专利名称：引伸式高温构件变形传感装置的制作方法
技术领域：
本发明公开了一种引伸式高温构件变形传感装置，属于结构与材料变形测量技术领 域。该传感装置可对高温金属与非金属元件变形进行在线监测。
背景技术：
高温高压管道广泛应用于火电厂、石化厂、核电厂等工厂，其安全可靠性是整个生 产系统长周期运行的重要保障。对于在高温、高压下长期运行的部件，蠕变是引起其失 效的主要因素，对管道进行蠕变测量，进而对管道进行寿命评估及安全监督，既可以避 免安全运行的重大隐患，又能做到有计划地安排检修和准备备品，充分发挥现役材料的 剩余寿命，明显减少非计划停车，为工厂带来显著的经济和社会效益。
以前对超期服役管道的蠕变检测主要采用定期对管道的蠕变程度进行人工测量，或 者从蒸汽管道上割取一典型管段进行高温蠕变或持久强度等鉴定试验，由此推断管道的 剩余寿命。这种方法具有需要人工测量记录，精度不高并且工作量大、费用高、试验周 期长等明显缺点。实现对高温高压管道蠕变变形的长期在线监测的核心元件是传感器。 已有的用于常规变形测量的传感装置较多，比如自夹式引伸计91220430. 3、 一种石英玻 璃高温位移传感器200410100478.8等，但是这些装置一般仅适合短时的监测和实验室 应用，用于圆柱形构件周向变形的监测时，安装比较困难。高温应变片(200520022877.7) 可以满足上述监测，但是高温应变片受工作环境的影响较大，难以满足长期在线监测的 要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种高温构件变形在线监测传感装置，测量高温 构件的变形情况。该传感装置重量轻，安装方便，使用寿命长，测量精度高，具有很高 的工程应用价值。
本发明是通过下述技术方案实现的
一种引伸式高温构件变形传感装置，其特征在于，所述的传感装置包括一对稳定杆 1、 一对测量探针20、支撑架3、测量机构和拉紧机构；所述的支撑架3由与被测元件
22轴向垂直的支架8和与被测元件轴向平行的支架9呈十字形相交组成，支架8上表面开两个椭圆形探针槽IO，支架8两个相对的侧面设有处于同一水平面的固定孔11，支 架9上表面端部开有两个稳定杆插孔15， 一对稳定杆1安装在稳定杆插孔15中；所述 的测试机构包括外壳23，测试终端21， 一个带有应变计12的弹性元件13，和一对固定 块2a和2b，固定块2a和2b分别为两个带有探针插孔4的块体5，块体5的一端有一 个圆柱形支撑杆6，固定块2a具有一个从块体5另一端的上部延伸出的、厚度小于块体 5的长方体凸部7a，固定块2b具有一个从块体5另一端的下部延伸出的、厚度小于块 体5的长方体凸部7b;固定块2a和2b安装在支撑架3内，两根支撑杆6通过轴承14 装在固定孔ll里，固定块2a和2b的探针插孔4对准探针槽10中间，测量探针20通 过针槽10插入探针插孔4中，凸部7a与凸部7b之间安装弹性元件13，测试终端21 与应变计12连接；外壳23安装在支撑架3上；所述的拉紧机构将被测元件22与支撑 架3相捆绑。
上述拉紧机构由两根耐高温绳16、四根弹簧17和四个褡裢18构成，耐高温绳16 两端接有弹簧17，弹簧17 —端连接耐高温绳16另一端连接褡裢18，拉紧机构通过褡 裢18连接在支架8两端的凸缘19上。
上述传感装置中，稳定杆1插入稳定杆插孔15的深度与测试探针20插入探针插孔 4的深度相等，为测试探针20直径的0.4 1.1倍。
上述传感装置中的支撑架3，还可以由与被测元件轴向平行的支架8和与被测元件 轴向垂直的支架9呈十字形相交而成。
