一种一体式柔性应力传感器的制作方法

1.本发明属于核电厂阀门阀杆轴向推力和扭矩测试技术领域，具体涉及一种一体式柔性应力传感器。


背景技术：

2.国内外核电厂在进行阀门性能诊断测试时，为评价阀门整体性能，需要测量阀杆所受到的推力和扭矩，部分空间允许的阀门可以在出厂阶段或者阀门安装阶段，便直接粘贴永久性的应变片于阀杆上，再为应变片焊接线缆接口。
3.但是在国内核电行业中，大多数阀门在出厂和安装阶段也没有强制安装应变片，许多阀门的阀杆在设计上也没有预留粘贴永久性应变片的空间，且在处于运行阶段的核电厂内，部分阀门处于高辐射剂量区域，故每次大修时都为阀杆粘贴应变片再焊接线缆接口的做法难度较高、费时较长，会增加了阀门检修人员的受辐照水平。若现场应变片粘贴效果不好，也会直接影响应变片的测量精度，从而影响测试人员对阀门状态的评价。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种一体式柔性应力传感器，可安装于阀杆的圆柱光杆上测量推力和扭矩，且能够在小范围内(设计直径
±
3mm内)适用于不同直径的阀杆，安装和拆卸方便、操作简单，能够提高核电厂阀门性能诊断的工作效率。
5.本发明的技术方案如下：一种一体式柔性应力传感器，包括柔性金属薄片、夹持挡块、柔性电路、全桥配置推力应变计、全桥配置扭矩应变计和信号线缆；所述的柔性金属薄片作为基体，柔性金属薄片短边两端各焊接一夹持挡块，柔性电路、一组全桥配置的推力应变计和一组全桥配置的扭矩应变计通过封装胶封装于基体上，信号线缆焊接于柔性电路预留的端子上。
6.所述的柔性金属薄片由0.05-0.2mm厚度不锈钢材料制成，自然状态下为弯曲状态，展开后为矩形条状平面，两侧短边各焊接一块夹持挡块。
7.所述的全桥配置推力应变计为四个应变片组成的惠斯通测量电路。
8.所述的全桥配置扭矩应变计为四个应变片组成的惠斯通测量电路，应变片与金属薄片长边呈
±
45
°
角布置。
9.所述的柔性电路粘附于金属薄片基体上，在连接应变计的同时，通过预留有焊接接口与信号线缆相连。
10.所述的信号线缆一端焊接于柔性电路上，另一端为测试主机接口，将应变片产生的电压信号输出。
11.本发明的有益效果在于：一种一体式柔性应力传感器，应变片及信号线缆在制作阶段封装于柔性金属薄片基体上，能够在空间狭小的阀门轭架中，通过专用夹具永久性或临时性地在阀杆光杆上快速安装，拆卸传感器也只需将金属薄片沿周向简单撕下，再用砂纸对阀杆上残留的粘合剂进行打磨即可，不会损伤阀杆本体，有效降低人工粘贴应变片和
焊接线缆所带来的放射性照射剂量。通过不同方向布置的应变计，能够动态或静态地同时测量阀杆受到的推力和扭矩，在考虑到安装误差以及不同阀杆直径所产生误差的情况下，测试精度满足阀门诊断测试精度的要求，约为7％。同时，该传感器可拓展应用于其他领域内圆柱杆的推力和扭矩测量。
附图说明
12.图1为本发明所提供的一体式柔性应力传感器展开后的结构示意图；
13.图2为本发明所提供的一体式柔性应力传感器安装应用示意图；
14.图3为本发明所提供的一体式柔性应力传感器的局部安装应用示意图。
15.图中：1夹持挡块，2柔性金属薄片，3全桥配置扭矩应变计，4全桥配置推力应变计，5柔性电路，6传感器封装胶，7线缆固定金属片，8信号线缆，9阀杆，10传感器固定夹，11一体式柔性应力传感器，12阀门轭架，13粘合剂。
具体实施方式
16.下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。
