本實用新型涉及傳感技術領域，具體涉及一種用于測量燃氣輪機低壓轉(zhuǎn)子的軸向力的電阻應變式傳感器。

背景技術：

燃氣輪機低壓轉(zhuǎn)子上的軸向力關系到燃氣輪機的正常運行。燃氣輪機的壓力平衡系統(tǒng)應當為低壓轉(zhuǎn)子提供合適的單向軸向載荷，以防止低壓轉(zhuǎn)子的推力軸承因受到超負荷的軸向力而損傷，以防止低壓轉(zhuǎn)子的低壓軸承因受到的軸向力過小而打滑蹭傷，進而保證低壓轉(zhuǎn)子在其使用壽命內(nèi)能夠正常地運行。

現(xiàn)有測量燃氣輪機軸向力的方式為通過測量壓氣機卸荷腔的壓力來間接測量軸向的大小。該方式雖然具有簡單、易操作的優(yōu)點，但是仍存在以下不足：

1、只能測量燃氣輪機整體的軸向力，無法直接測量低壓轉(zhuǎn)子上的軸向力，測量結果準確性差；

2、在每次正式測量前，需要進行大量的模擬試驗，耗時長。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型為解決采用現(xiàn)有的測量燃氣輪機軸向力的方式無法直接測量低壓轉(zhuǎn)子上的軸向力和耗時長的問題，提出一種電阻應變式傳感器。

