一种间距可调夹持式高温引伸计的制作方法

本发明属于变形测量的领域，主要涉及一种用于高温测量的间距可调节的夹持式引伸计。

背景技术：

陶瓷基复合材料越来越多应用于航空和航天领域，其在高温下的力学性能的测量对于其结构设计和强度寿命预测必不可少并且测试难度较大。而引伸计是在力学性能测试中测量变形的重要工具。目前常用的引伸计大多为轴向电阻式引伸计，比如：用于拉伸、扭转、拉扭组合式引伸计，且多在常温下使用，随着试验测试需求的改变，常温引伸计虽易实现技术通用性，但并不易满足高温测试需求，为了在高温测试中应用引伸计，往往是针对特定测试进行特定设计或改装，具备一定技术要求，也易导致结构及操作上的繁杂。市面上的高温引伸计，可分为“内力接触”式和“外力接触”式两大类，“内力接触”式主要是引伸计与试验件接触时能够实现自平衡，包括“触点线套”式、“触点捆绑”式等，“外力接触”式则在引伸计使用时需要施加外力来保证与试验件的接触。下面举几个有代表性型号的高温引伸计来叙述目前常见高温引伸计的特点。

以国外epsilon3448型引伸计为例，属于“触点线套”式，即对试验件一侧点接触或者线接触，对侧由通过柔性线套装形成线接触或者较窄的面接触，多用于高温炉和感应加热系统。其优点诸多，可靠自夹持无需支架且1200摄氏度环境中使用无需冷却的引伸计，安装方便，应用陶瓷棒及柔性陶瓷纤维线进行配合，可根据不同试验空间距离更换不同长度的陶瓷棒，陶瓷棒与试验件接触的一端形状类似于圆锥面的顶点。不过这种固定于试验件的方式，不足之处在于在试验件受载过程中，若试验件是圆棒状，易导致陶瓷棒和试验件之间的相对滑动，若试验件是板件，则柔性线易在板件的棱边上被磨损，需要定期检查和更换。“触点捆绑”式单纯从与试验件固定的方式来说则类似于“触点线套”式，区别在于柔性线是从试验件的上下两端套装，还是在试验件两侧周围一圈一圈的捆绑，这种方式多见于单一用途时为了使“陶瓷刀刃”接触试验件少些滑动，而采取的人为捆绑。不过此种固定试件方式在人工操作过程中带来的松紧度并不相同，且夹持力度不尽相同，启发我们可以适当避免这类人工操作，进而提升所测信号的准确度。另外，无论是“触点线套”还是“触点捆绑”式，长期应用于高温环境，“线”的使用寿命都是有限的，需要定期更换。

而epsilon3549型引伸计属于“外力接触”式，其特点是引伸计安装在滑动支架上，达到试验温度后，可以快速的将引伸计滑动到试验件上，与试验件接触的部分为陶瓷杆，其端部有标准的凿形、v形凿形、锥度接触点等，同时没有其他辅助固定于试验件的材料。这种接触是通过控制接触力来进行的，根据接触力的值来保证试验件与引伸计的接触，这个接触力即为使用引伸计测试而额外施加给试验件的力。用于小尺寸试验件或者厚度比较小的板件时，试验件在使用过程中由于受到接触力这个外载荷而弯曲，因此不是特别适用于结构尺寸较小的试验件。

由上述描述可见，为了满足陶瓷基复合材料高温力学性能测试的需求，设计一种能够满足一定尺寸范围的试验件的变形测试，同时与试验件连接时时能够自平衡，可以避免捆绑操作等带来的不利因素的高温引伸计是有利于某些类型的试验测试的。由于这里提出的满足陶瓷基复合材料的需求，是出于其测试时的高温环境，并非针对材料本身，故设计的高温引伸计也可应用于其他材料的高温测试。

根据上述需求，本发明设计了一种结构轻巧耐磨损、安装方便、夹持自平衡，用于高温测试的引伸计，能够在一定程度上，在缩短试验操作时间、提升效率、提升信号测试准确度、提升使用寿命，避免人工操作的误差性等方面带来一定改善。

