專利名稱:增強(qiáng)型超高壓傳感器及其制法與設(shè)備的制作方法
本發(fā)明涉及一種測(cè)量流體動(dòng)、靜態(tài)壓強(qiáng)的超高壓傳感器，特別是一種增強(qiáng)型應(yīng)變管式超高壓傳感器及其制法與設(shè)備。
現(xiàn)有技術(shù)對(duì)液體及氣體的動(dòng)、靜態(tài)壓強(qiáng)測(cè)量所用的應(yīng)變管式超高壓傳感器，由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能較好，而得到較為廣泛地采用。為提高工作壓力，同時(shí)保持比較好的精度特性，目前國(guó)內(nèi)外對(duì)工作壓力超過(guò)700MPa的超高壓傳感器，其應(yīng)變管材料通常采用屈服強(qiáng)度為1800MPa以上的超高強(qiáng)度鋼，如馬氏體時(shí)效鋼等，一般還需在高于工作壓力的條件下做自增強(qiáng)處理，卸壓以后有時(shí)還做250°至360℃的低溫穩(wěn)火處理。采用上述材料及工藝過(guò)程，才能使傳感器工作壓力得到一定提高。但由于精度等指標(biāo)及材料性能的限制，目前國(guó)內(nèi)外的應(yīng)變管式高壓傳感器，最高工作壓力為1400MPa左右，如采用一般合金結(jié)構(gòu)鋼制成的應(yīng)變管式高壓傳感器的最高工作壓力不超過(guò)700MPa(例如上海華東電子儀器廠的BPR-10/5000型壓力傳感器，最高工作壓力為490MPa)。如采用馬氏體時(shí)效鋼，通過(guò)上述自增強(qiáng)等處理工藝，國(guó)外此類傳感器最高工作壓力為1400MPa(例如英國(guó)QUB14kb應(yīng)變式高壓傳感器。QUEEN′S UNIVERSITY OF BELFAST，Department of Mechanical and Industrial Engineering，High Pressure Equipment Oper-ators Handbook 1985.10)。后者，由于對(duì)超高強(qiáng)度馬氏體時(shí)效鋼的拉、壓應(yīng)力-應(yīng)變曲線的線性和強(qiáng)度條件有嚴(yán)格的要求及其應(yīng)變時(shí)效工藝較復(fù)雜，因而成本高，現(xiàn)有產(chǎn)品也不適宜液體或氣體在1000MPa以上高動(dòng)態(tài)壓力規(guī)律的測(cè)量。
本發(fā)明的增強(qiáng)型超高壓傳感器，主要由應(yīng)變管、工作及補(bǔ)償應(yīng)變片、螺紋接頭及引線接頭組成，其特征在于應(yīng)變管是經(jīng)高壓、高溫處理的增強(qiáng)型應(yīng)變管。一般自增強(qiáng)應(yīng)變管在平時(shí)存在著與工作應(yīng)力相反符號(hào)有利的殘余應(yīng)力，由于鮑辛格效應(yīng)的存在而達(dá)不到彈性工作壓力的理論值，采用本發(fā)明的工藝處理，可使此應(yīng)變管的彈性工作壓力達(dá)到或超過(guò)自增強(qiáng)應(yīng)變管彈性工作壓力的理論值，即達(dá)到同尺寸、同材料的未經(jīng)處理應(yīng)變管的兩倍以上，其工作壓力范圍可以達(dá)到1400MPa以上，而對(duì)應(yīng)變管所用的合金鋼材料并無(wú)特殊要求。用于動(dòng)、靜態(tài)一般用途測(cè)量的超高壓傳感器，在增強(qiáng)型應(yīng)變管與螺紋接頭之間增設(shè)錐面金屬密封墊，密封墊兩端錐面分別同增強(qiáng)型應(yīng)變管和螺紋接頭的相應(yīng)錐面壓緊配合，此配合面的錐面角度的大小，按工作壓力范圍選擇在60°～170°，以保證在增強(qiáng)處理的高壓高溫下及工作壓力下可靠地密封。用于高動(dòng)態(tài)壓力規(guī)律測(cè)量的小型化超高壓傳感器，是由小尺寸的增強(qiáng)型應(yīng)變管、螺紋接頭、工作及補(bǔ)償應(yīng)變片、引線接頭及螺紋壓環(huán)組成，增強(qiáng)型應(yīng)變管3的錐形端面，直接同測(cè)量對(duì)象壓緊。
