一种应用于高温高压水下的应变标定装置的制作方法

1.本发明属于应变标定技术领域，具体涉及一种一种应用于高温高压水下的应变标定装置。


背景技术：

2.近些年来，随着科学技术迅猛发展、生产力水平空前提高，对测量精度和数据可靠性提出更高要求。应变是指在外力或非均匀温度场等因素作用下结构局部的相对变形，通常采用应变片测试结构应变。应变片等被广泛应用于航空、航天、核电、军工领军领域高端设备高温高压工况下的测量。在常温常压下，采用厂家提供的灵敏度参数进行设定，测得的数据具有很好的真实性和可靠性。然而，在较长时间的高温、高压条件下，应变片的热输出以及零漂和蠕变等特性都会发生较大改变，直接采用厂家给定的参数值，将导致很大的测试误差。因此，应变片在使用前需进行相关的标定。为了获取应变传感器在高温高压下的特性，需要建立一套高温高压条件下应变标定装置。
3.申请号为201610953071.2的中国发明专利“一种用于室温至1800℃高温应变校准标定装置”公布了一种由高温应变实验炉、温控系统和高温应变测试系统组成的标定装置，可测量高温工况下应变片的性能参数随温度变化特性等，仅考虑高温下力加载，加载精度较差。“刘梓才，卢琰琰，何承义.高温应变片标定装置设计[j].原子能科学技术2008,42(suppl):704
‑
706”设计了一套高温应变标定装置，有位移加载和力加载两种方式，其位移加载采用螺旋式加载器，受人为操作影响，其加工精度未能得到有效保证。


技术实现要素：

[0004]
本发明提供了一种应用于高温高压水下的应变标定装置，解决了现有的标定装置只提供高温环境下应变标定，无法实现高压环境下应变标定的问题，本发明的应变标定装置能够提高载荷加载精度。
[0005]
本发明通过下述技术方案实现：
[0006]
一种应用于高温高压水下的应变标定装置，包括高压釜、标定梁、压力系统、位移系统和温度系统；
[0007]
其中，所述标定梁用于安装被测应变传感器，所述标定梁固定安装在所述高压釜内部；
[0008]
所述压力系统为所述高压釜内部提供高压环境，所述温度系统为所述高压釜内部提供高温环境，所述位移系统采用自动位移加载单元对所述标定梁进行高温高压工况下的位移加载。
[0009]
优选的，本发明的位移系统包括自动位移加载单元和位移控制单元；
[0010]
所述自动位移加载单元包括步进电机、加载杆，所述位移控制单元给所述步进电机指令，所述步进电机产生转动，并通过传动机构将转动转换为平动，驱动加载杆产生对应的位移量，进而使标定梁产生变形，完成位移加载。
[0011]
优选的，本发明的自动位移加载单元采用一个动密封件实现所述加载杆与高压釜容器壁之间的密封；
[0012]
所述动密封件采用螺栓硬密封的形式紧固在所述高压釜的通孔处，所述动密封件包括填料合和加载件两部分，所述填料合与高压釜容器壁相连，所述加载件与填料合连接，所述填料合和加载件沿同一轴线设置有通孔供顶杆穿过，所述顶杆一端与传动机构的输出端连接，另一端与加载杆连接。
[0013]
优选的，本发明的填料合是整体结构，依次包括前螺纹段、第一螺帽段、散热段、第一圆台段和后螺纹段；
[0014]
所述前螺纹段与所述高压釜容器壁通过螺纹紧密配合，所述散热段具有高温散热作用，所述第一圆台段和后螺纹段提供与所述加载件的连接和密封；所述后螺纹段内部设置有凹形密封圈。
[0015]
优选的，本发明的加载件依次包括凸形密封圈、第二圆台段、第二螺帽段和弧形连接件；
[0016]
所述凸形密封圈穿过所述顶杆与所述凹形密封圈紧密配合，所述第二圆台段和所述第二螺帽段设置有内螺纹，与所述后螺纹段相连，所述第二圆台段的边缘具有向内的倒角，与所述第一圆台段边缘倒角的斜度一致，保证安装时两者之间的动密封。
[0017]
优选的，本发明的标定梁的下端通过固定装置固定安装在支撑筒底部；
[0018]
