一种电阻应变式传感器的制作方法

本实用新型涉及传感技术领域，具体涉及一种用于测量燃气轮机低压转子的轴向力的电阻应变式传感器。

背景技术：

燃气轮机低压转子上的轴向力关系到燃气轮机的正常运行。燃气轮机的压力平衡系统应当为低压转子提供合适的单向轴向载荷，以防止低压转子的推力轴承因受到超负荷的轴向力而损伤，以防止低压转子的低压轴承因受到的轴向力过小而打滑蹭伤，进而保证低压转子在其使用寿命内能够正常地运行。

现有测量燃气轮机轴向力的方式为通过测量压气机卸荷腔的压力来间接测量轴向的大小。该方式虽然具有简单、易操作的优点，但是仍存在以下不足：

1、只能测量燃气轮机整体的轴向力，无法直接测量低压转子上的轴向力，测量结果准确性差；

2、在每次正式测量前，需要进行大量的模拟试验，耗时长。

技术实现要素：

本实用新型为解决采用现有的测量燃气轮机轴向力的方式无法直接测量低压转子上的轴向力和耗时长的问题，提出一种电阻应变式传感器。

本实用新型所述的一种电阻应变式传感器包括弹性敏感元件和电阻应变单元；

弹性敏感元件包括基体和凸台；

基体为圆环，在所述圆环的两个侧面上分别设置有相同数量的多个凸台；

位于所述圆环的同一侧面上的多个凸台沿所述圆环的内环均匀分布；

位于所述圆环的一个侧面上的多个凸台与位于所述圆环的另一个侧面上的多个凸台交错分布；

凸台的上表面和下表面平行，凸台的下表面与所述圆环固定设置；

位于所述圆环的同一侧面上的相邻的两个凸台之间为凹槽，在所述凹槽的底面上固定设置有电阻应变单元；

每个电阻应变单元包括工作应变片和补偿应变片，工作应变片用于承受所述圆环轴向上的力，补偿应变片用于承受所述圆环切向上的力；

工作应变片和补偿应变片具有相同的电阻温度系数、线膨胀系数、应变灵敏度系数和初始电阻值；

弹性敏感元件紧密地设置在推力轴承内外环之间的凹槽中；

所述电阻应变式传感器还包括应变测量仪；

应变测量仪用于将电阻应变单元的电阻变化转换为电信号的变化，并以应变值的形式输出。

所述基体与凸台为一体化设置。

作为优选的，所述工作应变片和补偿应变片均为金属箔式电阻应变片。

作为优选的，所述工作应变片和补偿应变片均为高温应变片。

作为优选的，所述应变测量仪为动态应变测量仪。

作为优选的，所述凸台为立方体。

作为优选的，所述弹性敏感元件的材质为高强度钢。

本实用新型所述的一种电阻应变式传感器，弹性敏感元件紧密地设置在推力轴承内外环之间的凹槽中，弹性敏感元件的两侧分别为受压侧和受拉侧。工作应变片受到轴向的压力或者拉力后，其内部的敏感栅发生机械形变，工作应变片的电阻值相应地发生变化。弹性敏感元件受到的切向力和外部温度的变化均会对轴向力的测量结果造成影响，本实用新型通过设置补偿应变片，能够消除该影响。应变测量仪用于将电阻应变单元的电阻变化转换为电信号的变化，并以应变值的形式输出。根据弹性力学原理，将应变值转换为轴向力，从而实现了对燃气轮机低压转子的轴向力的直接测量。在使用本实用新型所述的一种电阻应变式传感器对燃气轮机低压转子的轴向力进行测量之前，无需进行大量的验证试验，节省时间。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本实用新型所述的一种电阻应变式传感器进行更详细的描述，其中：

图1是本实用新型实施例提及的弹性敏感元件受压侧的平面示意图；

图2是本实用新型实施例提及的弹性敏感元件受拉侧的平面示意图；

图3是本实用新型实施例提及的电阻应变单元的粘贴位置示意图；

图4是本实用新型实施例提及的弹性敏感元件受压侧的一个半桥测量电路的示意图；

图5是本实用新型实施例提及的弹性敏感元件受拉侧的一个半桥测量电路的示意图；

图6是本实用新型实施例提及的应变与轴向力的关系曲线示意图。

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例。

具体实施方式

实施例：下面结合图1至图6详细地说明本实施例。

图1是本实用新型实施例提及的弹性敏感元件受压侧的平面示意图，1为凸台，2为凹槽。如题1所示，在弹性敏感元件受压侧的凹槽中，设置有6个电阻应变单元。其中，1PC、2PC、3PC、4PC、5PC和6PC分别为受压侧的第一工作应变片、第二工作应变片、第三工作应变片、第四工作应变片、第五工作应变片和第六工作应变片。1KC、2KC、3KC、4KC、5KC和6KC分别为受压侧的第一补偿应变片、第二补偿应变片、第三补偿应变片、第四补偿应变片、第五补偿应变片和第六补偿应变片。