技术实现要素：

本发明的主要目的，是提供一种用于高温测量的间距可调节的夹持式高温引伸计，其可以实现夹持自平衡，尤其适用于板件的高温环境下的变形量的测量，同时还具有轻质、耐磨、操作方便的优点。

为实现上述目的，本发明提供了一种间距可调夹持式高温引伸计，包括传感部件、上引伸杆和下引伸杆，其中：上引伸杆一端连接传感部件，另一端固定连接上定位架，上定位架连接一个夹持装置，夹持装置包括上内针脚和上外针脚，上内针脚一端与上定位架固定连接，另一端为夹持端a，上外针脚一端与上定位架滑动配合，另一端伸至上内针脚的夹持端a外侧，形成弯曲的夹持端b，上压缩弹簧夹在上外针脚与上定位架之间，提供使上外针脚的夹持端b移向上内针脚的夹持端a的弹性势能，使上外针脚的夹持端b与上内针脚的夹持端a配合夹持试验件的上端，上内针脚和上外针脚靠近上定位架一端设置有上隔热屏，相应的，下引伸杆一端连接传感部件，另一端固定连接下定位架，下定位架连接另一个夹持装置，该夹持装置包括下内针脚和下外针脚，下内针脚一端与下定位架固定连接，另一端为夹持端c，下外针脚一端与下定位架滑动配合，另一端伸至下内针脚的夹持端c外侧，形成弯曲的夹持端d，下压缩弹簧夹在下外针脚与下定位架之间，提供使下外针脚的夹持端d移向下内针脚的夹持端c的弹性势能，使下外针脚的夹持端d与下内针脚的夹持端c配合夹持试验件的下端，下内针脚和下外针脚靠近下定位架一端设置有下隔热屏。

为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：

上述的上内针脚的夹持端a和下内针脚的夹持端c切削为斜面。

上述的高温引伸计包括行程杆，上引伸杆和下引伸杆相对应地各设置一个孔，行程杆的杆径大于上引伸杆上和下引伸杆上的孔的孔径，行程杆位于上引伸杆和下引伸杆之间，行程杆两端打有螺纹孔，一个上限位螺钉和一个下限位螺钉的螺纹与行程杆螺纹孔尺寸相配合，上限位螺钉穿过上引伸杆上的孔后旋入行程杆上端，下限位螺钉穿过下引伸杆上的孔后旋入行程杆下端，上限位螺钉和下限位螺钉的螺帽直径大于上引伸杆和下引伸杆上的孔的孔径，使得上引伸杆和下引伸杆只能在行程杆与对应的限位螺钉的螺帽间移动。

上述的高温引伸计还包含外壳，传感部件固定在外壳中。

上述的上定位架中间厚度薄于两侧，中间打有两个中轴对称的连接孔a，上引伸杆与上定位架固定连接的一端打有两个与连接孔a适配的孔，上内针脚与上定位架固定连接的一端打有两个与连接孔a适配的孔，两枚上定位螺钉同时穿过上定位架的连接孔a、上引伸杆的孔以及上内针脚的孔，将三者相固定；下定位架中间厚度薄于两侧，中间打有两个中轴对称的连接孔b，下引伸杆与下定位架固定连接的一端打有两个与连接孔b适配的孔，下内针脚与下定位架固定连接的一端打有两个与连接孔b适配的孔，两枚下定位螺钉同时穿过下定位架的连接孔b、下引伸杆的孔以及下内针脚的孔，将三者相固定。