所述固定装置包括压块，所述压块套设在所述标定梁的下端上，且所示压块和所述标定梁上沿径向开设有安装孔，采用紧固件穿过所述压块和所述标定梁上的安装孔将所述标定梁紧固在所述支撑筒底部；
[0019]
所述标定梁的顶端装配有梁对中件，所述自动位移加载单元通过支撑筒、固定装置和梁对中件来安装调试所述标定梁的对中精度。
[0020]
优选的，本发明的梁对中件包括端塞、连接螺母、滑块和螺钉；
[0021]
所述螺钉穿过所述标定梁径向设置的安装孔，所述螺钉的两端分别抵接所述端塞和加载杆；
[0022]
所述端塞和所述加载杆外周安装有所述连接螺母；所述连接螺母和所述螺钉的两端外周安装有所述滑块。
[0023]
优选的，本发明的位移控制单元包括位移传感器和位移控制器；
[0024]
所述位移传感器用于实时获得所述加载杆给进的位移，并将实时测量值发送给所述位移控制器；
[0025]
所述位移控制器根据接收的实时测量值计算得到需要加载的位移量，输出驱动所述步进电机产生相应转动量。
[0026]
优选的，本发明的温度系统包括加热单元和温度控制单元；
[0027]
所述加热单元为所述高压釜内部均匀加热；
[0028]
所述温度控制单元包括温度传感器和温度控制器；所述温度传感器用于实时获得所述高压釜内部的温度变化，并将其发送给所述温度控制器，所述温度控制器根据接收的温度数据，对所述高压釜容器内温度调节和控制。
[0029]
优选的，本发明的压力系统包括压力变送单元和压力控制单元；
[0030]
所述压力变送单元用于为所述高压釜容器内提供高压环境；
[0031]
所述压力控制单元包括压力表和压力控制器；
[0032]
所述压力表用于实时监测所述压力变送单元产生的气体压力，并将其实时反馈给所述压力控制单元，所述压力控制单元根据接收到的压力数据，对所述高压釜容器内的压力进行调节和控制。
[0033]
本发明具有如下的优点和有益效果：
[0034]
本发明提供的应变标定装置能够应用于高温高压水下环境的标定工作，建立高温高压水下应变标定的行业标准。
[0035]
本发明提供的应变标定装置通过一套自动化位移加载系统，提高了载荷加载的精度。本发明在保证位移加载精度的情况下，可测试应变片在高温高压下的特性。
[0036]
本发明具有广泛的应用前景，仅需要替换应变装配单元，即可实现其他传感器在高温高压下位移加载。
附图说明
[0037]
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本技术的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
[0038]
图1为本发明的装置结构示意图。
[0039]
图2为本发明的标定梁安装示意图。
[0040]
图3为本发明的梁对中件示意图。
[0041]
图4为本发明的动密封填料合示意图。
[0042]
图5为本发明的动密封加载件示意图。
[0043]
图6为本发明的位移控制单元原理框图。
[0044]
图7为本发明的温度控制单元原理框图。
[0045]
图8为本发明的压力控制单元原理框图。
[0046]
附图中标记及对应的零部件名称：
[0047]1‑
高压釜，2
‑
标定梁，3
‑
传感器引线，4
‑
惰性气体储气罐，5
‑
打压装置，6
‑
压力表，7
‑
稳压器，8
‑
位移加载单元，9
‑
控制机柜，10
‑
温度控制单元，11
‑
上位机，12
‑
静密封头，13
‑
动密封件，14
‑
螺钉，15
‑
垫圈，16
‑
压块，17
‑
梁对中件，18
‑
端塞，19
‑
连接螺母，20
‑
滑环，21
‑
螺钉，22
‑
加载杆，23
‑
顶杆，24
‑
前螺纹段，23
‑
第一螺帽段，26
‑
散热段，27
‑
第一圆台段，28
‑
后螺纹段，29
‑
凹形密封圈，30
‑
凸形密封圈，31
‑
第二圆台段，32
‑