本實用新型所述的一種電阻應變式傳感器包括彈性敏感元件和電阻應變單元；

彈性敏感元件包括基體和凸臺；

基體為圓環(huán)，在所述圓環(huán)的兩個側(cè)面上分別設置有相同數(shù)量的多個凸臺；

位于所述圓環(huán)的同一側(cè)面上的多個凸臺沿所述圓環(huán)的內(nèi)環(huán)均勻分布；

位于所述圓環(huán)的一個側(cè)面上的多個凸臺與位于所述圓環(huán)的另一個側(cè)面上的多個凸臺交錯分布；

凸臺的上表面和下表面平行，凸臺的下表面與所述圓環(huán)固定設置；

位于所述圓環(huán)的同一側(cè)面上的相鄰的兩個凸臺之間為凹槽，在所述凹槽的底面上固定設置有電阻應變單元；

每個電阻應變單元包括工作應變片和補償應變片，工作應變片用于承受所述圓環(huán)軸向上的力，補償應變片用于承受所述圓環(huán)切向上的力；

工作應變片和補償應變片具有相同的電阻溫度系數(shù)、線膨脹系數(shù)、應變靈敏度系數(shù)和初始電阻值；

彈性敏感元件緊密地設置在推力軸承內(nèi)外環(huán)之間的凹槽中；

所述電阻應變式傳感器還包括應變測量儀；

應變測量儀用于將電阻應變單元的電阻變化轉(zhuǎn)換為電信號的變化，并以應變值的形式輸出。

所述基體與凸臺為一體化設置。

作為優(yōu)選的，所述工作應變片和補償應變片均為金屬箔式電阻應變片。

作為優(yōu)選的，所述工作應變片和補償應變片均為高溫應變片。

作為優(yōu)選的，所述應變測量儀為動態(tài)應變測量儀。

作為優(yōu)選的，所述凸臺為立方體。

作為優(yōu)選的，所述彈性敏感元件的材質(zhì)為高強度鋼。

本實用新型所述的一種電阻應變式傳感器，彈性敏感元件緊密地設置在推力軸承內(nèi)外環(huán)之間的凹槽中，彈性敏感元件的兩側(cè)分別為受壓側(cè)和受拉側(cè)。工作應變片受到軸向的壓力或者拉力后，其內(nèi)部的敏感柵發(fā)生機械形變，工作應變片的電阻值相應地發(fā)生變化。彈性敏感元件受到的切向力和外部溫度的變化均會對軸向力的測量結果造成影響，本實用新型通過設置補償應變片，能夠消除該影響。應變測量儀用于將電阻應變單元的電阻變化轉(zhuǎn)換為電信號的變化，并以應變值的形式輸出。根據(jù)彈性力學原理，將應變值轉(zhuǎn)換為軸向力，從而實現(xiàn)了對燃氣輪機低壓轉(zhuǎn)子的軸向力的直接測量。在使用本實用新型所述的一種電阻應變式傳感器對燃氣輪機低壓轉(zhuǎn)子的軸向力進行測量之前，無需進行大量的驗證試驗，節(jié)省時間。

附圖說明

在下文中將基于實施例并參考附圖來對本實用新型所述的一種電阻應變式傳感器進行更詳細的描述，其中：

圖1是本實用新型實施例提及的彈性敏感元件受壓側(cè)的平面示意圖；

圖2是本實用新型實施例提及的彈性敏感元件受拉側(cè)的平面示意圖；

圖3是本實用新型實施例提及的電阻應變單元的粘貼位置示意圖；

圖4是本實用新型實施例提及的彈性敏感元件受壓側(cè)的一個半橋測量電路的示意圖；

圖5是本實用新型實施例提及的彈性敏感元件受拉側(cè)的一個半橋測量電路的示意圖；

圖6是本實用新型實施例提及的應變與軸向力的關系曲線示意圖。

在附圖中，相同的部件使用相同的附圖標記。附圖并未按照實際的比例。

具體實施方式

實施例：下面結合圖1至圖6詳細地說明本實施例。

圖1是本實用新型實施例提及的彈性敏感元件受壓側(cè)的平面示意圖，1為凸臺，2為凹槽。如題1所示，在彈性敏感元件受壓側(cè)的凹槽中，設置有6個電阻應變單元。其中，1PC、2PC、3PC、4PC、5PC和6PC分別為受壓側(cè)的第一工作應變片、第二工作應變片、第三工作應變片、第四工作應變片、第五工作應變片和第六工作應變片。1KC、2KC、3KC、4KC、5KC和6KC分別為受壓側(cè)的第一補償應變片、第二補償應變片、第三補償應變片、第四補償應變片、第五補償應變片和第六補償應變片。

圖2是本實用新型實施例提及的彈性敏感元件受拉側(cè)的平面示意圖。如圖2所示，在彈性敏感元件受拉側(cè)的凹槽中，設置有6個電阻應變單元。其中，1PT、2PT、3PT、4PT、5PT和6PT分別為受拉側(cè)的第一工作應變片、第二工作應變片、第三工作應變片、第四工作應變片、第五工作應變片和第六工作應變片。1KT、2KT、3KT、4KT、5KT和6KT分別為受拉側(cè)的第一補償應變片、第二補償應變片、第三補償應變片、第四補償應變片、第五補償應變片和第六補償應變片。

圖3是本實用新型實施例提及的電阻應變單元的粘貼位置示意圖，3為工作應變片，4為補償應變片。如圖3所示，在凹槽2的底面的中間位置設置有電阻應變單元。該電阻應變單元包括工作應變片3和補償應變片4。工作應變片3和補償應變片4均通過高溫膠粘劑粘貼在凹槽2的底面上。在粘貼應變片的過程中，需要避免應變片與凹槽2的底面之間出現(xiàn)氣泡，以免影響測量結果。工作應變片3和補償應變片4具有相同的電阻溫度系數(shù)、線膨脹系數(shù)、應變靈敏度系數(shù)和初始電阻值。工作應變片3和補償應變片4均為高溫應變片。工作應變片3和補償應變片4均為金屬箔式電阻應變片。

在測量燃氣輪機低壓轉(zhuǎn)子上的軸向力時，彈性敏感元件被緊密地設置在推力軸承內(nèi)外環(huán)之間的凹槽中。通過將彈性敏感元件與動態(tài)應變測量儀相連接，形成四個半橋測量電路。

