次设置在每个感应铁芯的外螺纹处，拧紧两个螺母，将所述感应铁芯与固定转向组件固定。

本发明进一步的改进在于，两个连接螺杆均垂直于金属试样中轴线，两个感应铁芯均平行于金属试样中轴线。

一种实时监测高温高压环境中金属试样应变的方法，该方法基于上述一种实时监测高温高压环境中金属试样应变的系统，包括如下步骤：

在进行实时监测金属试样应变时，金属试样在高压釜内高温高压环境中受轴向力时，标距内金属发生伸长或缩短变形，其变形量通过固定于金属试样上的连接组件系统传递到感应铁芯，电感式引伸计能够感应到感应铁芯的位移，并发出电信号，信号放大器将电信号放大，信号采集器采集到放大后的电信号，并计算出两个连接组件系统的位移差，除以原始标距段长度，得到标距的实际应变，即为金属试样应变。

本发明进一步的改进在于，在进行实时监测金属试样应变之前，首先对信号采集器进行清零。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明一种实时监测高温高压环境中金属试样应变的系统，通过位于高温高压环境中的连接组件系统将金属试样的应变传递到位于常温高压的位移传感系统，进而通过数据采集系统采集信号，计算出实际应变，克服了现在技术中无法实时监测高温高压环境中应变的难题，实现了高温高压环境中金属试样应变的实时监测。

本发明一种实时监测高温高压环境中金属试样应变的方法，利用高精度电感式引伸计测量两组位于高温高压环境中的连接组件的位移差来计算金属试样的实际应变，避免了连接组件在高温高压环境中受热变形对测量结果的影响，克服了现有技术中应变测量不准确的问题，具有很高的测量精度，可满足试验要求。

综上所述，本发明设计巧妙，应用范围广，可安装于实验室常见的各种高温高压环境的试验机，包括高温高压慢拉伸应力腐蚀试验机、高温高压恒载荷应力腐蚀试验机、高温高压腐蚀疲劳试验机等，均能准确实时测量试样应变。

附图说明：

图1为本发明整体结构示意图；

图2为发明所述连接组件系统结构示意图；

图3为本发明所述位移传感系统结构示意图；

其中，1为金属欧姆夹；2为连接螺杆；3为固定转向组件；3A为圆锥开口转向块；3B-1为上圆锥体块；3B-2为下圆锥体块；3C-1为上螺母；3C-2为下螺母；4为感应铁芯；5为空冷套；5A为空冷套中心孔；5B为空冷套冷却叶片；6为电感式引伸计；6A为O型圈；6B为电感式引伸计中心孔；7为信号放大器；8为信号采集器；9为高压釜，9A为高压釜盖通孔；9B为高压釜盖；10为金属试样。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明做进一步详细说明。

如图1所示，本发明一种实时监测高温高压环境中金属试样应变的系统，包括两套连接组件系统、两套位移传感系统和数据采集系统，其中，每一套连接组件系统均包括金属欧姆夹1、连接螺杆2、固定转向组件3和感应铁芯4；每一套位移传感系统均包括：空冷套5和电感式引伸计6；数据采集系统包括：信号放大器7和信号采集器8。具体结构具体如下：

两套连接组件系统均设置在高压釜9内的高温高压环境中，其中，两个金属欧姆夹1分别夹持在金属试样10的两端，两端之间的原始距离为标距。如图2和3图所示，固定转向组件3包括上螺母3C-1、上圆锥体块3B-1、圆锥开口转向块3A、下圆锥体块3B-2和下螺母3C-2，其中，金属欧姆夹1、圆锥开口转向块3A均开设有内螺纹，连接螺杆2开设有外螺纹，金属欧姆夹1与圆锥开口转向块3A通过连接螺杆2连接。感应铁芯4开设有外螺纹，感应铁芯4开设有外螺纹的一端依次设置有上螺母3C-1、上圆锥体块3B-1、圆锥开口转向块3A、下圆锥体块3B-2和下螺母3C-2，用于调节感应铁芯4，使其与金属试样10中轴线平行，且可以无摩擦的依次穿过高压釜盖通孔9A、空冷套中心孔5A和电感式引伸计中心孔6B，且感应铁芯4伸出端位于电感式引伸计6中部，拧紧两个螺母，将感应铁芯4与固定转向组件3固定，两组连接组件结构相同。此外，连接组件系统材质均为具有较好耐腐蚀性和较高抗拉强度的高温合金材质。

如图1所示，位移传感系统和信号采集系统位于高压釜9外。如图2所示，空冷套5顶端设有圆弧面，高压釜盖通孔9A下端螺纹孔内设有内弧面，两者通过螺纹密封连接，空冷套5周向上设置有多级空冷套冷却叶片5B，以冷却高温高压溶液为常温高压溶液，空冷套5底端设有内螺纹，电感式引伸计6顶端设有外螺纹，在两者连接处安装O型圈6A，通过螺纹连接挤压O型圈6A进行密封。电感式引伸计6依次与信号放大器7、信号采集器8相连如图1所示。

