本發(fā)明涉及應(yīng)變儀，尤其涉及經(jīng)受高應(yīng)力環(huán)境的應(yīng)變儀。

背景技術(shù)：

應(yīng)變儀典型地包括以蛇形模式布置的導(dǎo)體，諸如薄箔或線。該模式使得導(dǎo)體沿著長度延伸且自身折疊。這重復(fù)以形成多個平行長度。

導(dǎo)體定位在待測試的構(gòu)件上。應(yīng)變儀利用非傳導(dǎo)粘合劑附連到構(gòu)件，如果構(gòu)件是傳導(dǎo)的，則非傳導(dǎo)粘合劑將應(yīng)變儀與構(gòu)件絕緣。在實施例中，應(yīng)變儀可包括非傳導(dǎo)背襯層，其附連到待測試的構(gòu)件。背襯層將傳導(dǎo)構(gòu)件與應(yīng)變儀的傳導(dǎo)細絲隔離。背襯層是可選的。在實施例中，應(yīng)變儀可通過將絕緣粘合劑應(yīng)用到構(gòu)件表面且然后附連應(yīng)變儀而附連到構(gòu)件。應(yīng)變儀典型地使用粘合劑或其他固定裝置固定到測試構(gòu)件，然而，這種背襯是可選的。

測量導(dǎo)體的電阻以便確定測試構(gòu)件的應(yīng)變。導(dǎo)體的電阻取決于其是否被壓縮或拉伸而變化。在處于壓縮時，導(dǎo)體的長度減少且其厚度增大，因此降低所測量的電阻。相反，在處于拉伸時，導(dǎo)體的長度增大且其厚度減少，這增大所測量的電阻。

在應(yīng)變期間所遭受的長度和厚度方面的改變沿著導(dǎo)體的長度中的每一個經(jīng)歷。因此，電阻方面的改變乘以蛇形模式中的長度的數(shù)目。因此，該模式放大了所測量的電阻方面的改變，因此使得儀器靈敏得多。

兩個應(yīng)變儀可用于獲得整個表面2D應(yīng)變場。為了實現(xiàn)這一點，兩個應(yīng)變儀彼此垂直地布置。為了改善這種方法的準確性，可以以相對于另兩個應(yīng)變儀的45度角度包括第三應(yīng)變儀。這解決應(yīng)變儀之間的任何不對準。

應(yīng)變儀如可變電阻器一樣工作，且因此用于形成惠斯通電橋的活動臂。該布置提供更靈敏和準確的測量。

大體上，應(yīng)變儀用于測量越過測試構(gòu)件的表面緩慢地改變的應(yīng)變，且其中，表面應(yīng)力適度地代表可在構(gòu)件的材料內(nèi)部發(fā)現(xiàn)的應(yīng)力。

在高溫、高震動、腐蝕性氣氛環(huán)境(諸如燃氣渦輪或蒸汽渦輪環(huán)境)中，應(yīng)變儀經(jīng)常失效。一種失效方式是應(yīng)變儀的細絲(或者格柵線)與連接線(或者引線)之間的焊接。

應(yīng)變儀用于測量構(gòu)件(例如，諸如燃氣渦輪和/或蒸汽渦輪的渦輪機械中的動葉)上的應(yīng)變。這種構(gòu)件經(jīng)受高度的震動、高溫和腐蝕性氣氛。附連到這種構(gòu)件的應(yīng)變儀可在暴露于充滿應(yīng)力的環(huán)境之后失效。失效模式的類型各種各樣；然而，將期望的是減少在這種條件下應(yīng)變儀的失效的發(fā)生。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的實施例包括一種應(yīng)變儀，其包括具有第一端、第二端以及第一端與第二端之間的測量長度的單個傳導(dǎo)細絲。測量長度以平面蛇形模式布置。測量長度具有第一截面面積。第一端和第二端各自具有大于第一截面面積的截面面積。

本發(fā)明的實施例包括一種制造應(yīng)變儀的方法。該方法包括提供傳導(dǎo)細絲。傳導(dǎo)細絲被拉制或型鍛，以便傳導(dǎo)細絲包括具有第一截面面積的測量長度，以及各自具有大于第一截面面積的截面面積的第一端和第二端。測量長度形成為平面格柵模式。