本發(fā)明超高壓傳感器的制造方法，其特征在于對(duì)應(yīng)變管采用增強(qiáng)工藝，即在應(yīng)變管加工及熱處理達(dá)到要求的尺寸及機(jī)械性能后，將其接入高壓發(fā)生器的工作端，承受予定的極限工作壓力進(jìn)行自增強(qiáng)處理，隨后將其在承受的壓力約為自增強(qiáng)處理壓力的1/2時(shí)，將其推入加熱爐內(nèi)進(jìn)行載壓熱處理，加熱溫度為250°～360℃，保溫時(shí)間2～4小時(shí)。采用本發(fā)明的應(yīng)變管增強(qiáng)工藝，是基于材料在拉伸(或壓縮)產(chǎn)生塑性變形在卸載后進(jìn)行250°～360℃的熱處理，可以使隨后的壓縮(或拉伸)的屈服強(qiáng)度絕對(duì)值降低的現(xiàn)象，即鮑辛格(Bauschinger)效應(yīng)所帶來(lái)的不利影響基本消除的事實(shí)，用在應(yīng)變管的增強(qiáng)處理之中，它能使應(yīng)變管內(nèi)壁的殘余應(yīng)力達(dá)到理想的有利狀態(tài)，從而提高此應(yīng)變管壓力傳感器的測(cè)量工作壓力及精度等性能指標(biāo)。
本發(fā)明超高壓傳感器制造方法的設(shè)備，其特征在于增強(qiáng)型應(yīng)變管的制造方法的專用設(shè)備，主要是由一個(gè)增壓型超高壓發(fā)生器系統(tǒng)、壓力應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)、加熱及測(cè)溫系統(tǒng)和壓力溫度控制臺(tái)等有機(jī)組合的高壓高溫系統(tǒng)。此種有機(jī)組合，使應(yīng)變管在預(yù)定高壓下對(duì)自緊管做自增強(qiáng)處理，并能可靠地使應(yīng)變管在載壓熱處理中達(dá)到所要求的內(nèi)壓及溫度等條件，其工作能力要能保證應(yīng)變管處于400℃及800MPa以上的保溫、保壓時(shí)間達(dá)到6小時(shí)以上。該設(shè)備系統(tǒng)的加熱爐的爐門，系采用柔性耐火材料等專門設(shè)計(jì)制成，它可以對(duì)應(yīng)變管在載壓熱處理中起密封保溫作用。同時(shí)，在加熱爐和超高壓發(fā)生器系統(tǒng)的工作端之間設(shè)有滑動(dòng)機(jī)構(gòu)，以滿足應(yīng)變管在載壓熱處理中所需要的軸向移進(jìn)加熱保溫以及移出冷卻、卸壓的要求。根據(jù)需要，此高壓高溫系統(tǒng)具有對(duì)超高壓傳感器進(jìn)行工作壓力循環(huán)及進(jìn)行工程標(biāo)定的功能。
本發(fā)明的超高壓傳感器，與現(xiàn)有技術(shù)相比，其主要特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，工作壓力范圍大，精度高，穩(wěn)定性及動(dòng)態(tài)性能好，對(duì)材料無(wú)特殊要求，成本低。本發(fā)明可用于高動(dòng)態(tài)及靜態(tài)超高壓測(cè)量。本發(fā)明的小型化結(jié)構(gòu)具有固有頻率高、體積小、重量輕(低于30g)等優(yōu)點(diǎn)，不但適用于武器內(nèi)彈道壓力曲線的測(cè)量，而且可以接在具有高應(yīng)變速率下的殼體上可靠地工作，而現(xiàn)有技術(shù)中的同類傳感器，由于本身質(zhì)量大，在工作中易出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象。
