专利名称：高温应变片性能参数测试装置及其测试方法
技术领域：
本发明属于一种测量装置，具体是一种高温应变片性能参数测量装置。
背景技术：
在核反应堆系统调试中，为了监测设备长期高温受力的应力情况，高温 应变测量是系统调试必不可少的一项重要工作。目前，常用的应变片标定装
置类型集中体现在国标"GB-T 13992-1992电阻应变计"中，主要用于室温 及中低温度下的应变片参数标定，而不适宜高温应变片的参数标定，在高温 下其性能和精度无法保障。常用的各种应变片标定装置，加载方式只有力加 载或位移加载两种方式中的一种。位移加载时位移值的测量均采用千分表或 三点挠度仪，在高温下这种位移测量方式实施不便，测量精度较差；在对应 变片进行高温稳定化处理时，须进行多次高温循环，并同时测定其有关特性 参数的变化，测试高温应变片的热输出和热滞后参数，其前提是把应变片安 装在相应的材料试件上，目前都是将应变片安装(粘贴或焊接)在与被测结 构同种材料上，在一定的温度循环中，测定应变片的输出值，但是，应变片 一旦被安装在试件上就无法取下再用，这使得应变片在检测过后即成为废 品，无法再用，因而一批应变片只能抽样标定，成本高、代表性差，特别是 在分散度很大的情况下，误差更大；更无法实现对应变片的逐片考验、稳定 化处理和逐片修正。
发明内容
本发明的目的在于提供一种反应堆调试时，可满足对设备进行长期高 温应力应变监测需求的高温应变片性能参数测量装置，为长期高温应变监测 提供数据修正。
本发明的技术方案如下
一种高温应变片性能参数测试装置，其特征在于所述的测试装置由加 热系统、保温系统、温控系统、循环系统、支撑系统和加载系统组成；加热 系统位于装置的中心，与温控系统连接；在加热系统的内部套装有支撑系统，保温系统位于加热系统的外侧；循环系统与加热系统连通，加载系统与支撑 系统连接；其中
加热系统由环形炉瓦、热屏蔽区和炉腔构成；在环形炉瓦上缠有镍 络电炉丝，热屏蔽区位于环形炉瓦的内侧，在热屏蔽区上有一个凸台，炉腔 为由热屏蔽区所围成的内侧空间构成的加热空间；
保温系统由耐火保温材料硅铝质纤维毡、上端盖、炉壁、支撑腿、筒 座和封座构成；硅铝质纤维毡填充于加热系统的外围和上下两端，硅铝质纤 维毡外围被炉壁封装，炉壁上下两端用上端盖和下端盖压紧封装，下端盖坐 落在筒座上，筒座焊接于支撑腿上，封座塞在炉腔的上下两端，分别被上端 盖和下端盖压紧；
温控系统由主控热电偶和温度控制器构成；控热电偶插入炉腔，炉腔 与温度控制器相连；
循环系统由内循环通道和外循环通道构成；炉腔、热屏蔽区与炉瓦之 间的间隙连接形成内循环通道，内循环通道和外循环通道通过气腔连接；
支撑系统由支撑圆筒构成，整体座落于热屏蔽区内部的凸台上；焊接 有高温应变片的等强度标定梁通过螺栓固定于支撑圆筒上；
加载系统由位移加载器和砝码力加载拉杆构成；位移加载器具有手柄； 码力加载拉杆与砝码连接，并由支架支撑。
其附加特征在于
所述的测试装置具有使用时与专用杆连接的专用夹具，专用杆在使用时 放置于炉腔内，不使用时放置于装置外。
所述测试装置的专用夹具由压块和槽座构成；压块具有两个，分别通过 螺栓固定在槽座的两边，在槽座的中间装有与专用杆连接的螺栓；专用杆由 提环、座块、提杆和挡块构成；提环和挡块均焊接于提杆上；专用夹具通过 装在槽座中间的螺栓插入座块和提杆与专用杆连接。
一种应用高温应变片性能参数测试装置的测试方法，其特征在于所述 测试方法的步骤如下
第一步将高温应变片点焊于等强度标定梁上，等强度标定梁的受拉和受压侧分别点焊数量相等的高温应变片，接入静态应变仪；若测试热输出和 热滞后参数，则不需将高温应变片点焊，仅需将高温应变片用专用夹具夹持, 夹紧高温应变片的基底边缘；
第二步将等强度标定梁装入支撑筒，并用螺栓固定成悬臂梁，在螺栓 上均涂石墨粉；若测试热输出和热滞后参数，则将夹具用螺钉固定于专用杆 上；