圖4是本實用新型實施例提及的彈性敏感元件受壓側(cè)的一個半橋測量電路的示意圖。如圖4所示，彈性敏感元件受壓側(cè)的第一工作應變片1PC、第三工作應變片3PC、第五工作應變片5PC、第五補償應變片5KC、第三補償應變片3KC、第一補償應變片1KC、應變測量儀的第二工作電阻R₂和第一工作電阻R₁構成回路。U是應變測量儀施加給該回路的電壓，U₀是應變測量儀對該回路的實測電壓。

圖5是本實用新型實施例提及的彈性敏感元件受拉側(cè)的一個半橋測量電路的示意圖。如圖5所示，彈性敏感元件受拉側(cè)的第一工作應變片1PT、第三工作應變片3PT、第五工作應變片5PT、第五補償應變片5KT、第三補償應變片3KT、第一補償應變片1KT、應變測量儀的第四工作電阻R₄和第三工作電阻R₃構成回路。U₁是應變測量儀施加給該回路的電壓，U₂是應變測量儀對該回路的實測電壓。

兩個應變片之間、應變片與應變測量儀的工作電阻之間均通過高溫導線相連接。

根據(jù)彈性力學原理，彈性敏感元件受到軸向載荷時，相當于在彈性敏感元件的單跨終點施加應力集中。在已知彈性敏感元件的橋臂高度h、橋臂寬度b、相鄰的兩個凸臺間跨度l和彈性模量E時，通過力學計算公式可知：

$P_L=\frac{16{\mathrm{eEbh}}^4}{l^3}---\left(1\right)$

公式(1)中，P_L為軸向力，e為應變。

在測量軸向力之前，使用壓力試驗機對本實施例所述的電阻應變式傳感器進行標定，并獲得應變與軸向力的關系曲線，如圖6所示。

根據(jù)燃氣輪機低壓轉(zhuǎn)子的推力軸承的尺寸，制作彈性敏感元件。將彈性敏感元件緊密地設置在推力軸承內(nèi)外環(huán)之間的凹槽中。將應變測量儀與信號處理系統(tǒng)相連接，組成低壓轉(zhuǎn)子軸向力測試系統(tǒng)。在測量軸向力的過程中，根據(jù)應變測量儀的應變輸出，計算出低壓轉(zhuǎn)子的軸向力，并將低壓轉(zhuǎn)子的軸向力數(shù)值連同低壓轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速信號一并輸入到信號處理系統(tǒng)中，從而得到不同轉(zhuǎn)速下的低壓轉(zhuǎn)子軸向力數(shù)值。根據(jù)低壓轉(zhuǎn)子軸向力數(shù)值判定低壓轉(zhuǎn)子的軸向載荷是否合適，并根據(jù)判定結果對燃氣輪機低壓轉(zhuǎn)子的軸向載荷進行精確調(diào)整。

本實施例所述的一種電阻應變式傳感器，通過信號處理系統(tǒng)實現(xiàn)軸向力的測量，使軸向力測量變得簡單易實現(xiàn)，減小彈性敏感元件安裝位置處的結構調(diào)整，同時降低了彈性敏感元件擺放位置、角度對測量軸向力帶來的誤差，大大提高了測量精度，實現(xiàn)了燃氣輪機低壓轉(zhuǎn)子軸向力的精確測量。

雖然在本文中參照了特定的實施方式來描述本實用新型，但是應該理解的是，這些實施例僅僅是本實用新型的原理和應用的示例。因此應該理解的是，可以對示例性的實施例進行許多修改，并且可以設計出其他的布置，只要不偏離所附權利要求所限定的本實用新型的精神和范圍。應該理解的是，可以通過不同于原始權利要求所描述的方式來結合不同的從屬權利要求和本文中所述的特征。還可以理解的是，結合單獨實施例所描述的特征可以使用在其他所述實施例中。