[发明专利]用于高温应变传感器静态性能标定装置及标定方法

权利要求书

1.一种用于高温应变传感器静态性能标定装置，其特征是，该装置由高温炉、加载测量系统组成；

所述的高温炉(5)由加热和保温单元、夹持单元及温控单元组成，其中，加热和保温单元位于该标定装置中心；加热和保温单元由炉腔(25)、保温石棉(22)、加热元件(21)组成，加热元件(21)位于炉腔(25)两侧，保温石棉(22)和炉腔门(6)共同围成炉腔(25)；标定装置通过加热元件(21)进行加热，通过保温石棉(22)与炉腔门(6)对炉腔进行保温，通过控温模块设定程序控制温度，并能自动调节参数；

夹持单元由顶部螺母(16)、上导向板(17)、隔热垫(18)、连接杆(19)、标定梁夹具(23)组成；防止顶部螺母(16)受热变形的隔热垫(18)为纳米微孔隔热板；连接杆(19)是上部有外螺纹、下部具有内螺纹的陶瓷杆；连接杆(19)依次穿过上导向板(17)、隔热垫(18)的中心孔、保温石棉(22)伸入炉腔(25)内，连接杆(19)上部外螺纹与顶部螺母(16)螺纹连接固定，通过调整顶部螺母(16)与连接杆(19)螺纹连接的位置，控制连接杆(19)在炉腔(25)中的位置，连接杆(19)通过内螺纹与微调整块螺栓(26a)在炉腔(25)中与标定梁夹具(23)连接；

标定梁夹具(23)由应变台板(28)、T型夹具台(29)、微调整块(26)、紧固螺(27)组成；标定梁(24)是纯弯曲的等强度梁，标定梁(24)一端插入到应变台板(28)的方形凹槽(28a)中，应变台板(28)上的燕尾形槽(28b)与T型夹具台(29)的燕尾形导轨相配合，应变台板(28)两边各有一个凸台(28e)，每个凸台(28e)中有一个中心通孔(28d)，应变台板(28)上还加工有两个螺纹孔(28c)；紧固螺钉(27)通过应变台板(28)的中心通孔(28d)与微调整块螺孔(26b)连接，T型夹具台(29)通过夹具螺钉(30)与应变台板(28)上的螺纹孔(28c)连接固定；

温控单元由控温模块和热电偶组成，热电偶插入炉腔(25)中测温，由控温模块实现温度控制；

所述的加载测量系统由加载单元和测量单元组成；加载测量系统位于高温炉(5)外侧，通过支撑架定位杆(3)确定位置，并经支撑架(10)和高温炉手轮(4)固定于炉腔门(6)上；

加载单元由电源(8)、支撑架(10)、支撑架定位杆(3)、前导向板(7)、电机驱动器(14)、电机控制器(15)、直线步进电机(9)和加载杆(20)组成，其中直线步进电机(9)通过支撑架螺栓(13)固定于支撑架(10)上，加载杆(20)通过螺纹与直线步进电机(9)的丝杆螺纹连接，电机丝杆及加载杆(20)通过前导向板(7)伸入炉腔(25)，通过控制器(15)向电机驱动器(14)输入步进信号，驱动直线步进电机(9)，使电机丝杆和加载杆(20)通过前导向板(7)向前产生位移，并作用在标定梁(24)上施加载荷；加载杆(20)通过螺纹与直线步进电机丝杆连接，通过前导向板(7)伸入到炉腔(25)中；

测量单元由激光位移传感器(11)、传感器座(12)、数字信号采集表(2)、计算机(1)组成，传感器座(12)通过支撑架螺栓(13)固定在支撑架(10)底板上，激光位移传感器(11)安装在传感器座(12)上，置于直线步进电机(9)尾部，激光位移传感器(11)通过线缆连接计算机(1)，数字信号采集表(2)通过引线与待标定的应变传感器引脚连接，通过螺栓安装在传感器座(12)上，并固定在支撑架(10)底板；激光位移传感器(11)通过测量直线步进电机(9)尾部丝杆的位移，测得标定梁(24)位移，数据在程式化编程的可视化窗口显示采集。

2.一种用于高温应变传感器静态性能标定方法，该方法基于权利要求1所述的用于高温应变传感器静态性能标定装置实现；其特征是，该方法采用高温应变传感器静态性能标定装置进行标定，方法的具体步骤如下：

第一步安装夹持系统，

先将上导向板(17)、隔热垫(18)通过螺栓安装在高温炉(5)上方，将连接杆(19)穿过上导向板(17)、隔热垫(18)的中心孔，连接杆(19)顶部通过顶部螺母(16)螺纹固定；然后，将微调整块(26)通过螺纹与连接杆(19)螺纹连接，同时将微调整块(26)通过紧固螺钉(27)与应变台板(28)连接，T型夹具台(29)通过夹具螺钉(30)与应变台板(28)连接；通过调整连接杆(19)长度控制在炉腔(25)中的位置；

第二步安装标定梁与姿态调整，

标定梁(24)安装在应变台板(28)的方形凹槽(28a)中，通过松动紧固螺钉(27)，使标定梁夹具(23)绕紧固螺钉径向调整角度，通过跳动仪找正，使标定梁保持竖直姿态，并通过引线连接应变传感器引脚和数字信号采集表(2)；标定梁夹具(23)安装好后，通过松动紧固螺钉(27)，使标定梁夹具(23)绕紧固螺钉径向调整角度，并用跳动仪测量保证标定梁呈竖直状态，然后拧紧紧固螺钉(27)，以保证标定梁与加载杆垂直；

第三步安装加载测量系统，

将直线步进电机(9)固定在支撑架(10)底板上，将加载杆(20)与直线步进电机的丝杆通过螺纹连接；将电源(8)、电机驱动器(14)、电机控制器(15)安装在支撑架(10)底板上，通过支撑架定位杆(3)确定支撑架(10)位置，保证加载杆(20)穿过前导向板(7)伸入炉腔(25)中，将支撑架(10)通过高温炉手轮(4)与炉腔门(6)固定；安装激光位移传感器(11)于传感器座(12)上；连接激光位移传感器(11)与计算机(1)，保证计算机(1)实时记录位移变化；

第四步对高温传感器灵敏度系数进行标定，

安装完成后，操作标定装置；启动直线步进电机(9)，当加载杆(20)与标定梁(24)接触，数字信号采集表(2)恰好产生示数变化时停止；此时，调整激光传感器(11)的位置，使电机丝杆尾端在激光传感器的量程范围内；

先设定高温炉(5)程序，匀速加热至恒定高温环境，保温一定时间并计时，通过输入步进信号驱动直线步进电机(9)对标定梁(24)进行加载，通过激光位移传感器(11)测标定梁(24)位移，数字信号采集表(2)记录应变传感器数据变化，计算得出灵敏度系数GF：

其中，ε为标定梁上产生的微应变，R为传感器起始阻值，ΔR为传感器阻值变化量；

第五步对高温传感器漂移率进行标定，

设定高温炉程序，匀速加热至恒定高温环境，保温一定时间，通过输入步进信号驱动直线步进电机(9)对标定梁(24)进行恒定载荷加载并计时，通过激光位移传感器(11)测标定梁(24)位移，通过数字信号采集表(2)记录应变传感器随时间变化数据，计算得出漂移率DR：

其中，Δt为恒定载荷加载时间。