本发明一种实时监测高温高压环境中金属试样应变的方法，按照所述的安装方法将所述实时监测高温高压环境中金属试样应变系统配合安装完成，打开所述信号采集器8，开始采集，然后将高压釜9温度和压力升至试验温度压力，将信号采集器清零，开始金属材料在高温高压环境中的力学化学交互作用试验，金属试样受到轴向力，标距发生伸长或缩短线性变形，其变形量可以通过固定于试样上的连接组件系统传递到感应铁芯4，电感式引伸计6能感应到两组所述感应铁芯的位移，发出电信号，信号放大器将电信号放大，信号采集器采集到放大后的电信号，计算出两个连接组件系统的位移差，再除以原始标距段长度，进而得到标距的实际应变，即为金属试样10应变。

需要注意的是，在进行实时监测金属试样10应变之前，首先对信号采集器8进行清零。

Claims (10)

1.一种实时监测高温高压环境中金属试样应变的系统，其特征在于，包括两套连接组件系统、两套位移传感系统和数据采集系统；其中，

每一套连接组件系统均包括金属欧姆夹(1)、连接螺杆(2)、固定转向组件(3)和感应铁芯(4)，每一套位移传感系统均包括电感式引伸计(6)，数据采集系统包括信号放大器(7)和信号采集器(8)；

两套连接组件系统均设置在高压釜(9)内，其中，两个金属欧姆夹(1)分别夹持在金属试样(10)的两端，且每个金属欧姆夹(1)均与一个连接螺杆(2)的一端连接，两个连接螺杆(2)的另一端均通过固定转向组件(3)与一个感应铁芯(4)的一端连接，两个感应铁芯(4)的另一端均伸出至高压釜(9)外；

两套位移传感系统和数据采集系统均设置在高压釜(9)外，其中，两个电感式引伸计(6)分别连接在两个感应铁芯(4)的另一端，两个电感式引伸计(6)依次与信号放大器(7)、信号采集器(8)相连。

2.根据权利要求1所述的一种实时监测高温高压环境中金属试样应变的系统，其特征在于，每一套位移传感系统还包括空冷套(5)，空冷套(5)的中心均开设有空冷套中心孔(5A)，其中，高压釜(9)上设置有高压釜盖(9B)，高压釜盖(9B)上开设有两个高压釜盖通孔(9A)，两个感应铁芯(4)的另一端分别穿过两个高压釜盖通孔(9A)伸出至高压釜(9)外，每个空冷套(5)套装在一个感应铁芯(4)与对应的高压釜盖通孔(9A)之间，每个电感式引伸计(6)与一个空冷套(5)之间螺纹连接，每个电感式引伸计(6)的中心均开设有电感式引伸计中心孔(6B)，每个感应铁芯(4)伸入至对应电感式引伸计中心孔(6B)中部。

3.根据权利要求2所述的一种实时监测高温高压环境中金属试样应变的系统，其特征在于，每个空冷套(5)均与高压釜盖(9B)上的高压釜盖通孔(9A)之间螺纹密封连接。

4.根据权利要求2所述的一种实时监测高温高压环境中金属试样应变的系统，其特征在于，每个空冷套(5)的周向上均设置有多级空冷套冷却叶片(5B)。

5.根据权利要求2所述的一种实时监测高温高压环境中金属试样应变的系统，其特征在于，每个电感式引伸计(6)与一个空冷套(5)之间均通过O型圈(6A)密封。

6.根据权利要求1所述的一种实时监测高温高压环境中金属试样应变的系统，其特征在于，两个金属欧姆夹(1)夹持在金属试样(10)的两端之间原始距离为标距。

7.根据权利要求1所述的一种实时监测高温高压环境中金属试样应变的系统，其特征在于，固定转向组件(3)包括上螺母(3C-1)、上圆锥体块(3B-1)、圆锥开口转向块(3A)、下圆锥体块(3B-2)和下螺母(3C-2)，其中，每个感应铁芯(4)的上端均开设有外螺纹，上螺母(3C-1)、上圆锥体块(3B-1)、圆锥开口转向块(3A)、下圆锥体块(3B-2)和下螺母(3C-2)依次设置在每个感应铁芯(4)的外螺纹处，拧紧两个螺母(3C-1、3C-2)，将所述感应铁芯(4)与固定转向组件(3)固定。

8.根据权利要求1所述的一种实时监测高温高压环境中金属试样应变的系统，其特征在于，两个连接螺杆(2)均垂直于金属试样(10)中轴线，两个感应铁芯(4)均平行于金属试样(10)中轴线。

9.一种实时监测高温高压环境中金属试样应变的方法，其特征在于，该方法基于权利要求1所述的一种实时监测高温高压环境中金属试样应变的系统，包括如下步骤：

在进行实时监测金属试样(10)应变时，金属试样(10)在高压釜(9)内高温高压环境中受轴向力时，标距内金属发生伸长或缩短变形，其变形量通过固定于金属试样(10)上的连接组件系统传递到感应铁芯(4)，电感式引伸计(6)能够感应到感应铁芯(4)的位移，并发出电信号，信号放大器(7)将电信号放大，信号采集器(8)采集到放大后的电信号，并计算出两个连接组件系统的位移差，除以原始标距段长度，得到标距的实际应变，即为金属试样(10)应变。

10.根据权利要求9所述的一种实时监测高温高压环境中金属试样应变的方法，其特征在于，在进行实时监测金属试样(10)应变之前，首先对信号采集器(8)进行清零。