第二螺帽段，33
‑
弧形连接件。
具体实施方式
[0048]
在下文中，可在本发明的各种实施例中使用的术语“包括”或“可包括”指示所发明的功能、操作或元件的存在，并且不限制一个或更多个功能、操作或元件的增加。此外，如在本发明的各种实施例中所使用，术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。
[0049]
在本发明的各种实施例中，表述“或”或“a或/和b中的至少一个”包括同时列出的
文字的任何组合或所有组合。例如，表述“a或b”或“a或/和b中的至少一个”可包括a、可包括b或可包括a和b二者。
[0050]
在本发明的各种实施例中使用的表述(诸如“第一”、“第二”等)可修饰在各种实施例中的各种组成元件，不过可不限制相应组成元件。例如，以上表述并不限制所述元件的顺序和/或重要性。以上表述仅用于将一个元件与其它元件区别开的目的。例如，第一用户装置和第二用户装置指示不同用户装置，尽管二者都是用户装置。例如，在不脱离本发明的各种实施例的范围的情况下，第一元件可被称为第二元件，同样地，第二元件也可被称为第一元件。
[0051]
应注意到：如果描述将一个组成元件“连接”到另一组成元件，则可将第一组成元件直接连接到第二组成元件，并且可在第一组成元件和第二组成元件之间“连接”第三组成元件。相反地，当将一个组成元件“直接连接”到另一组成元件时，可理解为在第一组成元件和第二组成元件之间不存在第三组成元件。
[0052]
在本发明的各种实施例中使用的术语仅用于描述特定实施例的目的并且并非意在限制本发明的各种实施例。如在此所使用，单数形式意在也包括复数形式，除非上下文清楚地另有指示。除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本发明的各种实施例中被清楚地限定。
[0053]
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
[0054]
实施例
[0055]
相较于现有的应变标定装置主要针对高温环境，未考虑高压水下应变的特点，即现有的应变标定装置无法适用于高温高压水下的应变标定。因此本实施例提供了一种应用于高温高压水下的应变标定装置，如图1所示，本实施例的装置包括高压釜1、标定梁2、压力系统、位移系统和温度系统。
[0056]
其中，标定梁2通过固定装置固定安装在高压釜1内部，被测传感器(被测应变片)设置在标定梁2上；压力系统用于为高压釜1内部提供高压环境；位移系统采用自动位移加载单元来安装调试标定梁2的对中精度，并通过加载杆22对标定梁2进行位移加载；温度系统用于为高压釜1内部提供高温环境。
[0057]
高压釜1连接温度系统、压力系统和位移系统，包括釜盖和釜体，釜盖和釜体采用密封圈进行静密封，同时高压釜1满足压力容器的设计标准，为标定装置提供高温高压以及水下等环境。
[0058]
标定梁2的下端通过固定装置固定安装支撑筒底部，固定装置如图2所示，主要由螺钉14、垫圈15和压块16构成。标定梁2的下端安装在压块16的中心孔，采用螺钉14和垫圈15通过压块16和标定梁2的安装孔将标定梁2紧固在支撑筒底部。标定梁2的顶端装配有梁对中件17。
[0059]
如图3所示，梁对中件17主要由端塞18、连接螺母19、滑块20和螺钉21等构成，螺钉
21穿过标定梁2沿径向设置的安装孔，螺钉21的两端分别抵接端塞18和加载杆22，端塞18和加载杆22外周套设有连接螺母19，连接螺母19外周和螺钉21两端外周套设有滑块20；加载杆22通过梁对中件17作用在标定梁2两斜边交汇点，梁对中件17一方面可便于加载杆22与标定梁2的作用，另一方面可保证标定梁2安装的垂直度以及防止外力作用下产生转动。将安装好的标定梁2和支持筒放置于高压釜内，应变片贴在标定梁工作区。
[0060]
