CN105258630A - 一种测量工件高温变形量的设备及其测量方法 - Google Patents
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Abstract
一种测量工件高温变形量的设备及其测量方法，将高温应变片粘结在工件上需要测量变形量的位置方向，将温度补偿片设置在高温应变片和工件附近，利用金属导线将高温应变片和温度补偿片连接到测量电桥电路中，使高温应变片和温度补偿片作为电桥中两条相邻的桥臂，对工件进行加热过程中，高温应变片随工件的变形而同步变形，加热结束后，高精度多通道电压测量分析仪通过测量电桥电压得到高温应变片所处的局部区域变形量及变形百分比，计算得到工件的变形量。本发明将工人从恶劣的工作环境和潜在的危险下解放出来，仅需使用一套设备即可对不同尺寸部件进行精密的测量，并能计算得到比较精确的值，有利于工艺参数的一致性。
Description
技术领域
本发明涉及一种测量工件高温变形量的设备及其测量方法。
背景技术
大型设备制造装配领域在进行热套时对部件进行测量的方法和设备。在实际的生产中，常常需要利用工件之间的过盈配合进行工件装配，甚至传递巨大的力矩，因此，设计的过盈量比较大，在安装的时候通常利用热胀冷缩的原理对孔型工件加热到数百度高温，然后将其套装在配合轴上，在这个过程中，需要测量孔型工件在加热后的扩张量。
在当前的制造中，对于数米宽的大型工件加热后，为了测量孔型工件的扩张量，比较常见的方式是在工件上铺上石棉布进行隔热，让数个工人穿上隔热衣服站在工件上使用通规和止规进行测量。在数百度的高温下，这样的测量方式对于工人的体力和心理都是一种沉重的考验，并且还存在人身安全隐患，由于使用通规和止规测得的值是一个较大的范围，无助于保持工艺的一致稳定性。而且对于不同尺寸或形状的工件，现有技术必须按其尺寸生产不同的通规或止规，通用性不够。
发明内容
本发明提供一种测量工件高温变形量的设备及其测量方法，将工人从恶劣的工作环境和潜在的危险下解放出来，仅需使用一套设备即可对不同尺寸部件进行精密的测量，并能计算得到比较精确的值，有利于工艺参数的一致性。
为了达到上述目的，本发明提供一种测量工件高温变形量的设备，包含：
若干高温应变片，其粘结设置在工件上需要测量变形量的位置方向，该高温应变片中的丝栅方向与工件变形位置的变形扩张方向平行，该高温应变片随工件变形而同步变形，高温应变片的阻值也随之变化；
若干温度补偿片，其设置方向平行于高温应变片，该温度补偿片与高温应变片之间的距离小于等于20mm，该温度补偿片与工件之间的距离小于等于20mm，该温度补偿片消除高温应变片的电阻随温度增加的效应，以消除温度对测量结果的影响；
高精度多通道电压测量分析仪，该高精度多通道电压测量分析仪中包含测量电桥电路，该测量电桥电路通过金属导线连接高温应变片和温度补偿片，高温应变片和温度补偿片作为电桥中两条相邻的桥臂，电桥中另外两条桥臂为两个阻值相同的电阻，高精度多通道电压测量分析仪通过测量电桥电压得到高温应变片所处的局部区域变形量及变形百分比，计算得到工件的变形量。
采用粘结剂将高温应变片粘结在工件上，所述的粘结剂采用耐高温粘结剂。
所述的金属导线的长度小于等于10m，金属导线的电阻阻值不随温度发生改变。
所述的高精度多通道电压测量分析仪还包含：
信号放大电路，其电性连接测量电桥电路；
电压采集电路，其电性连接信号放大电路；
控制器，其电性连接电压采集电路；
显示模块，其电性连接控制器。
所述的高精度多通道电压测量分析仪还包含：
电池，其电性连接测量电桥电路、信号放大电路；
电源电压模块，其电性连接电池，并向电压采集电路、控制器和显示模块提供电源。
本发明还提供一种测量工件高温变形量的方法，包含以下步骤：
步骤S1、将高温应变片粘结在工件上需要测量变形量的位置方向；
步骤S2、设置温度补偿片，温度补偿片的设置方向平行于高温应变片，温度补偿片与高温应变片之间的距离小于等于20mm，温度补偿片与工件之间的距离小于等于20mm；
步骤S3、利用金属导线将高温应变片和温度补偿片连接到高精度多通道电压测量分析仪中测量电桥电路中，使高温应变片和温度补偿片作为电桥中两条相邻的桥臂；
步骤S4、对工件进行加热，加热过程中，高温应变片随工件的变形而同步变形，高温应变片的阻值也随之变化；
步骤S5、加热结束后，高精度多通道电压测量分析仪通过测量电桥电压得到高温应变片所处的局部区域变形量及变形百分比，计算得到工件的变形量。