上述的上定位架上端设有滑动孔a，上外针脚与上定位架连接的一端设置有与滑动孔a相适配的上外针脚滑槽，上定位销钉同时穿过滑动孔a和上外针脚滑槽将上外针脚与上定位架相限位，使上外针脚与上定位架水平滑动、竖向固定配合，上外针脚上通过上挡板销钉固定有上挡板，上压缩弹簧夹在上挡板与上定位架之间；下定位架上端设有滑动孔b，下外针脚与下定位架连接的一端设置有与滑动孔b相适配的下外针脚滑槽，下定位销钉同时穿过滑动孔b和下外针脚滑槽将下外针脚与下定位架相限位，使下外针脚与下定位架水平滑动、竖向固定配合，下外针脚上通过下挡板销钉固定有下挡板，下压缩弹簧夹在下挡板与下定位架之间。

上述的上定位架在其与上隔热屏之间的位置以及下定位架在其与下隔热屏之间的位置均固定有冷却装置；冷却装置为水冷装置。

上述的上外针脚、上内针脚、下外针脚和下内针脚为氧化铝陶瓷板制作。

上述的上隔热屏和下隔热屏为矩形陶瓷纤维板制作，厚度为9-10mm，上隔热屏中部设置有与上外针脚和上内针脚尺寸相近的方孔两个，以便上外针脚和上内针脚穿过，相应的下隔热屏中部设置有与下外针脚和下内针脚尺寸相近的方孔两个，以便下外针脚和下内针脚穿过。

上述的上定位架、下定位架、上挡板和下挡板均为金属铝制作，外壳、上引伸杆、下引伸杆和行程杆均为铝合金材料制作，传感器为电阻应变片。

本发明的用于高温测量的间距可调节的夹持式高温引伸计，主要结构包括应变传感器和隔热屏，应变传感器包括传感部件、引伸杆、行程杆、定位架、内针脚、外针脚、挡板，内外针脚根部及所述定位架前端配备冷却装置及隔热屏。

本发明具有如下有益效果：

（1）本发明的内、外针脚、定位架、压缩弹簧组成的夹持结构，实现了引伸计的自夹持，安装方便，提升操作效率，同时避免了捆绑等操作带来的人工操作弊端，有助于改善信号测试准确度；

（2）本发明的内、外针脚、定位架、压缩弹簧组成的夹持结构，便捷有效的实现了引伸计的夹持自平衡，避免了“外力接触”式应用于相对小尺寸试验件时导致的试验件受外载而弯曲。

（3）本发明采用耐高温氧化铝陶瓷杆作为内、外针脚，这种材料轻质、高硬度，可长期应用于高温环境中而几乎无损耗，比市面常见“内力接触”式高温引伸计所用的“线”更耐温，使用寿命长。

（4）本发明内针脚采用夹持端切削为斜面的长方体陶瓷杆，能更好的与外针脚配合，夹住小尺寸试验件时，不易打滑。

附图说明

图1为本发明间距可调夹持式高温引伸计结构示意图。

图2为图1所示本发明夹持试验件部分内外针脚安装的局部放大结构示意图。

图3为图2所示局部结构的装配效果示意图。

附图中的标号为：1-外壳、2-传感部件、3-上引伸杆、4-行程杆、5-上定位架、6-冷却装置、7-上隔热屏、8-上内针脚、9-上外针脚、10-下外针脚、11-下内针脚、12-下隔热屏、13-下定位架、14-下引伸杆、15-上压缩弹簧、16-上定位螺钉、17-上定位销钉、18-下压缩弹簧、19-下定位螺钉、20-下定位销钉、21-试验件、22-信号线、23-上挡板、24-下挡板、25-上挡板销钉、26-下挡板销钉、27-上限位螺钉、28-下限位螺钉。