17.本发明提供的一种一体式柔性应力传感器，该传感器包括柔性金属薄片、夹持挡块、柔性电路、全桥配置推力应变计、全桥配置扭矩应变计和信号线缆；柔性金属薄片作为基体，柔性金属薄片短边两端各焊接一块夹持挡块，柔性电路、一组全桥配置的推力应变计和一组全桥配置的扭矩应变计通过封装胶永久性封装于基体上，信号线缆则是焊接于柔性电路预留的端子上。
18.所述的柔性金属薄片由0.05-0.2mm厚度不锈钢材料制成，自然状态下为弯曲状态，展开后为矩形条状平面，薄片的两侧短边各焊接一块夹持挡块；
19.所述的全桥配置推力应变计为四个应变片组成的惠斯通测量电路；
20.所述的全桥配置扭矩应变计为四个应变片组成的惠斯通测量电路，应变片与金属薄片长边呈
±
45
°
角布置；
21.所述的柔性电路粘附于金属薄片基体上，在连接应变计的同时，通过预留有焊接接口与信号线缆相连；
22.所述的信号线缆一端焊接于柔性电路上，另一端为测试主机接口，将应变片产生的电压信号输出。
23.如图1-3所示，一体式柔性应力传感器包括夹持挡块1、柔性金属薄片2、全桥配置扭矩应变计3、全桥配置推力应变计4、柔性电路5、传感器封装胶6、线缆固定金属片7、信号线缆8。
24.其中柔性金属薄片2由0.05-0.2mm厚度不锈钢材料制成，薄片自然状态下为弯曲状态，展开后为矩形条状平面，薄片的两侧短边各焊接一块夹持挡块1，柔性金属薄片2的长边长度需应略小于相对应阀杆的周长，为传感器固定夹10或其他合适的工具提供合适的夹持距离；
25.在柔性金属薄片2外侧，通过传感器封装胶6将有全桥配置扭矩应变计3、全桥配置推力应变计4和柔性电路5封装于柔性金属薄片2表面，且如图1所示的全桥配置扭矩应变计3和全桥配置推力应变计4分别的布置间距应约为待测量阀杆周长的一半，以保证一体式柔
性应力传感器11安装于阀杆9后，应变计在阀杆9表面为180
°
周向对称分布。
26.其中，全桥配置扭矩应变计3为四个应变片组成的惠斯通测量电路，应变片与柔性金属薄片2的长边呈
±
45
°
角布置，用于测量阀杆9受到扭矩所产生的与阀杆轴线呈
±
45
°
的应变，再利用如下公式可推导阀杆9所受到的扭矩。
[0027][0028]mn
为阀杆所受扭矩，wn为阀杆的抗扭截面系数，e为阀杆材料杨氏模量，ε1为与轴线呈
±
45
°
的应变，ν为阀杆材料泊松比，d为阀杆直径；
[0029]
全桥配置推力应变计4为四个应变片组成的惠斯通测量电路，其中两个应变片与柔性金属薄片2的长边平行布置，另外两个应变片与上述长边垂直布置，用于测量阀杆9受到推力所产生的轴向应变，再通过如下公式可推导阀杆9受到的推力；
[0030][0031]
f为阀杆所受推力，e为阀杆材料杨氏模量，ε
x
为轴向应变，d为阀杆直径；
[0032]
所述的柔性电路5是以聚酰亚胺为基材制成的挠性印刷电路，其粘附于金属薄片基体2上，在连接应变计电路的同时，通过预留的焊接接口与信号线缆8相连；
[0033]
所述的信号线缆8一端焊接于柔性电路5上，另一端为测试主机接口，在线缆靠近柔性金属薄片2的边缘部分，通过焊接线缆固定金属片7以防止信号线缆8受到外力的作用而对传感器造成影响。
[0034]
使用方法：首先在柔性金属薄片2内侧均匀涂抹粘合剂13，将一体式柔性应力传感器11整体包裹于阀杆9表面，再通过传感器固定夹10或其他合适的工具夹持于柔性金属薄片2两侧的夹持挡块1上，为粘合剂固化提供一定压力，待粘合剂固化完成后，取下传感器固定夹10或相应工具，再将信号线缆8与测试主机相连即可。若采用永久性安装方式，则需另外在完成粘贴的传感器表面均匀涂抹一层耐湿、耐高温、耐腐蚀的低应力保护涂层。