本發(fā)明的實施例包括一種應(yīng)變儀，其具有單個傳導(dǎo)細絲，該傳導(dǎo)細絲具有第一端、第二端以及第一端與第二端之間的測量長度。傳導(dǎo)細絲由從由以下項組成的組選擇的材料組成：鎳/鉻合金、鉑/鎳合金、鉑和鉻/鋁合金。測量長度以平面蛇形模式，測量長度具有第一直徑。第一端和第二端各自具有大于第一截面面積的直徑。

技術(shù)方案1. 一種應(yīng)變儀，包括：

單個傳導(dǎo)細絲，其具有第一端、第二端以及所述第一端與第二端之間的測量長度，

其中，所述測量長度以平面蛇形模式布置，所述測量長度具有第一截面面積，

其中，所述第一端和第二端各自具有大于所述第一截面面積的截面面積。

技術(shù)方案2. 根據(jù)技術(shù)方案1所述的應(yīng)變儀，其中，所述測量長度具有從大約12.7微米到大約22.86微米的直徑。

技術(shù)方案3. 根據(jù)技術(shù)方案1所述的應(yīng)變儀，其中，所述第一端具有從大約25.4微米到大約254微米的直徑。

技術(shù)方案4. 根據(jù)技術(shù)方案1所述的應(yīng)變儀，其中，所述第二端具有從大約25.4微米到大約254微米的直徑。

技術(shù)方案5. 根據(jù)技術(shù)方案1所述的應(yīng)變儀，其中，所述應(yīng)變儀還包括附連到所述平面蛇形模式的絕緣薄膜。

技術(shù)方案6. 根據(jù)技術(shù)方案1所述的應(yīng)變儀，其中，所述應(yīng)變儀還包括附連到所述平面蛇形模式的帶，其中，所述帶可經(jīng)受從350℃到1050℃的溫度。

技術(shù)方案7. 根據(jù)技術(shù)方案1所述的應(yīng)變儀，其中，所述平面蛇形模式形成測量區(qū)域，其具有從大約2032微米到大約38100微米的寬度W和從大約2032微米到大約38100微米的長度L。

技術(shù)方案8. 根據(jù)技術(shù)方案1所述的應(yīng)變儀，其中，所述單個傳導(dǎo)細絲由從由以下項組成的組選擇的材料組成：鎳/鉻合金、鉑/鎳合金、鉑和鉻/鋁合金。

技術(shù)方案9. 一種制造應(yīng)變儀的方法，所述方法包括：

提供傳導(dǎo)細絲；

拉制或型鍛所述傳導(dǎo)細絲，以便所述傳導(dǎo)細絲包括具有第一截面面積的測量長度、各自具有大于所述第一截面面積的截面面積的第一端和第二端；以及

將所述測量長度形成為平面格柵模式。

技術(shù)方案10. 根據(jù)技術(shù)方案9所述的方法，其中，所述方法還包括：

將所述平面格柵模式附連到絕緣層或絕緣帶。

技術(shù)方案11. 根據(jù)技術(shù)方案4所述的方法，其中，所述方法還包括：

利用傳導(dǎo)材料將所述第一端和所述第二端鍍金，所述傳導(dǎo)材料從由以下項組成的組選擇：鎳/鉻合金、鉑/鎳合金、鉑和鉻/鋁合金。

技術(shù)方案12. 根據(jù)技術(shù)方案10所述的方法，其中，所述傳導(dǎo)細絲由從由以下項組成的組選擇的材料組成：鎳/鉻合金、鉑/鎳合金、鉑和鉻/鋁合金。

技術(shù)方案13. 根據(jù)技術(shù)方案10所述的方法，其中，所述測量長度具有從大約12.7微米到大約22.86微米的直徑。

技術(shù)方案14. 一種應(yīng)變儀，包括：

單個傳導(dǎo)細絲，其具有第一端、第二端以及所述第一端與第二端之間的測量長度，其中，所述傳導(dǎo)細絲由從由以下項組成的組選擇的材料組成：鎳/鉻合金、鉑/鎳合金、鉑和鉻/鋁合金，