上述传感装置中的支撑架3，还可以由一根平行于被测元件轴向的支架8和垂直于 被测元件轴向的支架8呈十字形相交而成，平行于被测元件轴向的支架上的两探针槽10 的间距Ll和垂直于被测元件轴向的支架上的两探针槽10的间距L2不相等，其差值大 于凸部7a或者凸部7b的宽度，并且垂直于被测元件轴向的支架上的两个固定孔和平行 于被测元件轴向的支架上的两个固定孔不在同一水平面上；有两对固定块2a和2b两两 相对安装在支撑架3内，探针插孔4对准探针槽10中间，用一对测试探针20替代一对 稳定杆l,两对探针20均通过探针槽10插入探针插孔4中，两对凸部7a与凸部7b之 间安装有弹性元件13，两个测试终端21与相应的应变计12连接。 有益效果
本发明的优点在于
1、本发明能够在高温环境下对各种金属、非金属构件变形进行在线监测，被测元
件的表面温度可达IIO(TC，且测量精度高，具有很高的线性度和分辨率，测试结果准确、
5可靠、可重复；
2、 本发明重量轻，结构简单，安装方便稳定，避免了被测元件振动对测量结果的 影响；
3、 由于可在传感部件与被测元件之间填充保温材料，测量探针采用导热系数小的 材料制作，改善了传感部件的工作环境，延长了传感装置的使用寿命，具有较高的工程 应用价值。
4、 本发明充分考虑了被测元件变形时测点的安装，避免长期运行的被测元件表面 氧化皮影响测量效果。
图1是引伸式高温构件变形传感装置示意其中l稳定杆，2a、 2b固定块，3支撑架，12应变计，13弹性元件，14轴承， 16耐高温绳，17弹簧，18褡裢，20测量探针，21测试终端，22被测元件，23外 壳。
图2是引伸式高温构件变形传感装置支撑架3的立体示意其中8、 9支架，IO探针凹槽，ll固定孔，15稳定杆插孔，19凸缘。 图3是引伸式高温构件变形传感装置固定块2a的立体示意其中5块体，6支撑杆，7a凸部，4探针插孔。 图4是引伸式高温构件变形传感装置测试机构的A-A向剖视其中3支撑架，4探针插孔，5块体，6支撑杆，7a、 7b凸部，12应变计，13弹
性元件，14轴承，20测试探针，23外壳。 图5是引伸式高温构件变形传感装置(二)示意其中l稳定杆，2a、 2b固定块，3支撑架，12应变计，13弹性元件，14轴承，
16耐高温绳，17弹簧，18褡裢，20测量探针，21测试终端，22被测元件，23外
壳
图6是引伸式高温构件双向变形传感装置示意其中2a、 2b固定块，3支撑架，12应变计，13弹性元件，14轴承，16耐高温 绳，17弹簧，18褡裢，20测量探针，21测试终端，22被测元件，23外壳。
图7是引伸式高温构件双向变形传感装置支撑架3的结构示意其中8、 9支架，IO探针凹槽，ll固定孔，19凸缘，Ll与轴向垂直支架上的两
6探针槽10的间距，L2与轴向平行支架上的两探针槽10的间距。 图8是引伸式高温构件变形传感装置试验测量结果与理论计算结果比较图。
其中l是轴向变形理论数据，2是纵向变形理论数据，3是轴向变形试验数据，4
是纵向变形试验数据。
具体实施例方式
下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步说明
传感装置的褡裢18、支撑架3、固定块2a和2b、外壳23采用不锈钢材料，测量探 针20和稳定杆1采用耐高温、低导热系数、低热胀系数的石英材料，弹簧16选用耐高 温金属材料，轴承14选用摩擦系数小的自润滑材料，弹性元件13选用不锈钢片制作， 耐高温绳16选用很轻的柔性陶瓷纤维绳为芯，陶瓷珠为保护套。当传感部件与被测元 件之间填充保温材料时，两根稳定杆1与测量探针20的总长度大于保温材料的厚度， 小于被测元件直径的0.5倍。
安装时，首先将稳定杆1安装在与被测元件22轴向平行的支架9上的稳定杆插孔 15内，测量探针20安装在与被测元件22轴向垂直的支架8上的探针插孔4里，探针插 孔4在固定块2a、 2b的块体5上，固定块2a和2b的探针插孔4对准探针槽10中间， 测量探针20通过针槽10插入探针插孔4中，固定块2a和2b安装在支撑架3内，两根 支撑杆6借助轴承14装在固定孔11里，固定块2a的长方体凸部7a和固定块2b的长 方体凸部7b上下相对，凸部7a与凸部7b之间安装弹性元件13，测试终端21与应变计 12连接，外壳23安装在支撑架3上，保护应变计12和弹性元件13;由两根耐高温绳 16、四根弹簧17和四个褡裢18构成拉紧机构，拉紧机构将被测元件22与支撑架3相 捆绑。