第三步将支撑筒放入热屏蔽区内固定好，视加载方式不同，选择套上 位移加载器或装入砝码力加载拉杆；若测试热输出和热滞后参数，则将专用 杆放入热屏蔽区，而不需要装上位移加载器或砝码力加载拉杆；
第四步打开装置的电源开关，加热系统开始对炉腔进行加热；
第五步将预设好试验需要的温度点，并预先进行控温整定过的温度 PID控制器设定升温速率，启动温度控制，使炉腔内的温度按要求变化，测 高温蠕变时，温度恒定于一高温点；
第六步在温度到达预定的温度点平稳后进行相应的加卸载操作；若用 位移加载，则旋转位移加载器的手柄，逆时针旋转手柄为加载，顺时针旋转 手柄为卸载；旋转一圈手柄，使等强度标定梁上受拉和受压的应变改变50 个微应变；每次旋转位移加载器的手柄时，都要使手柄上的刻度圆盘上的刻 度转回到初始值；若用力加载，则将标准重量的砝码按需要数量逐个加到托 盘上，砝码放到托盘上以后，使托盘平稳不动；若测试热输出和热滞后参数， 则不需要加载荷；
第七步测量在各级温度下高温应变片产生的应变；
第八步数据处理，获得高温应变片的各项性能参数，其中恒高温下位 移加载测得的蠕变数据为高温应变片自身的蠕变参数，力加载测得的蠕变数 据为等强度标定梁的材料和高温应变片自身的蠕变量之和，两者之差即为高 温下等强度标定梁的材料蠕变参数。
其附加特征在于
所述测试方法第二步中使用的夹具具有12个，悉数用螺钉固定于专用 杆上。所述测试装置的基本技术参数为-
a. 应变片最高标定工作温度700°C;
b. 应变片工作区温度不均匀度不超过土1。C; C.应变场额定应变为±1000微应变；
d. 标定梁工作区应变场不均匀度在0.2% ~ 0.5%内；
e. 位移加载器最大位移加载量20mm，加载精度IO微米；
f. 最大力加载量298.7N;
g. 最大热功率为7kW。
本发明的效果在于采用本发明的高温应变片性能参数测试装置，可对 高温应变片的各项技术参数，如热输出、热滞后、灵敏系数随温度的变化、 零漂、高温应变片自身的蠕变数据等进行测试，测试精度和可靠度高，试验 结果高温重复性好。本高温应变片性能参数测试装置特设的专用夹具，可以 实现高温应变片热输出的逐片标定，并使高温应变片在标定后还可再用；同 时还可以对高温应变片的热输出及热滞后性能进行稳定化处理。
图1是本发明的高温应变片性能参数测试装置的结构示意图。 图2是本发明的高温应变片性能参数测试装置的专用夹具示意图。 图3是本发明的高温应变片性能参数测试装置的专用杆示意图。 图中1炉瓦；2电炉丝；3.热屏蔽区；4.热屏蔽区凸台；5.炉腔；6. 耐火保温材料；7.热电偶；8.温度控制器；9.内循环通道；IO.气腔；11.支撑 圆筒；12.高温应变片；13.等强度标定梁；14.螺栓；15.位移加载器；16.砝 码力加载拉杆；17.砝码；18.支架；19.上端盖；20.炉壁；21.支撑腿；22.筒 座；23.外循环通道；24.封座；25.静态应变仪；26.夹具；27.专用杆；28.下 端盖；29.压块；30.槽座；31.提环；32.座块；33.提杆；挡块34。
具体实施例方式
如图1所示，本发明的高温应变片性能参数测试装置由加热系统、保温 系统、温控系统、循环系统、支撑系统和加载系统组成。加热系统位于装置
的中心，与温控系统连接；在加热系统的内部套装有支撑系统，保温系统位于加热系统的外侧；循环系统与加热系统连通，加载系统与支撑系统连接。 其中
加热系统由环形炉瓦l、热屏蔽区3和炉腔5构成，位于装置的中心； 环形炉瓦l用刚玉制成，在环形炉瓦1上缠有镍铬电炉丝2，通过电加热达 到规定的温度；环形炉瓦1的内侧为环形的热屏蔽区3，热屏蔽区3的内部 有一个凸台4，热屏蔽区3所围成的内侧空间构成加热空间即炉腔5，试验
件置于炉腔5内；在热屏蔽区3和炉瓦1之间有一定的间隙；加热系统热功
率为7kW。
