[發明專利]用于高溫應變傳感器靜態性能標定裝置及標定方法

有效

• 申請號: 202011019844.2
• 申請日: 2020-09-25
• 公開（公告）號: CN112179265B
• 公開（公告）日: 2021-08-10
• 發明（設計）人: 梁軍生;劉志春;李劍;楊明杰;曹森;王大志
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G01B7/16
• 分類號: G01B7/16
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 關慧貞

1.一種用于高溫應變傳感器靜態性能標定裝置，其特征是，該裝置由高溫爐、加載測量系統組成；

所述的高溫爐(5)由加熱和保溫單元、夾持單元及溫控單元組成，其中，加熱和保溫單元位于該標定裝置中心；加熱和保溫單元由爐腔(25)、保溫石棉(22)、加熱元件(21)組成，加熱元件(21)位于爐腔(25)兩側，保溫石棉(22)和爐腔門(6)共同圍成爐腔(25)；標定裝置通過加熱元件(21)進行加熱，通過保溫石棉(22)與爐腔門(6)對爐腔進行保溫，通過控溫模塊設定程序控制溫度，并能自動調節參數；

夾持單元由頂部螺母(16)、上導向板(17)、隔熱墊(18)、連接桿(19)、標定梁夾具(23)組成；防止頂部螺母(16)受熱變形的隔熱墊(18)為納米微孔隔熱板；連接桿(19)是上部有外螺紋、下部具有內螺紋的陶瓷桿；連接桿(19)依次穿過上導向板(17)、隔熱墊(18)的中心孔、保溫石棉(22)伸入爐腔(25)內，連接桿(19)上部外螺紋與頂部螺母(16)螺紋連接固定，通過調整頂部螺母(16)與連接桿(19)螺紋連接的位置，控制連接桿(19)在爐腔(25)中的位置，連接桿(19)通過內螺紋與微調整塊螺栓(26a)在爐腔(25)中與標定梁夾具(23)連接；

標定梁夾具(23)由應變臺板(28)、T型夾具臺(29)、微調整塊(26)、緊固螺(27)組成；標定梁(24)是純彎曲的等強度梁，標定梁(24)一端插入到應變臺板(28)的方形凹槽(28a)中，應變臺板(28)上的燕尾形槽(28b)與T型夾具臺(29)的燕尾形導軌相配合，應變臺板(28)兩邊各有一個凸臺(28e)，每個凸臺(28e)中有一個中心通孔(28d)，應變臺板(28)上還加工有兩個螺紋孔(28c)；緊固螺釘(27)通過應變臺板(28)的中心通孔(28d)與微調整塊螺孔(26b)連接，T型夾具臺(29)通過夾具螺釘(30)與應變臺板(28)上的螺紋孔(28c)連接固定；

溫控單元由控溫模塊和熱電偶組成，熱電偶插入爐腔(25)中測溫，由控溫模塊實現溫度控制；

所述的加載測量系統由加載單元和測量單元組成；加載測量系統位于高溫爐(5)外側，通過支撐架定位桿(3)確定位置，并經支撐架(10)和高溫爐手輪(4)固定于爐腔門(6)上；

加載單元由電源(8)、支撐架(10)、支撐架定位桿(3)、前導向板(7)、電機驅動器(14)、電機控制器(15)、直線步進電機(9)和加載桿(20)組成，其中直線步進電機(9)通過支撐架螺栓(13)固定于支撐架(10)上，加載桿(20)通過螺紋與直線步進電機(9)的絲桿螺紋連接，電機絲桿及加載桿(20)通過前導向板(7)伸入爐腔(25)，通過控制器(15)向電機驅動器(14)輸入步進信號，驅動直線步進電機(9)，使電機絲桿和加載桿(20)通過前導向板(7)向前產生位移，并作用在標定梁(24)上施加載荷；加載桿(20)通過螺紋與直線步進電機絲桿連接，通過前導向板(7)伸入到爐腔(25)中；