本發(fā)明超高壓傳感器的制造方法，與現(xiàn)有技術(shù)相比，其主要特點(diǎn)是可以消除應(yīng)變管壁內(nèi)材料本身在承受拉伸塑性變形的隨后壓縮時(shí)造成的屈服強(qiáng)度降低的現(xiàn)象(鮑辛格效應(yīng))所帶來(lái)的影響，使材料工作達(dá)到接近理想彈塑性的有利狀態(tài)，從而提高了傳感器應(yīng)變管的測(cè)量工作壓力及精度等性能指標(biāo)。
本發(fā)明提供的制造方法的專用設(shè)備，與現(xiàn)有技術(shù)相比，其主要特點(diǎn)是可以完成本發(fā)明所要求的應(yīng)變管自增強(qiáng)加壓、控壓、載壓下熱處理、冷卻、卸壓以及根據(jù)需要隨后的此超高壓傳感器的標(biāo)定等各工序。
本發(fā)明傳感器的性能和積極效果與現(xiàn)有技術(shù)對(duì)比見(jiàn)附表。
本發(fā)明的具體方案，由以下實(shí)施例及其附圖給出。
圖1為本發(fā)明實(shí)施例1用于動(dòng)、靜態(tài)一般用途測(cè)量的增強(qiáng)型應(yīng)變管式超高壓傳感器的結(jié)構(gòu)圖。
圖2為本發(fā)明實(shí)施例2適用于高動(dòng)態(tài)壓力規(guī)律測(cè)量的小型化超高壓傳感器的結(jié)構(gòu)圖。
圖3為本發(fā)明傳感器制造工藝流程方框圖。
圖4為本發(fā)明傳感器制造方法專用設(shè)備的組合示意圖。
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
結(jié)合圖1說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例1用于動(dòng)、靜態(tài)一般用途測(cè)量的增強(qiáng)型應(yīng)變管式超高壓傳感器(以重量不超過(guò)300g、長(zhǎng)度86mm為例)。該傳感器由螺紋接頭1、密封墊2、增強(qiáng)型應(yīng)變管3、連接護(hù)筒4、防塵墊圈5、引線接頭6、補(bǔ)償應(yīng)變片7及工作應(yīng)變片8等組成。密封墊2的兩端錐面的錐角為160°，它們分別同增強(qiáng)型應(yīng)變管3及螺紋接頭1的相應(yīng)錐面壓緊配合。連接護(hù)筒4上開(kāi)有2至4個(gè)斜孔4a，用以保證在應(yīng)變管或密封失效時(shí)做卸壓的安全孔，斜孔中充以硅橡膠，用以防塵，螺紋接頭1的端面1a與測(cè)壓對(duì)象的開(kāi)孔密封另件壓緊配合。該傳感器的增強(qiáng)型應(yīng)變管，采用低合金鋼制成，可用于工作壓力高達(dá)1400MPa，如采用高強(qiáng)度馬氏體時(shí)效鋼制成，可用于工作壓力在1600MPa以上。
圖2所示為本發(fā)明實(shí)施例2，適合于高動(dòng)態(tài)壓力規(guī)律測(cè)量的小型化超高壓傳感器(以重量不超過(guò)30g，長(zhǎng)度40mm為例)，它由小尺寸的增強(qiáng)型應(yīng)變管3、螺紋接頭1、工作應(yīng)變片8、補(bǔ)償應(yīng)變片7、引線接頭6及螺紋壓環(huán)9組成。小尺寸的增強(qiáng)型應(yīng)變管3，由其錐形端面3a同測(cè)量對(duì)象開(kāi)孔壓緊密封，以提高其固有頻率，螺紋接頭1的側(cè)面開(kāi)有2至4個(gè)斜孔1b，其作用及結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1斜孔4a一致。增強(qiáng)型應(yīng)變管所用的材料，參照實(shí)施例1，根據(jù)測(cè)壓范圍選定。