保温系统由耐火保温材料硅铝质纤维毡6、上端盖19、炉壁20、支撑 腿21、筒座22、封座24和下端盖28构成；硅铝质纤维毡6填充于加热系 统的外围和上下两端，硅铝质纤维毡6外围被炉壁20封装，炉壁20上下两 端用上端盖19和下端盖28压紧封装，下端盖28坐落在筒座22上，筒座22 焊接于支撑腿21上，封座24塞在炉腔5的上下两端，分别被上端盖19和 下端盖28压紧。
温控系统由主控热电偶7和温度控制器8构成；其中温度控制器8采 用0.1级高精度PID温度调节器SR253进行温度控制，主控热电偶7插入炉 腔5，获得炉腔内的实时温度，炉腔5与温度控制器8相连；将实时温度反 馈回温度控制器8，使其自动按要求调节温度，温度控制器8在700°C时的 控制精度为士0.1。C。
循环系统由内循环通道9和外循环通道23构成；循环系统可以使装 置内温度场均匀；炉腔5、热屏蔽区3与炉瓦1间的间隙连接形成内循环通 道9，与外循环通道23通过气腔10连接；在气腔10处使用高温风机产生强 迫流动。
支撑系统由支撑圆筒圆11构成，整体座落于热屏蔽区3内部的凸台4 上；焊接有高温应变片12的等强度标定梁13，通过螺栓14固定于支撑圆筒 11上；支撑系统用于固定炉腔5内的试验件，以便加载。
加载系统由位移加载器15和砝码力加载拉杆16构成；砝码力加载拉 杆16与砝码17连接，并由支架18支撑。加载系统为固定在支撑系统上的等强度标定梁13施加载荷，以使其梁 上下表面产生均匀的机械应变场；加载系统具有位移载荷和力载荷两种加载 方式，不同时施加，分别用于不同的目的， 一是通过给定位移加载量，形成 恒定应变场，测定应变片在高温下包括应变片蠕变在内的工作特性，二是通 过给定力加载量，形成恒定应力场，测定标定梁13材料在高温条件下的蠕 变特性；位移加载采用位移加载器15，其位移加载精度10微米，达到额定 应变的最大加载量20mm，力加载采用砝码加载，达到额定应变的最大加载 量298.7N。
为解决高温应变片性能稳定化处理时，应变片一旦被安装在试件上就无 法取下再用的问题，本发明采用以夹代焊，设计了如图2所示的专用夹具。 专用夹具26由压块29和槽座30构成；压块29具有两个，分别通过螺栓14 固定在槽座30的两边，在槽座30的中间还装有与专用杆27连接的螺栓14; 专用杆27在使用时放置于炉腔5内，不使用时放置于装置外，专用杆27如 图3所示，由提环31、座块32、提杆33和挡块34构成；提环31和挡块34 均焊接于提杆33上；专用夹具26通过装在槽座30中间的螺栓14、座块32 和提杆33与专用杆27连接。
使用时，把高温应变片12安装在夹具26上，把高温应变片12夹紧， 再将安装高温应变片的夹具放在试验装置中，专门用于标定高温应变片的热 输出和热滞后。夹具与被测结构为同种材料，以模拟实测中真实热输出和分 散度，使基底更真实地传递应变，而且夹具的结构形式和夹紧力既能保证压 力均匀，有足够的抗剪力，又不会给应变片基底造成损伤。严格按规定的温 度进行热循环及稳定化处理，同时监测应变片工作特性曲线随每次温度循环 的改变，实现高温应变片的逐片测试，并使其经测试后仍可再使用，且可使 热输出曲线的线性度改善、稳定，重复性变好。
高温应变片性能参数测试装置的基本技术参数如下
1. 应变片最高标定工作温度700°C;
2. 应变片工作区温度不均匀度不超过± rc;
3. 应变场额定应变正负1000微应变；4. 标定梁工作区应变场不均匀度在0.2% ~ 0.5%内；
5. 位移加载器最大位移加载量20mm，加载精度10微米；
6. 最大力加载量298.7N。
7. 最大热功率7kW
应用本发明的高温应变片性能参数测试装置，进行参数测试的步骤如
下
第一步将高温应变片12点焊于等强度标定梁13上，等强度标定梁13 的受拉和受压侧分别点悍数量相等的高温应变片12，接入静态应变仪25; 若测试热输出和热滞后参数，则不需将高温应变片12点焊，仅需将高温应 变片12用专用夹具26夹持，夹紧高温应变片12的基底边缘；
第二步:将等强度标定梁13装入支撑筒ll，并用螺栓14固定成悬臂梁，
