[其他]增强型超高压传感器及其制法与设备

说明书

本发明涉及一种测量流体动、静态压强的超高压传感器，特别是一种增强型应变管式超高压传感器及其制法与设备。

现有技术对液体及气体的动、静态压强测量所用的应变管式超高压传感器，由于结构简单，性能较好，而得到较为广泛地采用。为提高工作压力，同时保持比较好的精度特性，目前国内外对工作压力超过700MPa的超高压传感器，其应变管材料通常采用屈服强度为1800MPa以上的超高强度钢，如马氏体时效钢等，一般还需在高于工作压力的条件下做自增强处理，卸压以后有时还做250°至360℃的低温稳火处理。采用上述材料及工艺过程，才能使传感器工作压力得到一定提高。但由于精度等指标及材料性能的限制，目前国内外的应变管式高压传感器，最高工作压力为1400MPa左右，如采用一般合金结构钢制成的应变管式高压传感器的最高工作压力不超过700MPa（例如上海华东电子仪器厂的BPR-10/5000型压力传感器，最高工作压力为490MPa）。如采用马氏体时效钢，通过上述自增强等处理工艺，国外此类传感器最高工作压力为1400MPa（例如英国QUB14kb应变式高压传感器。QUEEN′S    UNIVERSITY    OF    BELFAST，Department    of    Mechanical    and    Industrial    Engineering，High    Pressure    Equipment    Oper-ators    Handbook    1985.10）。后者，由于对超高强度马氏体时效钢的拉、压应力-应变曲线的线性和强度条件有严格的要求及其应变时效工艺较复杂，因而成本高，现有产品也不适宜液体或气体在1000MPa以上高动态压力规律的测量。

本发明的增强型超高压传感器，主要由应变管、工作及补偿应变片、螺纹接头及引线接头组成，其特征在于应变管是经高压、高温处理的增强型应变管。一般自增强应变管在平时存在着与工作应力相反符号有利的残余应力，由于鲍辛格效应的存在而达不到弹性工作压力的理论值，采用本发明的工艺处理，可使此应变管的弹性工作压力达到或超过自增强应变管弹性工作压力的理论值，即达到同尺寸、同材料的未经处理应变管的两倍以上，其工作压力范围可以达到1400MPa以上，而对应变管所用的合金钢材料并无特殊要求。用于动、静态一般用途测量的超高压传感器，在增强型应变管与螺纹接头之间增设锥面金属密封垫，密封垫两端锥面分别同增强型应变管和螺纹接头的相应锥面压紧配合，此配合面的锥面角度的大小，按工作压力范围选择在60°～170°，以保证在增强处理的高压高温下及工作压力下可靠地密封。用于高动态压力规律测量的小型化超高压传感器，是由小尺寸的增强型应变管、螺纹接头、工作及补偿应变片、引线接头及螺纹压环组成，增强型应变管3的锥形端面，直接同测量对象压紧。

本发明超高压传感器的制造方法，其特征在于对应变管采用增强工艺，即在应变管加工及热处理达到要求的尺寸及机械性能后，将其接入高压发生器的工作端，承受予定的极限工作压力进行自增强处理，随后将其在承受的压力约为自增强处理压力的1/2时，将其推入加热炉内进行载压热处理，加热温度为250°～360℃，保温时间2～4小时。采用本发明的应变管增强工艺，是基于材料在拉伸（或压缩）产生塑性变形在卸载后进行250°～360℃的热处理，可以使随后的压缩（或拉伸）的屈服强度绝对值降低的现象，即鲍辛格（Bauschinger）效应所带来的不利影响基本消除的事实，用在应变管的增强处理之中，它能使应变管内壁的残余应力达到理想的有利状态，从而提高此应变管压力传感器的测量工作压力及精度等性能指标。

本发明超高压传感器制造方法的设备，其特征在于增强型应变管的制造方法的专用设备，主要是由一个增压型超高压发生器系统、压力应变测量系统、加热及测温系统和压力温度控制台等有机组合的高压高温系统。此种有机组合，使应变管在预定高压下对自紧管做自增强处理，并能可靠地使应变管在载压热处理中达到所要求的内压及温度等条件，其工作能力要能保证应变管处于400℃及800MPa以上的保温、保压时间达到6小时以上。该设备系统的加热炉的炉门，系采用柔性耐火材料等专门设计制成，它可以对应变管在载压热处理中起密封保温作用。同时，在加热炉和超高压发生器系统的工作端之间设有滑动机构，以满足应变管在载压热处理中所需要的轴向移进加热保温以及移出冷却、卸压的要求。根据需要，此高压高温系统具有对超高压传感器进行工作压力循环及进行工程标定的功能。