本实施例的位移系统包括自动位移加载单元和位移控制单元；其中，自动位移加载单元主要包括高精度步进电机；位移控制单元给高精度步进电机指令，电机运行并产生一定的转动量，通过传动机构将转动量转化为平动量，驱动加载杆产生对应的位移量，进一步致使标定梁产生变形，完成标定装置的位移加载。
[0061]
加载杆22需要穿过高压釜1表面及保温层作用在标定梁2上，因此，为了确保试验过程中高压釜1内部的压力稳定，本实施例设计了一个动密封件13。
[0062]
本实施例的动密封件13采用螺栓硬密封的形式紧固在高压釜的通孔处，主要包括填料合和加载件两部分，其中，填料合与高压釜1压力容器壁相连，加载件与填料合连接，填料合和加载件沿同一轴线具有通孔供顶杆23穿过。
[0063]
如图4所示，填料合是经过铣、刨、车灯加工而成的整体结构，依次包括前螺纹段24、第一螺帽段25、散热段26、第一圆台段27和后螺纹段28；其中，前螺纹段24与高压釜1容器通过螺纹紧密配合，散热段26具有高温散热作用，第一圆台段27和后螺纹段28提供与加载件的连接和密封，且填料合中心开设有通孔，以使顶杆23穿过，且在后螺纹段28内部设置有凹形密封圈29。
[0064]
如图5所示，加载件依次包括凸形密封圈30、第二圆台段31、第二螺帽段32和弧形连接件33，且加载件中心设置有通孔，以使顶杆23穿过；其中，凸形密封圈30穿过顶杆23与凹形密封圈29紧密配合，第二圆台段31和第二螺帽段32含有内螺纹，与后螺纹段28相连，第二圆台段31的边缘具有向内的倒角，与第一圆台段27边缘倒角的斜度一致，保证安装时两者之间的硬密封。
[0065]
顶杆23穿过填料合和加载件的中心通孔后与加载杆22连接，用于将传动机构转换的平动量传递给加载杆22，作用于标定梁2，完成位移加载。
[0066]
如图6所示，位移控制单元主要由激光位移传感器、变送器和位移控制器构成。在加载杆22上设计一个光靶，同时根据靶的高度设计一个传感器安装支架，通过激光位移传感器测量靶移动的位移量，即可得到加载杆22给进的位移，并将实时测量值通过变送器发送给位移控制器，位移控制器通过相应的控制算法，计算出需要加载的位移量，驱动高精度步进电机产生特定转动量。
[0067]
本实施例的温度系统包括加热单元和温度控制单元。其中，加热单元由温度控制单元进行调节和控制，为标定装置提供高温环境。加热单元包括设置在高压釜1内部的电加热丝，采用多段加热(至少三段)，使高压釜1上部、中部和下部温度均匀；如图7所示，温度控制单元主要包括温度传感器、变送器和温度控制器；电加热丝给装置升温，温度传感器用于测量温度变化，并将信号通过变送器反馈给温度控制器，温度控制器通过相应的控制算法，进行高压釜1容器内温度调节和控制。
[0068]
本实施例的压力系统包括压力变送单元和压力控制单元。其中，压力变送单元主要包括惰性气体储气罐4、打压装置5、稳压器7等；惰性气体储气罐4的出气口与稳压器7的
入气口连通，稳压器7的出气口与高压釜1连通。打压装置5在压力控制单元的控制下对稳压器7内部的气体压力进行调节和控制，压力表6用于实时测量稳压器7内部气体压力信号，并将测量得到的压力信号上传给压力控制单元。如图8所示，压力控制单元包括压力表6、压力控制器等，压力表6用于实时监测稳压器7内部气体压力并将检测的信号传送给压力控制器，压力控制器通过相应的控制算法，进行高压釜1容器内压力调节和控制。
[0069]
稳压器7与高压釜1的连接管路还设置有泄压阀、安全阀等。
[0070]
本实施例的位移控制器、温度控制器和压力控制器均集成设置在控制机柜9中，同时位移控制器、温度控制器和压力控制器可将检测数据等信号上传给上位机11进行统一监管，并能够接收上位机11下发的控制指令等。
[0071]
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。