[发明专利]一种高压密闭容器设备壳体形变的测量方法

摘要

一种高压密闭容器设备壳体的形变测量方法包括下述顺序步骤：第一步、形变后阻值改变；第二步、求得阻值变化；第三步、求得电压变化；第四步、计算差分输出电压；第五步、转为数字量变化；第六步、推导出形变值；第七步、测量工具进行线性度校准和零点校准值。本发明的有益效果在于：应变片电桥将电容器外壳形变转化为模拟信号电阻增量值ΔRa、ΔRb，模拟信号电阻增量值通过调理电路输出至微控制器，微控制器采样输入信号并计算形变的测量值，微控制器采集温度传感器的温度值，计算电容器外壳形变的温度补偿值，并最终计算出形变值，精确地得出高压密闭容器设备壳体形变值，并算出在标准测试环境下对形变测量工具进行线性度校准和零点校准。

主权项

1.一种高压密闭容器设备壳体形变的测量方法，其特征在于：包括下述顺序步骤：第一步、温度传感器和形变测量工具固定于应变梁上，形变测量工具包括应变梁支臂、应变片Ra和应变片Rb，应变片Ra和应变片Rb分别粘贴于同一个应变梁支臂的上、下两侧，应变片Ra和应变片Rb的参数相同。当应变梁受力发生形变时，固定在应变梁支臂两侧的应变片Ra和应变片Rb阻值随着形变产生变化，Ra和Rb阻值变化方向相反，电阻增量值分别为ΔRa、ΔRb, Ra、Rb的连接方式如图3所示。 第二步、根据第一步测得的阻值为Ra和Rb的两个应变片形变导致的电阻增量值ΔRa、ΔRb，通过下述公式求得环境温度变化ΔT时刻Ra和Rb电阻值：Ra′=(Ra-ΔRa)(1+ΔTRaKRa)---(1)]]>Rb′=(Rb+ΔRb)(1+ΔTRbKRb)---(2)]]>式中，ΔRa、ΔRb为形变导致的电阻增量值，ΔRa和ΔRb变化方向相反；ΔT_Ra、ΔT_Rb为温度变化值；K_Ra、K_Rb为平均电阻温度系数，即应变片阻值随着温度变化而变化的速率；Ra’和Rb’为形变后的阻值；第三步、根据形变后产生的阻值Ra’和Rb’，通过串联电阻分压公式求得Vi=Rb′Ra′+Rb′VE=(Rb+ΔRb)(1+ΔTRbKRb)(Ra-ΔRa)(1+ΔTRaKRa)+(Rb+ΔRb)(1+ΔTRbKRb)VE---(3)]]>式中，Vi为正向输入电压，V_E为电桥直流恒定电压源。Ra和Rb是参数相同的应变片，具有相同物理特性，两个应变片粘贴在同一个应变梁支臂的上、下两侧，其电阻增大和减小的阻值彼此相等、应变片工作温度相同，因此确定Ra=Rb=R，ΔRa=ΔRb=ΔR，ΔT_Ra=ΔT_Rb，K_Ra=K_Rb，代入公式（3）得到：(4)；第四步、根据正向输入电压Vi计算差分输出电压V_O：Vo=(Vi-V_R)A+V_R(5), 将V_R=V_E/2和公式(4)代入公式（5）得到：(6)，式中：A为差分放大电路增益，V_R为电桥参考电压；第五步、根据差分输出电压V_O计算ADC采样值Do：，由此推导出：（7），式中D_PRE为微控制器的ADC满量程值。第六步、应变片的电阻变化值与形变之间的关系式为：（8），式中，ε₀为形变值，K₀为应变片灵敏系数；若测试参考温度为T_CR，应变片灵敏系数为K_S，应变片灵敏度温度系数为K_T，应变片实际工作温度为T_M，应变片灵敏系数K₀为：K₀=K_S+(T_M-T_CR)K_T（9），式中： K_S 、K_T为应变片特性参数，它们由应变片材料特性、生产工艺等因素所决定，这些特性参数由应变片制造商提供。将公式（7）和公式（9）代入公式（8），推导得形变值ε₀：（10）；第七步、在标准测试环境下对形变测量工具进行线性度校准和零点校准，校准的基本公式为：（11），式中：K_Z为比例系数，是一个常数；ε_Z为形变的零点补偿值。