螺栓14上均涂石墨粉以防止高温咬死；若测试热输出和热滞后参数，则将
12个夹具悉数用螺钉固定于专用杆27上；
第三步将支撑筒11放入热屏蔽区3内固定好，视加载方式不同，选 择套上位移加载器15或装入力加载拉杆16;若测试热输出和热滞后参数， 则将专用杆27放入热屏蔽区3，不需要装上位移加载器15或力加载拉杆16; 第四步打开装置的电源开关，加热系统开始对炉腔5进行加热； 第五步将预设好试验需要的温度点，并预先进行控温整定过的温度
PID控制器设定升温速率，启动温度控制，使炉腔5内的温度按要求变化， 测高温蠕变时，温度恒定于一高温点；
第六步在温度到达预定的温度点平稳后进行相应的加卸载操作；若用 位移加载，则旋转位移加载器15的手柄，逆时针旋转手柄为加载，顺时针 旋转手柄为卸载；旋转一圈手柄，可以使等强度标定梁13上受拉和受压的 应变改变50个微应变；每次旋转位移加载器15的手柄时，都要使手柄上的 刻度圆盘上的刻度转回到初始值；若用力加载，则将标准重量的砝码按需要 数量逐个加到托盘上，砝码放到托盘上以后，要求使托盘平稳不动；若测试 热输出和热滞后参数，此步没有相应的加载操作，不需要加载荷；
第七步测量在各级温度下高温应变片12产生的应变；第八步数据处理，获得高温应变片12的各项性能参数；其中恒高温 下位移加载测得的蠕变数据，为高温应变片12自身的蠕变参数；力加载测 得的蠕变数据，为等强度标定梁13的材料和高温应变片12自身的蠕变量之 和，两者之差即为高温下等强度标定梁13的材料蠕变参数。
权利要求
1.一种高温应变片性能参数测试装置，其特征在于所述的测试装置由加热系统、保温系统、温控系统、循环系统、支撑系统和加载系统组成；加热系统位于装置的中心，与温控系统连接；在加热系统的内部套装有支撑系统，保温系统位于加热系统的外侧；循环系统与加热系统连通，加载系统与支撑系统连接；其中加热系统由环形炉瓦(1)、热屏蔽区(3)和炉腔(5)构成；在环形炉瓦(1)上缠有镍铬电炉丝(2)，热屏蔽区(3)位于环形炉瓦(1)的内侧，在热屏蔽区(3)上有一个凸台(4)，炉腔(5)为由热屏蔽区(3)所围成的内侧空间构成的加热空间；保温系统由耐火保温材料硅铝质纤维毡(6)、上端盖(19)、炉壁(20)、支撑腿(21)、筒座(22)和封座(24)构成；硅铝质纤维毡(6)填充于加热系统的外围和上下两端，硅铝质纤维毡(6)外围被炉壁(20)封装，炉壁(20)上下两端用上端盖(19)和下端盖(28)压紧封装，下端盖(28)坐落在筒座(22)上，筒座(22)焊接于支撑腿(21)上，封座(24)塞在炉腔(5)的上下两端，分别被上端盖(19)和下端盖(28)压紧；温控系统由主控热电偶(7)和温度控制器(8)构成；主控热电偶(7)插入炉腔(5)，炉腔(5)与温度控制器(8)相连；循环系统由内循环通道(9)和外循环通道(23)构成；炉腔(5)、热屏蔽区(3)与炉瓦(1)之间的间隙连接形成内循环通道(9)，内循环通道(9)和外循环通道(23)通过气腔(10)连接；支撑系统由支撑圆筒(11)构成，整体座落于热屏蔽区(3)内部的凸台(4)上；焊接有高温应变片(12)的等强度标定梁(13)通过螺栓(14)固定于支撑圆筒(11)上；加载系统由位移加载器(15)和砝码力加载拉杆(16)构成；位移加载器(15)具有手柄；砝码力加载拉杆(16)与砝码(17)连接，并由支架(18)支撑。
2.按照权利要求1所述的高温应变片性能参数测试装置，其特征在于所述的测试装置具有使用时与专用杆(27)连接的专用夹具(26)，专用杆 (27)在使用时放置于炉腔(5)内，不使用时放置于装置外。