当上述的传感装置中的支撑架3由与被测元件22轴向垂直的支架8和与被测元件 22轴向平行的支架9呈十字形相交组成时，所述的传感装置满足被测元件径向变形的测 量,如图l所示；
当上述的传感装置中的支撑架3由与被测元件22轴向平行的支架8和与被测元件 22轴向垂直的支架9呈十字形相交而成时，所述的传感装置满足被测元件轴向变形的测 量，如图5所示；
当上述的传感装置中的支撑架3由两根分别与被测元件22轴向平行和垂直的支架8 呈十字形相交而成时，与被测元件22轴向平行支架上的两探针槽10的间距Ll和与被 测元件22轴向垂直支架上的两探针槽10的间距L2不相等，其差值大于凸部7a或者凸 部7b的宽度，且与被测元件22轴向垂直支架上的两个固定孔11和与被测元件轴向平
7行支架上的两个固定孔11不在同一水平面上；有两对固定块2a和2b两两相对安装在 支撑架3内，探针插孔4对准探针槽10中间，用一对测试探针20替代一对稳定杆1， 两对探针20均通过探针槽10插入探针插孔4中，两对凸部7a与凸部7b之间安装有弹 性元件13，两个测试终端21与相应的应变计12连接。此时，所述的传感装置满足被测 元件轴向变形的测量；如图6所示。
所述的测量探针20与固定块2a和固定块2b的装配、稳定杆1与支撑架3的装配 可以采用热套、高温胶粘或者机械夹紧的方式；
所述的耐高温绳16两端接有弹簧17，弹簧17 —端连接耐高温绳16另一端连接褡 裢18，从而构成拉紧机构；弹簧16既方便拉紧装置的安装，又可在被测试件蠕变变化 时及时补偿耐高温绳16的长度；
所述的褡裢18上有几个不同的档，满足传感装置对不同尺寸被测元件22的测量。
所述的传感装置的工作原理是，当被测元件22发生蠕胀时，测试探针20之间的距 离增大，固定块2a和固定块2b相对支撑架3向外运动，拉动弹性元件13变形，应变 计12反映两根测试探针20之间的变化；被测元件22发生收縮时，测试探针20之间的 距离变小，固定块2a和固定块2b相对支撑架3向内运动，拉动弹性元件13变形，应 变计12反映两根测试探针20之间的变化。
实施例
模拟某电厂主蒸汽管道的工艺条件，使用上述的3台引伸式高温构件变形传感装置 样机对一弯管的径向变形、轴向变形和径向变形与轴向变形两方向进行了试验。被测主 蒸汽管道主要参数为材料是10CrMo910，压力是10MPa，温度540 。C，规格是①273 mmX28mm，保温层厚度200mm。试验中所使用的3台样机的稳定杆和测量探针的长 度为220 mm。
安装时首先打开管道的保温层，将其固定在管道上。将应变计测试终端的信号输出 导线、数据采集模块和电脑连接好，调整调零片到适当的位置，在数据采集系统中对初 始位移清零，测量前的准备工作就绪。
引伸式高温变形传感装置在线监测为期1年。
实施结果
本发明明显监测到了启动过程中被测的主蒸汽管道胀粗时径向和切向蠕变变形。在 试验的一年时间内，三台样机测量到了相同的两组径向蠕变变形数据和相同的两组轴向蠕变变形数据，径向和轴向变形试验在线监测结果与理论计算结果比较如附图8所示， 从附图8可以看出，本发明的该引伸式高温构件变形传感装置精度达到±0.001 mm，分 辨率达到0.001 mm,比较结果表明本发明的传感装置满足了测量主蒸汽管道在线监测 的要求。并且本发明在试验过程中无任何误动作，没有发生失真现象。
权利要求