图2是本实用新型实施例提及的弹性敏感元件受拉侧的平面示意图。如图2所示，在弹性敏感元件受拉侧的凹槽中，设置有6个电阻应变单元。其中，1PT、2PT、3PT、4PT、5PT和6PT分别为受拉侧的第一工作应变片、第二工作应变片、第三工作应变片、第四工作应变片、第五工作应变片和第六工作应变片。1KT、2KT、3KT、4KT、5KT和6KT分别为受拉侧的第一补偿应变片、第二补偿应变片、第三补偿应变片、第四补偿应变片、第五补偿应变片和第六补偿应变片。

图3是本实用新型实施例提及的电阻应变单元的粘贴位置示意图，3为工作应变片，4为补偿应变片。如图3所示，在凹槽2的底面的中间位置设置有电阻应变单元。该电阻应变单元包括工作应变片3和补偿应变片4。工作应变片3和补偿应变片4均通过高温胶粘剂粘贴在凹槽2的底面上。在粘贴应变片的过程中，需要避免应变片与凹槽2的底面之间出现气泡，以免影响测量结果。工作应变片3和补偿应变片4具有相同的电阻温度系数、线膨胀系数、应变灵敏度系数和初始电阻值。工作应变片3和补偿应变片4均为高温应变片。工作应变片3和补偿应变片4均为金属箔式电阻应变片。

在测量燃气轮机低压转子上的轴向力时，弹性敏感元件被紧密地设置在推力轴承内外环之间的凹槽中。通过将弹性敏感元件与动态应变测量仪相连接，形成四个半桥测量电路。

图4是本实用新型实施例提及的弹性敏感元件受压侧的一个半桥测量电路的示意图。如图4所示，弹性敏感元件受压侧的第一工作应变片1PC、第三工作应变片3PC、第五工作应变片5PC、第五补偿应变片5KC、第三补偿应变片3KC、第一补偿应变片1KC、应变测量仪的第二工作电阻R₂和第一工作电阻R₁构成回路。U是应变测量仪施加给该回路的电压，U₀是应变测量仪对该回路的实测电压。

图5是本实用新型实施例提及的弹性敏感元件受拉侧的一个半桥测量电路的示意图。如图5所示，弹性敏感元件受拉侧的第一工作应变片1PT、第三工作应变片3PT、第五工作应变片5PT、第五补偿应变片5KT、第三补偿应变片3KT、第一补偿应变片1KT、应变测量仪的第四工作电阻R₄和第三工作电阻R₃构成回路。U₁是应变测量仪施加给该回路的电压，U₂是应变测量仪对该回路的实测电压。

两个应变片之间、应变片与应变测量仪的工作电阻之间均通过高温导线相连接。

根据弹性力学原理，弹性敏感元件受到轴向载荷时，相当于在弹性敏感元件的单跨终点施加应力集中。在已知弹性敏感元件的桥臂高度h、桥臂宽度b、相邻的两个凸台间跨度l和弹性模量E时，通过力学计算公式可知：

$P_L=\frac{16{\mathrm{eEbh}}^4}{l^3}---\left(1\right)$

公式(1)中，P_L为轴向力，e为应变。

在测量轴向力之前，使用压力试验机对本实施例所述的电阻应变式传感器进行标定，并获得应变与轴向力的关系曲线，如图6所示。

根据燃气轮机低压转子的推力轴承的尺寸，制作弹性敏感元件。将弹性敏感元件紧密地设置在推力轴承内外环之间的凹槽中。将应变测量仪与信号处理系统相连接，组成低压转子轴向力测试系统。在测量轴向力的过程中，根据应变测量仪的应变输出，计算出低压转子的轴向力，并将低压转子的轴向力数值连同低压转子的转速信号一并输入到信号处理系统中，从而得到不同转速下的低压转子轴向力数值。根据低压转子轴向力数值判定低压转子的轴向载荷是否合适，并根据判定结果对燃气轮机低压转子的轴向载荷进行精确调整。

本实施例所述的一种电阻应变式传感器，通过信号处理系统实现轴向力的测量，使轴向力测量变得简单易实现，减小弹性敏感元件安装位置处的结构调整，同时降低了弹性敏感元件摆放位置、角度对测量轴向力带来的误差，大大提高了测量精度，实现了燃气轮机低压转子轴向力的精确测量。

虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本实用新型，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本实用新型的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本实用新型的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。