3. 按照权利要求2所述的高温应变片性能参数测试装置，其特征在于: 所述测试装置的专用夹具(26)由压块(29)和槽座(30)构成；压块(29) 具有两个，分别通过螺栓(14)固定在槽座(30)的两边，在槽座(30)的 中间装有与专用杆(27)连接的螺栓(14);专用杆(27)由提环(31)、座 块(32)、提杆(33)和挡块(34)构成；提环(31)和挡块(34)均焊接 于提杆(33)上；专用夹具(26)通过装在槽座(30)中间的螺栓(14)插 入座块(32)和提杆(33)与专用杆(27)连接。
4. 一种应用高温应变片性能参数测试装置的测试方法，其特征在于 所述测试方法的步骤如下第一步将高温应变片(12)点焊于等强度标定梁(13)上，等强度标 定梁(13)的受拉和受压侧分别点焊数量相等的高温应变片(12)，接入静 态应变仪(25);若测试热输出和热滞后参数，则不需将高温应变片(12) 点焊，仅需将高温应变片(12)用专用夹具(26)夹持，夹紧高温应变片(12) 的基底边缘；第二步将等强度标定梁(13)装入支撑筒(11)，并用螺栓(14)固 定成悬臂梁，在螺栓(14)上均涂石墨粉；若测试热输出和热滞后参数，则 将夹具用螺钉固定于专用杆(27)上；第三步将支撑筒(11)放入热屏蔽区(3)内固定好，视加载方式不 同，选择套上位移加载器(15)或装入砝码力加载拉杆(16);若测试热输 出和热滞后参数，则将专用杆(27)放入炉腔(5)内，而不需要装上位移 加载器(15)或砝码力加载拉杆(16);第四步打开装置的电源开关，加热系统开始对炉腔(5)进行加热；第五步将预设好试验需要的温度点，并预先进行控温整定过的温度 PID控制器设定升温速率，启动温度控制，使炉腔(5)内的温度按要求变 化，测高温蠕变时，温度恒定于一高温点；第六步在温度到达预定的温度点平稳后进行相应的加卸载操作；若用位移加载，则旋转位移加载器(15)的手柄，逆时针旋转手柄为加载，顺时 针旋转手柄为卸载；旋转一圈手柄，使等强度标定梁(13)上受拉和受压的 应变改变50个微应变；每次旋转位移加载器(15)的手柄时，都要使手柄 上的刻度圆盘上的刻度转回到初始值；若用力加载，则将标准重量的砝码 (17)按需要数量逐个加到托盘上，砝码(17)放到托盘上以后，使托盘平 稳不动；若测试热输出和热滞后参数，则不需要加载荷；第七步测量在各级温度下高温应变片(12)产生的应变； 第八步数据处理，获得高温应变片(12)的各项性能参数，其中恒高 温下位移加载测得的蠕变数据为高温应变片(12)自身的蠕变参数，力加载 测得的蠕变数据为等强度标定梁(13)的材料和高温应变片(12)自身的蠕 变量之和，两种方式加载得到的蠕变量之差即为高温下等强度标定梁(13) 的材料蠕变量。
5. 按照权利要求3所述的高温应变片性能参数测试装置的测试方法,其 特征在于所述测试方法第二步中使用的夹具具有12个，悉数用螺钉固定 于专用杆(27)上。
6. 按照权利要求3或4所述的高温应变片性能参数测试装置的测试方 法，其特征在于所述测试装置的基本技术参数为a. 应变片最高标定工作温度700°C;b. 应变片工作区温度不均匀度不超过±1°<3;c. 应变场额定应变为± 1000微应变；d. 标定梁工作区应变场不均匀度在0.2% ~ 0.5%内；e. 位移加载器最大位移加载量20mm，加载精度10微米；f. 最大力加载量298.7N;g. 最大热功率为7kW。
全文摘要
本发明提供了一种高温应变片性能参数测试装置及其测试方法。高温应变片性能参数测试装置由加热系统、保温系统、温控系统、循环系统、支撑系统和加载系统组成。使用该装置及其测试方法可测试高温应变片的各项技术参数如零漂、热输出、热滞后、机械滞后、灵敏系数随温度的变化、高温应变片的蠕变、实测对象材料做成的等强度标定梁的蠕变等。测试精度高、高温重复性好，试验结果可靠，为长期高温应变监测提供了数据修正。
文档编号G01N3/18GK101614640SQ200910060139
公开日2009年12月30日 申请日期2009年7月28日 优先权日2009年7月28日
发明者何承义, 刘梓才, 卢琰琰, 李锡华 申请人:中国核动力研究设计院