具体实施方式

以下通过具体实施例对本发明作进一步说明。

本发明的一种间距可调夹持式高温引伸计，包括传感部件2、上引伸杆3和下引伸杆14，其中：上引伸杆3一端连接传感部件2，另一端固定连接上定位架5，上定位架5连接一个夹持装置，夹持装置包括上内针脚8和上外针脚9，上内针脚8一端与上定位架5固定连接，另一端为夹持端a，上外针脚9一端与上定位架5滑动配合，另一端伸至上内针脚8的夹持端a外侧，形成弯曲的夹持端b，上压缩弹簧15夹在上外针脚9与上定位架5之间，提供使上外针脚9的夹持端b移向上内针脚8的夹持端a的弹性势能，使上外针脚9的夹持端b与上内针脚8的夹持端a配合夹持试验件21的上端，上内针脚8和上外针脚9靠近上定位架5一端设置有上隔热屏7，相应的，下引伸杆14一端连接传感部件2，另一端固定连接下定位架13，下定位架13连接另一个夹持装置，该夹持装置包括下内针脚11和下外针脚10，下内针脚11一端与下定位架13固定连接，另一端为夹持端c，下外针脚10一端与下定位架13滑动配合，另一端伸至下内针脚11的夹持端c外侧，形成弯曲的夹持端d，下压缩弹簧18夹在下外针脚10与下定位架13之间，提供使下外针脚10的夹持端d移向下内针脚11的夹持端c的弹性势能，使下外针脚10的夹持端d与下内针脚11的夹持端c配合夹持试验件21的下端，下内针脚11和下外针脚10靠近下定位架13一端设置有下隔热屏12。

实施例中，上内针脚8的夹持端a和下内针脚11的夹持端c切削为斜面。

实施例中，高温引伸计包括行程杆4，所述的上引伸杆3和下引伸杆14相对应地各设置一个孔，行程杆4的杆径大于上引伸杆3上和下引伸杆14上的孔的孔径，行程杆4位于上引伸杆3和下引伸杆14之间，行程杆4两端打有螺纹孔，一个上限位螺钉27和一个下限位螺钉28的螺纹与行程杆4螺纹孔尺寸相配合，上限位螺钉27穿过上引伸杆3上的孔后旋入行程杆4上端，下限位螺钉28穿过下引伸杆14上的孔后旋入行程杆4下端，上限位螺钉27和下限位螺钉28的螺帽直径大于上引伸杆3和下引伸杆14上的孔的孔径，使得上引伸杆3和下引伸杆14只能在行程杆4与对应的限位螺钉的螺帽间移动。行程杆用于防止上引伸杆3和下引伸杆14之间的间距过小而无法满足标距，行程杆4、上限位螺钉27和下限位螺钉28共同实现上引伸杆3和下引伸杆14的中轴线相互平行且共面，同时防止上引伸杆3和下引伸杆14相对张开的距离过大。

实施例中，高温引伸计还包含外壳1，传感部件2固定在外壳1中。

实施例中，上定位架5中间厚度薄于两侧，中间打有两个中轴对称的连接孔a，上引伸杆3与上定位架5固定连接的一端打有两个与连接孔a适配的孔，上内针脚8与上定位架5固定连接的一端打有两个与连接孔a适配的孔，两枚上定位螺钉16同时穿过上定位架5的连接孔a、上引伸杆3的孔以及上内针脚8的孔，将三者相固定；下定位架13中间厚度薄于两侧，中间打有两个中轴对称的连接孔b，下引伸杆14与下定位架13固定连接的一端打有两个与连接孔b适配的孔，下内针脚11与下定位架13固定连接的一端打有两个与连接孔b适配的孔，两枚下定位螺钉19同时穿过下定位架13的连接孔b、下引伸杆14的孔以及下内针脚11的孔，将三者相固定。

实施例中，上定位架5上端设有滑动孔a，上外针脚9与上定位架5连接的一端设置有与滑动孔a相适配的上外针脚滑槽，上定位销钉17同时穿过滑动孔a和上外针脚滑槽将上外针脚9与上定位架5相限位，使上外针脚9与上定位架5水平滑动、竖向固定配合，上外针脚9上通过上挡板销钉25固定有上挡板23，上压缩弹簧15夹在上挡板23与上定位架5之间；下定位架13上端设有滑动孔b，下外针脚10与下定位架13连接的一端设置有与滑动孔b相适配的下外针脚滑槽，下定位销钉20同时穿过滑动孔b和下外针脚滑槽将下外针脚10与下定位架13相限位，使下外针脚10与下定位架13水平滑动、竖向固定配合，下外针脚10上通过下挡板销钉26固定有下挡板24，下压缩弹簧18夹在下挡板24与下定位架13之间。