1、一种引伸式高温构件变形传感装置，其特征在于，所述的传感装置包括一对稳定杆(1)、一对测量探针(20)、支撑架(3)、测量机构和拉紧机构；所述的支撑架(3)由与被测元件轴向垂直的支架(8)和与被测元件轴向平行的支架(9)呈十字形相交而成，支架(8)上表面开两个椭圆形探针槽(10)，支架(8)两个相对的侧面设有处于同一水平面的固定孔(11)，支架(9)上表面端部开有两个稳定杆插孔(15)，一对稳定杆(1)安装在稳定杆插孔(15)中；所述的测试机构包括外壳(23)，测试终端(21)，一个带有应变计(12)的弹性元件(13)，和一对固定块(2a)和(2b)，固定块(2a)和(2b)分别包括两个带有探针插孔(4)的块体(5)，块体(5)的一端有一个圆柱形支撑杆(6)，固定块(2a)具有一个从块体(5)另一端的上部延伸出的、厚度小于块体(5)的长方体凸部(7a)，固定块(2b)具有一个从块体(5)另一端的下部延伸出的、厚度小于块体(5)的长方体凸部(7b)；固定块(2a)和(2b)安装在支撑架(3)内，两根支撑杆(6)通过轴承(14)装在固定孔(11)上，固定块(2a)和(2b)的探针插孔(4)对准探针槽(10)中间，测量探针(20)通过针槽(10)插入探针插孔(4)中，凸部(7a)与凸部(7b)之间安装弹性元件(13)，测试终端(21)与应变计(12)连接；所述的拉紧机构将被测元件(22)与支撑架(3)相捆绑。
2、如权利要求1所述的引伸式高温构件变形传感装置，其特征在于，所述的 拉紧机构的两根耐高温绳(16)的两端接有弹簧(17)，弹簧(17)通过褡裢(18) 连接在支架(8)两端的凸缘(19)上。
3、如权利要求1所述的引伸式高温构件变形传感装置，其特征在于，稳定杆 (1)插入稳定杆插孔(15)的深度与测试探针(20)插入探针插孔(4)的深度 相等，为测试探针(20)直径的0. 4 1. 1倍。
4、如权利要求1或2或3所述的引伸式高温构件变形传感装置，其特征在 于，所述的支撑架(3)由与被测元件轴向平行的支架(8)和与被测元件轴向垂 直的支架(9)呈十字形相交而成。
5、如权利要求1或2或3所述的引伸式高温构件变形传感装置，其特征在于， 由一根平行于被测元件(22)轴向的支架(8)和垂直于被测元件轴向的支架(8) 呈十字形相交而成，平行于被测元件(22)轴向的支架上的两探针槽(10)的间距Ll和垂直于被测元件(22)轴向的支架上的两探针槽(10)的间距L2不相等， 其差值大于凸部(7a)或者凸部(7b)的宽度，并且垂直于被测元件(22)轴向 的支架上的两个固定孔(11)和平行于被测元件(22)轴向的支架上的两个固定 孔(U)不在同一水平面上；两对固定块(2a)和(2b)两两相对安装在支撑架 (3)内，探针插孔(4)对准探针槽(10)中间，用一对测试探针(20)替代一 对稳定杆(1)，两对探针(20)均通过探针槽(10)插入探针插孔(4)中，两 对凸部(7a)与凸部(7b)之间安装有弹性元件(13)，两个测试终端(21)与 相应的应变计(12)连接。
全文摘要
本发明涉及一种引伸式高温构件变形传感装置，所述装置的结构为稳定杆安装在与被测元件轴向平行支架上的稳定杆插孔内，测量探针安装在与被测元件轴向垂直支架上的探针插孔里，两固定块上的探针插孔对准探针槽中间，测量探针通过针槽插入探针插孔中，支撑架内两固定块的长方体之间安装带有应变计的弹性元件，测试终端与应变计连接；由两根耐高温绳、四根弹簧和四个褡裢构成拉紧机构，拉紧机构将被测元件与支撑架相捆绑。本发明能够在高温环境下对各种金属、非金属构件变形进行在线监测，且测量精度高，具有很高的线性度和分辨率。
文档编号G01B5/30GK101476858SQ20091004565
公开日2009年7月8日 申请日期2009年1月21日 优先权日2009年1月21日
发明者岩 李, 涂善东, 王正东, 贾九红, 轩福贞 申请人:华东理工大学