圖3所示為本發(fā)明增強(qiáng)型應(yīng)變管式超高壓傳感器的制造工藝流程(以1400MPa工作壓力的增強(qiáng)型應(yīng)變管式超高壓傳感器為例)傳感器各另件機(jī)械加工完成1后，就對(duì)應(yīng)變管進(jìn)行工藝處理。應(yīng)變管采用低合金結(jié)構(gòu)鋼，對(duì)它進(jìn)行熱處理2，然后對(duì)其進(jìn)行高壓自增強(qiáng)處理3。此時(shí)，所施加內(nèi)壓達(dá)到1500MPa，同時(shí)測(cè)量應(yīng)變管外表面應(yīng)變同自增強(qiáng)壓力的變化曲線，保壓2分鐘后卸壓，然后將此應(yīng)變管在內(nèi)壓為600MPa時(shí)放入加熱爐中，在300℃左右保溫2至4小時(shí)的載壓熱處理4，然后使應(yīng)變管冷卻5，并卸壓至大氣壓6，對(duì)應(yīng)變管進(jìn)行必要修整，并貼上應(yīng)變片及防潮處理等7，再使傳感器的各另件焊接組裝等成為完整的壓力傳感器8，進(jìn)行3次工作壓力循環(huán)后再進(jìn)行壓力標(biāo)定9。
圖4所示本發(fā)明增強(qiáng)型應(yīng)變管制造方法的專用設(shè)備，它是由超高壓發(fā)生器系統(tǒng)、壓力應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)、加熱及測(cè)溫系統(tǒng)及壓力溫度控制臺(tái)8有機(jī)組合的高壓高溫系統(tǒng)。超高壓發(fā)生器系統(tǒng)，由超高壓增壓器1、控壓閥門2、高壓工作端3及低壓發(fā)生器7組成。增壓器1同控壓閥門2、高壓工作端3及高壓傳感器4之間，以超高壓鋼管11及四通接頭12等構(gòu)成高壓液體通路，低壓發(fā)生器7同增壓器1間以雙路低壓油管13相連。壓力應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)由高壓傳感器4、多通路信號(hào)放大器5及記錄儀6組成。處理中工作端3的應(yīng)變管外表的應(yīng)變片及測(cè)壓傳感器4同放大器5之間，以及記錄儀6及壓力溫度控制臺(tái)8同放大器5之間，都以信號(hào)電纜相連接。加熱及測(cè)溫系統(tǒng)，包括加熱爐9及溫度測(cè)量放大器10組成。它們同壓力溫度控制臺(tái)8間以信號(hào)電纜及電源線連接。壓力溫度控制臺(tái)8同低壓發(fā)生器7及控壓閥門2間，以低壓油管及相應(yīng)的電纜連接。系統(tǒng)中加熱爐9同高壓發(fā)生器工作端3之間設(shè)有滑動(dòng)機(jī)構(gòu)，加熱爐9的爐門，用石棉布等材料設(shè)計(jì)制成。處理中的應(yīng)變管3同高壓發(fā)生器工作端3的連接密封性要保證在400℃及800MPa壓力下，可靠工作在6小時(shí)以上。
權(quán)利要求
1.一種增強(qiáng)型應(yīng)變管式超高壓傳感器，它主要由應(yīng)變管、補(bǔ)償應(yīng)變片7、工作應(yīng)變片8、螺紋接頭1及引線接頭6組成，其特征在于應(yīng)變管是經(jīng)高壓高溫處理的，工作壓力范圍可達(dá)1400MPa或1600MPa以上的增強(qiáng)型應(yīng)變管3，該增強(qiáng)型應(yīng)變管3是采用普通合金鋼或馬氏體時(shí)效鋼制成。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的超高壓傳感器，其特征是在用于動(dòng)、靜態(tài)一般用途測(cè)量的超高壓傳感器中，增強(qiáng)型應(yīng)變管3與螺紋接頭1之間設(shè)有錐面金屬密封墊2，該密封墊2兩端錐面，分別同增強(qiáng)型應(yīng)變管3和螺紋接頭1的相應(yīng)錐面壓緊配合。