其中，所述測量長度以平面蛇形模式布置，所述測量長度具有第一直徑，

其中，所述第一端和第二端各自具有大于所述第一直徑的直徑。

技術(shù)方案15. 根據(jù)技術(shù)方案14所述的應(yīng)變儀，其中，所述第一端的直徑從大約25.4微米到大約254微米。

技術(shù)方案16. 根據(jù)技術(shù)方案14所述的應(yīng)變儀，其中，所述第二端的直徑從大約25.4微米到大約254微米。

技術(shù)方案17. 根據(jù)技術(shù)方案14所述的應(yīng)變儀，其中，所述平面蛇形模式形成測量區(qū)域，其具有從大約2032微米到大約38100微米的寬度W和從大約2032微米到大約38100微米的長度L。

技術(shù)方案18. 根據(jù)技術(shù)方案14所述的應(yīng)變儀，其中，所述應(yīng)變儀還包括附連到所述平面蛇形模式的帶，其中，所述帶可經(jīng)受附加到所述平面蛇形模式的從350℃到1050℃的溫度。

技術(shù)方案19. 根據(jù)技術(shù)方案14所述的應(yīng)變儀，其中，所述應(yīng)變儀還包括在所述第一端和所述第二端上的電鍍涂層。

技術(shù)方案20. 根據(jù)技術(shù)方案19所述的應(yīng)變儀，其中，所述電鍍涂層從由以下項組成的組選擇：鎳/鉻合金、鉑/鎳合金、鉑和鉻/鋁合金。

上述和其他特征通過如下詳細描述舉例說明。

附圖說明

從結(jié)合描述本發(fā)明的各種實施例的附圖對本發(fā)明的各種方面的如下詳細描述，將更容易理解本發(fā)明的這些和其他特征，在附圖中：

圖1是現(xiàn)有技術(shù)的應(yīng)變儀。

圖2是根據(jù)本文中的各種實施例的應(yīng)變儀。

圖3示出根據(jù)本文中所述的實施例用于制造應(yīng)變儀的線。

零件清單

應(yīng)變儀 10

柱 12

傳導(dǎo)線 14

焊接 16

第一接頭 17

第二接頭 18

應(yīng)變儀 20

傳導(dǎo)細絲 24

第一端 26

第二端 28。

具體實施方式

本文中公開的是一種應(yīng)變儀，其能夠經(jīng)受高應(yīng)力環(huán)境，包括從350℃到1050℃的高溫。

圖1示出現(xiàn)有技術(shù)的應(yīng)變儀10。應(yīng)變儀10包括傳導(dǎo)線14或細絲，其以格柵模式向下敷設(shè)。在實施例中，格柵模式通過以蛇形模式(格柵模式)在柱12周圍引導(dǎo)傳導(dǎo)線14且利用帶(未示出)將線緊固就位而形成。傳導(dǎo)線14在16處焊接到格柵模式的一端處的第一接頭17。傳導(dǎo)線14在16處焊接到格柵模式的另一端處的第二接頭18。在制造之后應(yīng)變儀從柱12移除，因為柱不是應(yīng)變儀的部分。焊接16可能在高應(yīng)力環(huán)境中失效，致使應(yīng)變儀不可操作。

圖2示出根據(jù)本發(fā)明的各種實施例的應(yīng)變儀20。應(yīng)變儀20包括以格柵模式向下敷設(shè)的單個傳導(dǎo)細絲24或線。在實施例中，格柵模式通過以平面蛇形模式在柱12周圍引導(dǎo)傳導(dǎo)細絲24或傳導(dǎo)線(格柵模式)且利用帶(未示出)將細絲緊固就位而形成。傳導(dǎo)細絲24具有第一端26和第二端28。傳導(dǎo)細絲24的測量長度始于點A，遵循柱周圍的蛇形模式且在點B處終止。蛇形模式使得提供測量長度的多個平行長度。與如在圖1中繪出的現(xiàn)有技術(shù)中所示的將細絲或線焊接到接頭不一樣，圖2中示出的應(yīng)變儀20由單根線制成，其中，端26和28具有大于測量長度(細絲24的點A到點B)的截面面積的截面面積。在實施例中，細絲24的截面面積是圓形的，在該情形中，端26和28的直徑大于測量長度的直徑。具有在截面面積方面相比傳導(dǎo)細絲24的端部26和28處較小的測量長度的傳導(dǎo)細絲24通過拉制或型鍛線提供。