需要测量变形量的位置方向包含X轴向、Y轴向和Z轴向。
高精度多通道电压测量分析仪中的测量电桥电路获得高温应变片和温度补偿片两端的测量电压，电压采集电路将经过信号放大电路放大的测量电压输出给控制器，控制器对布置于工件上不同位置的高温应变片测得的测量电压取平均值，并将计算结果输出到显示模块进行显示。
本发明将工人从恶劣的工作环境和潜在的危险下解放出来，仅需使用一套设备即可对不同尺寸部件进行精密的测量，并能计算得到比较精确的值，有利于工艺参数的一致性。
附图说明
图1是本发明提供的测量工件高温变形量的设备的电路框图。
图2是测量电桥电路的示意图。
具体实施方式
以下根据图1～图2，具体说明本发明的较佳实施例。
如图1所示，本发明提供一种测量工件高温变形量的设备，包含：
若干高温应变片1，其粘结设置在工件上需要测量变形量的位置方向（需要测量变形量的位置方向主要包含X轴向、Y轴向和Z轴向），该高温应变片1中的丝栅方向与工件变形位置的变形扩张方向平行，该高温应变片1随工件变形而同步变形，高温应变片1的阻值也随之变化；采用粘结剂将高温应变片1粘结在工件上，所述的粘结剂采用耐高温粘结剂，例如：OB600，OB700和CC-33A等；
若干温度补偿片2，其设置方向平行于高温应变片1，该温度补偿片2与高温应变片1之间的距离小于等于20mm，该温度补偿片2与工件之间的距离小于等于20mm，该温度补偿片2消除高温应变片1的电阻随温度增加的效应，以消除温度对测量结果的影响，所述的温度补偿片2通过固定支架自由放置，温度补偿片2可以共用；
高精度多通道电压测量分析仪3，其通过金属导线连接高温应变片1和温度补偿片2，为了增加精度，所述的金属导线的长度小于等于10m，金属导线具有低的电阻温度系数，主要选用BMn40-1.5（康铜导线）或镍铬合金线，一般来说金属的电阻随温度升高而增加，但BMn40-1.5（康铜导线）或镍铬合金的电阻阻值不随温度发生改变。
所述的高精度多通道电压测量分析仪3包含：
测量电桥电路301，其通过金属导线连接高温应变片1和温度补偿片2；
信号放大电路302，其电性连接测量电桥电路301；
电压采集电路303，其电性连接信号放大电路302；
控制器304，其电性连接电压采集电路303；
显示模块305，其电性连接控制器304；
电池306，其电性连接测量电桥电路301、信号放大电路302；
电源电压模块307，其电性连接电池306，并向电压采集电路303、控制器304和显示模块305提供电源。
所述的测量电桥电路301采用通用四臂电桥（惠斯顿电桥），高温应变片1和温度补偿片2分布于电桥四个桥臂中相邻的两条桥臂上，如图2所示，R为两个阻值相等的电阻，Ry为高温应变片，Rb为温度补偿片，U0为供电电压，测量电桥电路301获得高温应变片和温度补偿片两端的测量电压ΔU（该测量电压ΔU会自动消除温度影响），电压采集电路303将经过信号放大电路302放大的测量电压ΔU输出给控制器304，控制器304对布置于工件上不同位置的高温应变片1测得的测量电压ΔU取平均值，并将计算结果输出到显示模块305进行显示，电池306作为电源，通过电源电压模块307为高精度多通道电压测量分析仪3提供电能。
本实施例中，控制器304采用单片机电路，型号为MCS-96系列产品，例如8096，8097等，电池306采用24V电池，电源电压模块307采用WD6-24S05E2/7等24VDC转5VDC芯片。
本发明还提供一种测量工件高温变形量的方法，包含以下步骤：
步骤S1、将高温应变片粘结在工件上需要测量变形量的位置方向；
当需要测量多个方向的变形量时，则应该增加布置在这些方向上的高温应变片；
需要测量变形量的位置方向主要包含X轴向、Y轴向和Z轴向；
步骤S2、将温度补偿片设置在高温应变片和工件附近；
温度补偿片的设置方向平行于高温应变片，温度补偿片与高温应变片之间的距离小于等于20mm，温度补偿片与工件之间的距离小于等于20mm；
温度补偿片附近的温度分布在工件加热完毕时应该接近工件的温度，以便有效消除高温应变片的电阻随温度增加的效应；
步骤S3、利用金属导线将高温应变片和温度补偿片连接到高精度多通道电压测量分析仪中测量电桥电路中，使高温应变片和温度补偿片作为电桥中两条相邻的桥臂；
步骤S4、对工件进行加热，加热过程中，高温应变片随工件的变形而同步变形，高温应变片的阻值也随之变化；