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1或2所述的超高壓傳感器，其特征是錐面金屬密封墊2及其兩配合面的錐面角度的大小，按工作壓力范圍選擇在60°～170°。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的超高壓傳感器，其特征是適用于高動(dòng)態(tài)壓力規(guī)律測(cè)量的小型化超高壓傳感器，它是由小尺寸的增強(qiáng)型應(yīng)變管3、螺紋接頭1、工作應(yīng)變片8、補(bǔ)償應(yīng)變片7、引線接頭6及螺紋壓環(huán)9組成，增強(qiáng)型應(yīng)變管3的錐形端面3a，直接同測(cè)量對(duì)象壓緊。
5.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的超高壓傳感器的制造方法，其特征在于增強(qiáng)型應(yīng)變管3，是在應(yīng)變管承受自增強(qiáng)壓力后，再進(jìn)行載壓熱處理。
6.根據(jù)權(quán)利要求
5所述的超高壓傳感器的制造方法，其特征是應(yīng)變管進(jìn)行載壓熱處理的載壓壓力，約為其自增強(qiáng)壓力的1/2，溫度為250℃～360℃，保溫時(shí)間為2～4小時(shí)，降溫以后卸壓。
7.根據(jù)權(quán)利要求
5所述的超高壓傳感器制造方法的設(shè)備，其特征在于該設(shè)備是一個(gè)由增壓型超高壓發(fā)生器系統(tǒng)、壓力應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)、加熱及測(cè)溫系統(tǒng)以及壓力、溫度控制臺(tái)等有機(jī)組合的高壓高溫系統(tǒng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求
7所述的超高壓傳感器制造方法的設(shè)備，其特征是在增壓型超高壓發(fā)生器系統(tǒng)的工作端3與加熱及測(cè)溫系統(tǒng)的加熱爐9之間設(shè)有滑動(dòng)機(jī)構(gòu)。
9.根據(jù)權(quán)利要求
8所述的超高壓傳感器制造方法的設(shè)備，其特征在于加熱爐9的爐門是采用柔性耐火材料等專門設(shè)計(jì)制成。
專利摘要
該傳感器主要由應(yīng)變管、螺紋接頭等組成，其主要特征在于應(yīng)變管是增強(qiáng)型；其制造方法是應(yīng)變管在承受自增強(qiáng)壓力后進(jìn)行載壓熱處理；其制造設(shè)備是一個(gè)由增壓型超高壓發(fā)生器系統(tǒng)及加熱系統(tǒng)等有機(jī)組合的專用設(shè)備。根據(jù)本發(fā)明制造的傳感器，其工作壓力范圍大(達(dá)1000MPa以上)，精度高，穩(wěn)定性及動(dòng)態(tài)性能好，對(duì)材料無(wú)特殊要求，且成本低。小型化結(jié)構(gòu)還具有固有頻率高、體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)。適用于動(dòng)靜態(tài)一般用途及高動(dòng)態(tài)壓力的測(cè)量。
文檔編號(hào)G01L1/20GK87103776SQ87103776
公開(kāi)日1988年12月7日 申請(qǐng)日期1987年5月19日
發(fā)明者韓育禮 申請(qǐng)人:華東工學(xué)院導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan