一種實(shí)時(shí)監(jiān)測高溫高壓環(huán)境中金屬試樣應(yīng)變的系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
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[0001]本發(fā)明屬于金屬材料在高溫高壓環(huán)境中試驗(yàn)研究領(lǐng)域，具體涉及一種實(shí)時(shí)監(jiān)測高溫高壓環(huán)境中金屬試樣應(yīng)變的系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
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[0002]金屬材料在高溫高壓環(huán)境中的力學(xué)化學(xué)交互作用開裂(如應(yīng)力腐蝕、腐蝕疲勞)是很多領(lǐng)域面臨的重要問題。典型的如核電站循環(huán)回路及蒸汽發(fā)生器傳熱管、火電站鍋爐水冷壁、石油化工工業(yè)的壓力容器等，都經(jīng)常因材料發(fā)生應(yīng)力腐蝕或腐蝕疲勞而導(dǎo)致安全事故，所以，在實(shí)驗(yàn)室中模擬高溫高壓環(huán)境來研究金屬材料的力學(xué)化學(xué)交互作用問題具有重要意義。要開展此類研究，首先必須能夠精確監(jiān)測試樣在高溫高壓環(huán)境中實(shí)際應(yīng)變，否則其實(shí)驗(yàn)結(jié)果精度無法保障。然而，傳統(tǒng)的應(yīng)變引伸計(jì)，如表式引伸計(jì)、杠桿引伸計(jì)、馬丁儀等都無法在高溫高壓環(huán)境中使用。
[0003]目前的試驗(yàn)方法是利用加載軸位移值去估測試樣標(biāo)距段的應(yīng)變值(參照中國發(fā)明專利，專利申請(qǐng)?zhí)?201310452061.7，發(fā)明名稱:一種帶高溫高壓循環(huán)水的慢拉伸實(shí)驗(yàn)裝置及使用方法)，然而，此方法存在以下弊端:首先，忽略了試驗(yàn)過程中加載軸與夾具、夾具與試樣之間的間隙，導(dǎo)致估測的應(yīng)變值往往大于實(shí)際應(yīng)變值；其次，在高溫高壓環(huán)境中加載軸和夾具都會(huì)因溫度和壓力的作用發(fā)生變形，導(dǎo)致測得的加載軸的位移值與實(shí)際試樣應(yīng)變值差距較大。因此如何準(zhǔn)確、可靠、簡便的測量金屬試樣在高溫高壓環(huán)境中的應(yīng)變成為該試驗(yàn)領(lǐng)域亟待解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

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[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種實(shí)時(shí)監(jiān)測高溫高壓環(huán)境中金屬試樣應(yīng)變的系統(tǒng)及方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中無法實(shí)時(shí)監(jiān)測應(yīng)變和應(yīng)變測量精度不夠等問題。
[0005]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的:
[0006]一種實(shí)時(shí)監(jiān)測高溫高壓環(huán)境中金屬試樣應(yīng)變的系統(tǒng)，包括兩套連接組件系統(tǒng)、兩套位移傳感系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；其中，
[0007]每一套連接組件系統(tǒng)均包括金屬歐姆夾、連接螺桿、固定轉(zhuǎn)向組件和感應(yīng)鐵芯，每一套位移傳感系統(tǒng)均包括電感式引伸計(jì)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括信號(hào)放大器和信號(hào)采集器；
[0008]兩套連接組件系統(tǒng)均設(shè)置在高壓釜內(nèi)，其中，兩個(gè)金屬歐姆夾分別夾持在金屬試樣的兩端，且每個(gè)金屬歐姆夾均與一個(gè)連接螺桿的一端連接，兩個(gè)連接螺桿的另一端均通過固定轉(zhuǎn)向組件與一個(gè)感應(yīng)鐵芯的一端連接，兩個(gè)感應(yīng)鐵芯的另一端均伸出至高壓釜外；
[0009]兩套位移傳感系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)均設(shè)置在高壓釜外，其中，兩個(gè)電感式引伸計(jì)分別連接在兩個(gè)感應(yīng)鐵芯的另一端，兩個(gè)電感式引伸計(jì)依次與信號(hào)放大器、信號(hào)采集器相連。
[0010]本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，每一套位移傳感系統(tǒng)還包括空冷套，空冷套的中心均開設(shè)有空冷套中心孔，其中，高壓釜上設(shè)置有高壓釜蓋，高壓釜蓋上開設(shè)有兩個(gè)高壓釜蓋通孔，兩個(gè)感應(yīng)鐵芯的另一端分別穿過兩個(gè)高壓釜蓋通孔伸出至高壓釜外，每個(gè)空冷套套裝在一個(gè)感應(yīng)鐵芯與對(duì)應(yīng)的高壓釜蓋通孔之間，每個(gè)電感式引伸計(jì)與一個(gè)空冷套之間螺紋連接，每個(gè)電感式引伸計(jì)的中心均開設(shè)有電感式引伸計(jì)中心孔，每個(gè)感應(yīng)鐵芯伸入至對(duì)應(yīng)電感式引伸計(jì)中心孔中部。
[0011]本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，每個(gè)空冷套均與高壓釜蓋上的高壓釜蓋通孔之間螺紋密封連接。
[0012]本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，每個(gè)空冷套的周向上均設(shè)置有多級(jí)空冷套冷卻葉片。
[0013]本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，每個(gè)電感式引伸計(jì)與一個(gè)空冷套之間均通過O型圈密封。
[0014]本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，兩個(gè)金屬歐姆夾夾持在金屬試樣的兩端之間原始距離為標(biāo)距。