測量單元由激光位移傳感器(11)、傳感器座(12)、數字信號采集表(2)、計算機(1)組成，傳感器座(12)通過支撐架螺栓(13)固定在支撐架(10)底板上，激光位移傳感器(11)安裝在傳感器座(12)上，置于直線步進電機(9)尾部，激光位移傳感器(11)通過線纜連接計算機(1)，數字信號采集表(2)通過引線與待標定的應變傳感器引腳連接，通過螺栓安裝在傳感器座(12)上，并固定在支撐架(10)底板；激光位移傳感器(11)通過測量直線步進電機(9)尾部絲桿的位移，測得標定梁(24)位移，數據在程式化編程的可視化窗口顯示采集。

2.一種用于高溫應變傳感器靜態性能標定方法，該方法基于權利要求1所述的用于高溫應變傳感器靜態性能標定裝置實現；其特征是，該方法采用高溫應變傳感器靜態性能標定裝置進行標定，方法的具體步驟如下：

第一步安裝夾持系統，

先將上導向板(17)、隔熱墊(18)通過螺栓安裝在高溫爐(5)上方，將連接桿(19)穿過上導向板(17)、隔熱墊(18)的中心孔，連接桿(19)頂部通過頂部螺母(16)螺紋固定；然后，將微調整塊(26)通過螺紋與連接桿(19)螺紋連接，同時將微調整塊(26)通過緊固螺釘(27)與應變臺板(28)連接，T型夾具臺(29)通過夾具螺釘(30)與應變臺板(28)連接；通過調整連接桿(19)長度控制在爐腔(25)中的位置；

第二步安裝標定梁與姿態調整，

標定梁(24)安裝在應變臺板(28)的方形凹槽(28a)中，通過松動緊固螺釘(27)，使標定梁夾具(23)繞緊固螺釘徑向調整角度，通過跳動儀找正，使標定梁保持豎直姿態，并通過引線連接應變傳感器引腳和數字信號采集表(2)；標定梁夾具(23)安裝好后，通過松動緊固螺釘(27)，使標定梁夾具(23)繞緊固螺釘徑向調整角度，并用跳動儀測量保證標定梁呈豎直狀態，然后擰緊緊固螺釘(27)，以保證標定梁與加載桿垂直；

第三步安裝加載測量系統，

將直線步進電機(9)固定在支撐架(10)底板上，將加載桿(20)與直線步進電機的絲桿通過螺紋連接；將電源(8)、電機驅動器(14)、電機控制器(15)安裝在支撐架(10)底板上，通過支撐架定位桿(3)確定支撐架(10)位置，保證加載桿(20)穿過前導向板(7)伸入爐腔(25)中，將支撐架(10)通過高溫爐手輪(4)與爐腔門(6)固定；安裝激光位移傳感器(11)于傳感器座(12)上；連接激光位移傳感器(11)與計算機(1)，保證計算機(1)實時記錄位移變化；

第四步對高溫傳感器靈敏度系數進行標定，

安裝完成后，操作標定裝置；啟動直線步進電機(9)，當加載桿(20)與標定梁(24)接觸，數字信號采集表(2)恰好產生示數變化時停止；此時，調整激光傳感器(11)的位置，使電機絲桿尾端在激光傳感器的量程范圍內；

先設定高溫爐(5)程序，勻速加熱至恒定高溫環境，保溫一定時間并計時，通過輸入步進信號驅動直線步進電機(9)對標定梁(24)進行加載，通過激光位移傳感器(11)測標定梁(24)位移，數字信號采集表(2)記錄應變傳感器數據變化，計算得出靈敏度系數GF：

其中，ε為標定梁上產生的微應變，R為傳感器起始阻值，ΔR為傳感器阻值變化量；

第五步對高溫傳感器漂移率進行標定，

設定高溫爐程序，勻速加熱至恒定高溫環境，保溫一定時間，通過輸入步進信號驅動直線步進電機(9)對標定梁(24)進行恒定載荷加載并計時，通過激光位移傳感器(11)測標定梁(24)位移，通過數字信號采集表(2)記錄應變傳感器隨時間變化數據，計算得出漂移率DR：

其中，Δt為恒定載荷加載時間。