步骤S5、加热结束后，高精度多通道电压测量分析仪通过测量电桥电压得到高温应变片所处的局部区域变形量及变形百分比，计算得到工件的变形量；
高精度多通道电压测量分析仪中的测量电桥电路获得高温应变片和温度补偿片两端的测量电压，电压采集电路将经过信号放大电路放大的测量电压输出给控制器，控制器对布置于工件上不同位置的高温应变片测得的测量电压取平均值，并将计算结果输出到显示模块进行显示。
本发明将工人从恶劣的工作环境和潜在的危险下解放出来，仅需使用一套设备即可对不同尺寸部件进行精密的测量，并能计算得到比较精确的值，有利于工艺参数的一致性，比较适合用于几何尺寸均匀、变形趋势一致的大型工件上。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
Claims (8)
1.一种测量工件高温变形量的设备，其特征在于，包含：
若干高温应变片（1），其粘结设置在工件上需要测量变形量的位置方向，该高温应变片（1）中的丝栅方向与工件变形位置的变形扩张方向平行，该高温应变片（1）随工件变形而同步变形，高温应变片（1）的阻值也随之变化；
若干温度补偿片（2），其设置方向平行于高温应变片（1），该温度补偿片（2）与高温应变片（1）之间的距离小于等于20mm，该温度补偿片（2）与工件之间的距离小于等于20mm，该温度补偿片（2）消除高温应变片（1）的电阻随温度增加的效应，以消除温度对测量结果的影响；
高精度多通道电压测量分析仪（3），该高精度多通道电压测量分析仪（3）中包含测量电桥电路（301），该测量电桥电路（301）通过金属导线连接高温应变片（1）和温度补偿片（2），高温应变片（1）和温度补偿片（2）作为电桥中两条相邻的桥臂，电桥中另外两条桥臂为两个阻值相同的电阻，高精度多通道电压测量分析仪通过测量电桥电压得到高温应变片所处的局部区域变形量及变形百分比，计算得到工件的变形量。
2.如权利要求1所述的测量工件高温变形量的设备，其特征在于，采用粘结剂将高温应变片（1）粘结在工件上，所述的粘结剂采用耐高温粘结剂。
3.如权利要求1所述的测量工件高温变形量的设备，其特征在于，所述的金属导线的长度小于等于10m，金属导线的电阻阻值不随温度发生改变。
4.如权利要求1所述的测量工件高温变形量的设备，其特征在于，所述的高精度多通道电压测量分析仪（3）还包含：
信号放大电路（302），其电性连接测量电桥电路（301）；
电压采集电路（303），其电性连接信号放大电路（302）；
控制器（304），其电性连接电压采集电路（303）；
显示模块（305），其电性连接控制器（304）。
5.如权利要求4所述的测量工件高温变形量的设备，其特征在于，所述的高精度多通道电压测量分析仪（3）还包含：
电池（306），其电性连接测量电桥电路（301）、信号放大电路（302）；
电源电压模块（307），其电性连接电池（306）、电压采集电路（303）、控制器（304）和显示模块（305）。
6.一种采用如权利要求1-5中任意一项所述的测量工件高温变形量的设备来测量工件高温变形量的方法，其特征在于，包含以下步骤：
步骤S1、将高温应变片粘结在工件上需要测量变形量的位置方向；
步骤S2、设置温度补偿片，温度补偿片的设置方向平行于高温应变片，温度补偿片与高温应变片之间的距离小于等于20mm，温度补偿片与工件之间的距离小于等于20mm；
步骤S3、利用金属导线将高温应变片和温度补偿片连接到高精度多通道电压测量分析仪中测量电桥电路中，使高温应变片和温度补偿片作为电桥中两条相邻的桥臂；
步骤S4、对工件进行加热，加热过程中，高温应变片随工件的变形而同步变形，高温应变片的阻值也随之变化；
步骤S5、加热结束后，高精度多通道电压测量分析仪通过测量电桥电压得到高温应变片所处的局部区域变形量及变形百分比，计算得到工件的变形量。
7.如权利要求6所述的测量工件高温变形量的方法，其特征在于，需要测量变形量的位置方向包含X轴向、Y轴向和Z轴向。
8.如权利要求6所述的测量工件高温变形量的方法，其特征在于，高精度多通道电压测量分析仪中的测量电桥电路获得高温应变片和温度补偿片两端的测量电压，电压采集电路将经过信号放大电路放大的测量电压输出给控制器，控制器对布置于工件上不同位置的高温应变片测得的测量电压取平均值，并将计算结果输出到显示模块进行显示。
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