[0015]本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，固定轉(zhuǎn)向組件包括上螺母、上圓錐體塊、圓錐開口轉(zhuǎn)向塊、下圓錐體塊和下螺母，其中，每個(gè)感應(yīng)鐵芯的上端均開設(shè)有外螺紋，上螺母、上圓錐體塊、圓錐開口轉(zhuǎn)向塊、下圓錐體塊和下螺母依次設(shè)置在每個(gè)感應(yīng)鐵芯的外螺紋處，擰緊兩個(gè)螺母，將所述感應(yīng)鐵芯與固定轉(zhuǎn)向組件固定。
[0016]本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，兩個(gè)連接螺桿均垂直于金屬試樣中軸線，兩個(gè)感應(yīng)鐵芯均平行于金屬試樣中軸線。
[0017]一種實(shí)時(shí)監(jiān)測高溫高壓環(huán)境中金屬試樣應(yīng)變的方法，該方法基于上述一種實(shí)時(shí)監(jiān)測高溫高壓環(huán)境中金屬試樣應(yīng)變的系統(tǒng)，包括如下步驟:
[0018]在進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測金屬試樣應(yīng)變時(shí)，金屬試樣在高壓釜內(nèi)高溫高壓環(huán)境中受軸向力時(shí)，標(biāo)距內(nèi)金屬發(fā)生伸長或縮短變形，其變形量通過固定于金屬試樣上的連接組件系統(tǒng)傳遞到感應(yīng)鐵芯，電感式引伸計(jì)能夠感應(yīng)到感應(yīng)鐵芯的位移，并發(fā)出電信號(hào)，信號(hào)放大器將電信號(hào)放大，信號(hào)采集器采集到放大后的電信號(hào)，并計(jì)算出兩個(gè)連接組件系統(tǒng)的位移差，除以原始標(biāo)距段長度，得到標(biāo)距的實(shí)際應(yīng)變，即為金屬試樣應(yīng)變。
[0019]本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，在進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測金屬試樣應(yīng)變之前，首先對(duì)信號(hào)采集器進(jìn)行清零。
[0020]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于:
[0021]本發(fā)明一種實(shí)時(shí)監(jiān)測高溫高壓環(huán)境中金屬試樣應(yīng)變的系統(tǒng)，通過位于高溫高壓環(huán)境中的連接組件系統(tǒng)將金屬試樣的應(yīng)變傳遞到位于常溫高壓的位移傳感系統(tǒng)，進(jìn)而通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集信號(hào)，計(jì)算出實(shí)際應(yīng)變，克服了現(xiàn)在技術(shù)中無法實(shí)時(shí)監(jiān)測高溫高壓環(huán)境中應(yīng)變的難題，實(shí)現(xiàn)了高溫高壓環(huán)境中金屬試樣應(yīng)變的實(shí)時(shí)監(jiān)測。
[0022]本發(fā)明一種實(shí)時(shí)監(jiān)測高溫高壓環(huán)境中金屬試樣應(yīng)變的方法，利用高精度電感式引伸計(jì)測量兩組位于高溫高壓環(huán)境中的連接組件的位移差來計(jì)算金屬試樣的實(shí)際應(yīng)變，避免了連接組件在高溫高壓環(huán)境中受熱變形對(duì)測量結(jié)果的影響，克服了現(xiàn)有技術(shù)中應(yīng)變測量不準(zhǔn)確的問題，具有很高的測量精度，可滿足試驗(yàn)要求。
[0023]綜上所述，本發(fā)明設(shè)計(jì)巧妙，應(yīng)用范圍廣，可安裝于實(shí)驗(yàn)室常見的各種高溫高壓環(huán)境的試驗(yàn)機(jī)，包括高溫高壓慢拉伸應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)機(jī)、高溫高壓恒載荷應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)機(jī)、高溫高壓腐蝕疲勞試驗(yàn)機(jī)等，均能準(zhǔn)確實(shí)時(shí)測量試樣應(yīng)變?！靖綀D說明】:
[0024]圖1為本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖2為發(fā)明所述連接組件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖3為本發(fā)明所述位移傳感系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]其中，I為金屬歐姆夾；2為連接螺桿；3為固定轉(zhuǎn)向組件；3A為圓錐開口轉(zhuǎn)向塊；3B-1為上圓錐體塊；3B-2為下圓錐體塊；3C-1為上螺母；3C_2為下螺母；4為感應(yīng)鐵芯；5為空冷套；5A為空冷套中心孔；5B為空冷套冷卻葉片；6為電感式引伸計(jì)；6A為O型圈；6B為電感式引伸計(jì)中心孔；7為信號(hào)放大器；8為信號(hào)采集器；9為高壓釜，9A為高壓釜蓋通孔；9B為高壓釜蓋；10為金屬試樣。
【具體實(shí)施方式】
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[0028]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0029]如圖1所示，本發(fā)明一種實(shí)時(shí)監(jiān)測高溫高壓環(huán)境中金屬試樣應(yīng)變的系統(tǒng)，包括兩套連接組件系統(tǒng)、兩套位移傳感系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其中，每一套連接組件系統(tǒng)均包括金屬歐姆夾1、連接螺桿2、固定轉(zhuǎn)向組件3和感應(yīng)鐵芯4 ;每一套位移傳感系統(tǒng)均包括:空冷套5和電感式引伸計(jì)6 ;數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括:信號(hào)放大器7和信號(hào)采集器8。具體結(jié)構(gòu)具體如下:
[0030]兩套連接組件系統(tǒng)均設(shè)置在高壓釜9內(nèi)的高溫高壓環(huán)境中，其中，兩個(gè)金屬歐姆夾I分別夾持在金屬試樣10的兩端，兩端之間的原始距離為標(biāo)距。如圖2和3圖所示，固定轉(zhuǎn)向