本實(shí)用新型涉及傳感技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于測量燃?xì)廨啓C(jī)低壓轉(zhuǎn)子的軸向力的電阻應(yīng)變式傳感器。

背景技術(shù)：

燃?xì)廨啓C(jī)低壓轉(zhuǎn)子上的軸向力關(guān)系到燃?xì)廨啓C(jī)的正常運(yùn)行。燃?xì)廨啓C(jī)的壓力平衡系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)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(fù)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(jìn)而保證低壓轉(zhuǎn)子在其使用壽命內(nèi)能夠正常地運(yùn)行。

現(xiàn)有測量燃?xì)廨啓C(jī)軸向力的方式為通過測量壓氣機(jī)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(diǎn)，但是仍存在以下不足：

1、只能測量燃?xì)廨啓C(jī)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(jié)果準(zhǔn)確性差；

2、在每次正式測量前，需要進(jìn)行大量的模擬試驗(yàn)，耗時(shí)長。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型為解決采用現(xiàn)有的測量燃?xì)廨啓C(jī)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(shí)長的問題，提出一種電阻應(yīng)變式傳感器。

本實(shí)用新型所述的一種電阻應(yīng)變式傳感器包括彈性敏感元件和電阻應(yīng)變單元；

彈性敏感元件包括基體和凸臺(tái)；

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

位于所述圓環(huán)的同一側(cè)面上的多個(gè)凸臺(tái)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(gè)側(cè)面上的多個(gè)凸臺(tái)與位于所述圓環(huán)的另一個(gè)側(cè)面上的多個(gè)凸臺(tái)交錯(cuò)分布；

凸臺(tái)的上表面和下表面平行，凸臺(tái)的下表面與所述圓環(huán)固定設(shè)置；

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

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

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

彈性敏感元件緊密地設(shè)置在推力軸承內(nèi)外環(huán)之間的凹槽中；

所述電阻應(yīng)變式傳感器還包括應(yīng)變測量儀；

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

所述基體與凸臺(tái)為一體化設(shè)置。

作為優(yōu)選的，所述工作應(yīng)變片和補(bǔ)償應(yīng)變片均為金屬箔式電阻應(yīng)變片。

作為優(yōu)選的，所述工作應(yīng)變片和補(bǔ)償應(yīng)變片均為高溫應(yīng)變片。

作為優(yōu)選的，所述應(yīng)變測量儀為動(dòng)態(tài)應(yīng)變測量儀。

作為優(yōu)選的，所述凸臺(tái)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(qiáng)度鋼。

本實(shí)用新型所述的一種電阻應(yīng)變式傳感器，彈性敏感元件緊密地設(shè)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(yīng)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(jī)械形變，工作應(yīng)變片的電阻值相應(yīng)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(huì)對(duì)軸向力的測量結(jié)果造成影響，本實(shí)用新型通過設(shè)置補(bǔ)償應(yīng)變片，能夠消除該影響。應(yīng)變測量儀用于將電阻應(yīng)變單元的電阻變化轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的變化，并以應(yīng)變值的形式輸出。根據(jù)彈性力學(xué)原理，將應(yīng)變值轉(zhuǎn)換為軸向力，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)低壓轉(zhuǎn)子的軸向力的直接測量。在使用本實(shí)用新型所述的一種電阻應(yīng)變式傳感器對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)低壓轉(zhuǎn)子的軸向力進(jìn)行測量之前，無需進(jìn)行大量的驗(yàn)證試驗(yàn)，節(jié)省時(shí)間。

附圖說明

在下文中將基于實(shí)施例并參考附圖來對(duì)本實(shí)用新型所述的一種電阻應(yīng)變式傳感器進(jìn)行更詳細(xì)的描述，其中：

圖1是本實(shí)用新型實(shí)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(shí)用新型實(shí)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(shí)用新型實(shí)施例提及的電阻應(yīng)變單元的粘貼位置示意圖；

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

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

圖6是本實(shí)用新型實(shí)施例提及的應(yīng)變與軸向力的關(guān)系曲線示意圖。

在附圖中，相同的部件使用相同的附圖標(biāo)記。附圖并未按照實(shí)際的比例。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例：下面結(jié)合圖1至圖6詳細(xì)地說明本實(shí)施例。

圖1是本實(shí)用新型實(shí)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(tái)，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(shè)置有6個(gè)電阻應(yīng)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(yīng)變片、第二工作應(yīng)變片、第三工作應(yīng)變片、第四工作應(yīng)變片、第五工作應(yīng)變片和第六工作應(yīng)變片。1KC、2KC、3KC、4KC、5KC和6KC分別為受壓側(cè)的第一補(bǔ)償應(yīng)變片、第二補(bǔ)償應(yīng)變片、第三補(bǔ)償應(yīng)變片、第四補(bǔ)償應(yīng)變片、第五補(bǔ)償應(yīng)變片和第六補(bǔ)償應(yīng)變片。