实施例中，上定位架5在其与上隔热屏7之间的位置以及下定位架13在其与下隔热屏12之间的位置均固定有冷却装置6；冷却装置6为水冷装置。

实施例中，上外针脚9、上内针脚8、下外针脚10和下内针脚11为氧化铝陶瓷板制作。

实施例中，上隔热屏7和下隔热屏12为矩形陶瓷纤维板制作，厚度为9-10mm，上隔热屏7中部设置有与上外针脚9和上内针脚8尺寸相近的方孔两个，以便上外针脚9和上内针脚8穿过，相应的下隔热屏12中部设置有与下外针脚10和下内针脚11尺寸相近的方孔两个，以便下外针脚10和下内针脚11穿过。

实施例中，上定位架5、下定位架13、上挡板23和下挡板24均为金属铝制作，外壳1、上引伸杆3、下引伸杆14和行程杆4均为铝合金材料制作，传感器为电阻应变片。

内针脚为一端切削为斜面的长方体陶瓷杆，外针脚为末端挖孔的近l型陶瓷杆，内针脚、外针脚与定位架之间通过弹簧和挡板实现对试件的夹持及夹持间距的调节。

内针脚实现在所测量试验件上标距距离的定位，外针脚配合其提供反力和实现夹持功能。

行程杆用于防止上引伸杆3和下引伸杆14之间的间距过小而无法满足标距，保证上引伸杆3和下引伸杆14的中轴线相互平行且共面，同时防止上引伸杆3和下引伸杆14相对张开的距离过大。引伸杆则主要用于将感测到的变形信号传递给传感部件，引伸杆和传感部件部分类似于钢铁研究总院设计的yyu-5/25型引伸计。

内针脚、外针脚、挡板、定位架、引伸杆、隔热屏均为两件，行程杆4、外壳1、传感部件2均为一件。

使用时，将试验件21竖直放置，分别夹持于上内、外针脚8和9之间和下内、外针脚11和10之间，由定位架到针脚的方向为试验件厚度方向。当试验件21产生变形时，上内、外针脚8、9和下内、外针脚11、10分别与试验件21标距上部和标距下部固定接触，进而分别通过上定位架5带动上引伸杆3和通过下定位架13带动下引伸杆14，引起上引伸杆3和下引伸杆4之间的间距变化，将该间距变化传递给传感部件2，最后通过信号线22将电信号输出，完成信号的采集和存储。在高温环境中测试时，上内针脚8、上外针脚9、下内针脚11、下外针脚10可跟随试验件21置于高温环境中，上隔热屏7、下隔热屏12置于高温环境内和外皆可，冷却装置6采用水循环冷却方式，存在于高温环境外，有效阻断了高温热传导，保证了应变传感器主要构件在高温环境下的正常工作。

其中，传感部件2通过固定装置固定于外壳1上，上内针脚8通过上定位螺钉16固定于上定位架5，上外针脚9通过上定位销钉17与上定位架5相同轴线轴向定位，上压缩弹簧15穿入上外针脚9末端，上挡板23跟随上压缩弹簧15穿入上外针脚9末端，使其表面紧贴上压缩弹簧15末端，最后上挡板销钉25贯穿入上外针脚9末端孔空间内实现对上挡板23的定位，下内针脚11通过下定位螺钉19固定于下定位架13，下外针脚10通过下定位销钉20与下定位架13相同轴线轴向定位，下压缩弹簧18穿入下外针脚10末端，下挡板24跟随下压缩弹簧18穿入下外针脚10末端，使其表面紧贴下压缩弹簧18末端，最后下挡板销钉26贯穿入下外针脚10末端孔空间内实现对下挡板26的定位。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。