在具有圓形截面區(qū)域的實施例中，單個傳導(dǎo)細絲的測量長度具有從大約12.7微米到大約22.86微米(0.0005英寸到大約0.0009英寸)的直徑。在實施例中，第一端26具有從大約25.4微米到大約254微米(0.001英寸到大約0.01英寸)的直徑。在實施例中，第二端28具有從大約25.4微米到大約254微米(0.001英寸到大約0.01英寸)的直徑。傳導(dǎo)細絲24可被壓制或在壓力下軋制以將橫截面從圓形改變?yōu)楦馄降男螤睢?/p>

應(yīng)變儀的格柵模式或測量區(qū)域通過寬度W和長度L確定，其在圖2中示出。在實施例中，格柵模式的寬度W從大約2032微米到大約38100微米(0.08英寸到大約1.5英寸)，且長度L從大約2032微米到大約38100微米(0.08英寸到大約1.5英寸)。

在實施例中，應(yīng)變儀可選地包括附連到格柵模式的絕緣薄膜(未示出)，或高溫(350℃到1050℃)帶可放置在測量區(qū)域上。所測量的構(gòu)件可通過應(yīng)用非導(dǎo)電的粘合劑到構(gòu)件的表面且然后將應(yīng)變儀附連到粘合劑而準備。

在高溫環(huán)境中，細絲可對將促進破損的氧化、腐蝕、軟化或任何其他過程有抗性。用于高溫環(huán)境的傳導(dǎo)細絲可為合金或金屬(諸如鎳/鉻合金、鉑/鎳合金、鉑和鉻/鋁合金)的材料。鎳鉻合金以商標NICHROME?、CHROMEL?和MOLECULOY?銷售。鉻/鋁合金以從Hyndaman Insustial Products公司可得到的商標HOSKINS?銷售。

為了制造本文中所述的應(yīng)變儀，細絲或線通過使細絲的一部分通過型鍛、拉制或者類似方法收縮而準備，以便其體積保持相同，且直徑隨著長度增大而減小。細絲的減小的直徑區(qū)段是測量長度。線的各端不經(jīng)受拉制過程。

線拉制或型鍛過程產(chǎn)生線24，其具有相比中間部分具有較大直徑的端，且在圖3中示出。經(jīng)受拉制過程的傳導(dǎo)細絲24的部分是測量長度ML。端26和28保持初始直徑或截面面積。端26和28可利用傳導(dǎo)合金和金屬(諸如鎳/鉻合金、鉑/鎳合金、鉑和鉻/鋁合金)鍍金，以通過電鍍過程或類似方法降低電阻。

在如圖3中所示拉制細絲或線之后，細絲或線的端26和28具有較大的截面面積。在圖3中，細絲24的端26、28和測量長度(ML)不按照比例。如圖2中所示，通過使線向上且在柱12(圖2)周圍延伸且然后回到另一端處的柱將細絲形成為平面格柵模式。該過程受控，以便細絲24的總長度的長度匹配格柵模式(測量長度)的長度，且允許端26和28遠離格柵模式延伸。對格柵模式加帶以保持其就位以及從柱移除。諸如添加絕緣表面或板以保持應(yīng)變儀20(圖2)的更多步驟可然后進行。

雖然本文中描述了各種實施例，但是從說明書應(yīng)當理解，其中的元件、變型或改進的各種組合可由本領(lǐng)域技術(shù)人員做出，且處于本發(fā)明的范圍內(nèi)。此外，可做出許多修改以使特定情形或材料適應(yīng)本發(fā)明的教導(dǎo)而不脫離其基本范圍。因此，意在使本發(fā)明不限于作為用于執(zhí)行該發(fā)明構(gòu)想的最佳模式公開的特定實施例，而是本發(fā)明將包括落入所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)的全部實施例。

該書面描述使用示例來公開本發(fā)明，包括最佳模式，并且還使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)嵺`本發(fā)明，包括制造和使用任何裝置或系統(tǒng)以及執(zhí)行任何包含的方法。本發(fā)明可申請專利的范圍由權(quán)利要求限定，并且可包括本領(lǐng)域技術(shù)人員想到的其它示例。如果這些其它示例具有不與權(quán)利要求的字面語言不同的結(jié)構(gòu)要素，或者如果它們包括與權(quán)利要求的字面語言無實質(zhì)差異的等同結(jié)構(gòu)要素，則意在使這些其它示例處于權(quán)利要求的范圍內(nèi)。