圖2是本實(shí)用新型實(shí)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(shè)置有6個(gè)電阻應(yīng)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(yīng)變片、第二工作應(yīng)變片、第三工作應(yīng)變片、第四工作應(yīng)變片、第五工作應(yīng)變片和第六工作應(yīng)變片。1KT、2KT、3KT、4KT、5KT和6KT分別為受拉側(cè)的第一補(bǔ)償應(yīng)變片、第二補(bǔ)償應(yīng)變片、第三補(bǔ)償應(yīng)變片、第四補(bǔ)償應(yīng)變片、第五補(bǔ)償應(yīng)變片和第六補(bǔ)償應(yīng)變片。

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

在測量燃?xì)廨啓C(jī)低壓轉(zhuǎn)子上的軸向力時(shí)，彈性敏感元件被緊密地設(shè)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(dòng)態(tài)應(yīng)變測量儀相連接，形成四個(gè)半橋測量電路。

圖4是本實(shí)用新型實(shí)施例提及的彈性敏感元件受壓側(cè)的一個(gè)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(yīng)變片1PC、第三工作應(yīng)變片3PC、第五工作應(yīng)變片5PC、第五補(bǔ)償應(yīng)變片5KC、第三補(bǔ)償應(yīng)變片3KC、第一補(bǔ)償應(yīng)變片1KC、應(yīng)變測量儀的第二工作電阻R₂和第一工作電阻R₁構(gòu)成回路。U是應(yīng)變測量儀施加給該回路的電壓，U₀是應(yīng)變測量儀對(duì)該回路的實(shí)測電壓。

圖5是本實(shí)用新型實(shí)施例提及的彈性敏感元件受拉側(cè)的一個(gè)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(yīng)變片1PT、第三工作應(yīng)變片3PT、第五工作應(yīng)變片5PT、第五補(bǔ)償應(yīng)變片5KT、第三補(bǔ)償應(yīng)變片3KT、第一補(bǔ)償應(yīng)變片1KT、應(yīng)變測量儀的第四工作電阻R₄和第三工作電阻R₃構(gòu)成回路。U₁是應(yīng)變測量儀施加給該回路的電壓，U₂是應(yīng)變測量儀對(duì)該回路的實(shí)測電壓。

兩個(gè)應(yīng)變片之間、應(yīng)變片與應(yīng)變測量儀的工作電阻之間均通過高溫導(dǎo)線相連接。

根據(jù)彈性力學(xué)原理，彈性敏感元件受到軸向載荷時(shí)，相當(dāng)于在彈性敏感元件的單跨終點(diǎn)施加應(yīng)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(gè)凸臺(tái)間跨度l和彈性模量E時(shí)，通過力學(xué)計(jì)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(yīng)變。

在測量軸向力之前，使用壓力試驗(yàn)機(jī)對(duì)本實(shí)施例所述的電阻應(yīng)變式傳感器進(jìn)行標(biāo)定，并獲得應(yīng)變與軸向力的關(guān)系曲線，如圖6所示。

根據(jù)燃?xì)廨啓C(jī)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(shè)置在推力軸承內(nèi)外環(huán)之間的凹槽中。將應(yīng)變測量儀與信號(hào)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(yīng)變測量儀的應(yīng)變輸出，計(jì)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(hào)一并輸入到信號(hào)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(jié)果對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)低壓轉(zhuǎn)子的軸向載荷進(jìn)行精確調(diào)整。

本實(shí)施例所述的一種電阻應(yīng)變式傳感器，通過信號(hào)處理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)軸向力的測量，使軸向力測量變得簡單易實(shí)現(xiàn)，減小彈性敏感元件安裝位置處的結(jié)構(gòu)調(diào)整，同時(shí)降低了彈性敏感元件擺放位置、角度對(duì)測量軸向力帶來的誤差，大大提高了測量精度，實(shí)現(xiàn)了燃?xì)廨啓C(jī)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(shí)施方式來描述本實(shí)用新型，但是應(yīng)該理解的是，這些實(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型的原理和應(yīng)用的示例。因此應(yīng)該理解的是，可以對(duì)示例性的實(shí)施例進(jìn)行許多修改，并且可以設(shè)計(jì)出其他的布置，只要不偏離所附權(quán)利要求所限定的本實(shí)用新型的精神和范圍。應(yīng)該理解的是，可以通過不同于原始權(quán)利要求所描述的方式來結(jié)合不同的從屬權(quán)利要求和本文中所述的特征。還可以理解的是，結(jié)合單獨(dú)實(shí)施例所描述的特征可以使用在其他所述實(shí)施例中。