应变仪的制作方法

本发明涉及应变仪，尤其涉及经受高应力环境的应变仪。

背景技术：

应变仪典型地包括以蛇形模式布置的导体，诸如薄箔或线。该模式使得导体沿着长度延伸且自身折叠。这重复以形成多个平行长度。

导体定位在待测试的构件上。应变仪利用非传导粘合剂附连到构件，如果构件是传导的，则非传导粘合剂将应变仪与构件绝缘。在实施例中，应变仪可包括非传导背衬层，其附连到待测试的构件。背衬层将传导构件与应变仪的传导细丝隔离。背衬层是可选的。在实施例中，应变仪可通过将绝缘粘合剂应用到构件表面且然后附连应变仪而附连到构件。应变仪典型地使用粘合剂或其他固定装置固定到测试构件，然而，这种背衬是可选的。

测量导体的电阻以便确定测试构件的应变。导体的电阻取决于其是否被压缩或拉伸而变化。在处于压缩时，导体的长度减少且其厚度增大，因此降低所测量的电阻。相反，在处于拉伸时，导体的长度增大且其厚度减少，这增大所测量的电阻。

在应变期间所遭受的长度和厚度方面的改变沿着导体的长度中的每一个经历。因此，电阻方面的改变乘以蛇形模式中的长度的数目。因此，该模式放大了所测量的电阻方面的改变，因此使得仪器灵敏得多。

两个应变仪可用于获得整个表面2D应变场。为了实现这一点，两个应变仪彼此垂直地布置。为了改善这种方法的准确性，可以以相对于另两个应变仪的45度角度包括第三应变仪。这解决应变仪之间的任何不对准。

应变仪如可变电阻器一样工作，且因此用于形成惠斯通电桥的活动臂。该布置提供更灵敏和准确的测量。

大体上，应变仪用于测量越过测试构件的表面缓慢地改变的应变，且其中，表面应力适度地代表可在构件的材料内部发现的应力。

在高温、高震动、腐蚀性气氛环境(诸如燃气涡轮或蒸汽涡轮环境)中，应变仪经常失效。一种失效方式是应变仪的细丝(或者格栅线)与连接线(或者引线)之间的焊接。

应变仪用于测量构件(例如，诸如燃气涡轮和/或蒸汽涡轮的涡轮机械中的动叶)上的应变。这种构件经受高度的震动、高温和腐蚀性气氛。附连到这种构件的应变仪可在暴露于充满应力的环境之后失效。失效模式的类型各种各样；然而，将期望的是减少在这种条件下应变仪的失效的发生。

技术实现要素：

本发明的实施例包括一种应变仪，其包括具有第一端、第二端以及第一端与第二端之间的测量长度的单个传导细丝。测量长度以平面蛇形模式布置。测量长度具有第一截面面积。第一端和第二端各自具有大于第一截面面积的截面面积。

本发明的实施例包括一种制造应变仪的方法。该方法包括提供传导细丝。传导细丝被拉制或型锻，以便传导细丝包括具有第一截面面积的测量长度，以及各自具有大于第一截面面积的截面面积的第一端和第二端。测量长度形成为平面格栅模式。

本发明的实施例包括一种应变仪，其具有单个传导细丝，该传导细丝具有第一端、第二端以及第一端与第二端之间的测量长度。传导细丝由从由以下项组成的组选择的材料组成：镍/铬合金、铂/镍合金、铂和铬/铝合金。测量长度以平面蛇形模式，测量长度具有第一直径。第一端和第二端各自具有大于第一截面面积的直径。

技术方案1. 一种应变仪，包括：

单个传导细丝，其具有第一端、第二端以及所述第一端与第二端之间的测量长度，

其中，所述测量长度以平面蛇形模式布置，所述测量长度具有第一截面面积，

其中，所述第一端和第二端各自具有大于所述第一截面面积的截面面积。

技术方案2. 根据技术方案1所述的应变仪，其中，所述测量长度具有从大约12.7微米到大约22.86微米的直径。

技术方案3. 根据技术方案1所述的应变仪，其中，所述第一端具有从大约25.4微米到大约254微米的直径。

技术方案4. 根据技术方案1所述的应变仪，其中，所述第二端具有从大约25.4微米到大约254微米的直径。

技术方案5. 根据技术方案1所述的应变仪，其中，所述应变仪还包括附连到所述平面蛇形模式的绝缘薄膜。

技术方案6. 根据技术方案1所述的应变仪，其中，所述应变仪还包括附连到所述平面蛇形模式的带，其中，所述带可经受从350℃到1050℃的温度。

技术方案7. 根据技术方案1所述的应变仪，其中，所述平面蛇形模式形成测量区域，其具有从大约2032微米到大约38100微米的宽度W和从大约2032微米到大约38100微米的长度L。

技术方案8. 根据技术方案1所述的应变仪，其中，所述单个传导细丝由从由以下项组成的组选择的材料组成：镍/铬合金、铂/镍合金、铂和铬/铝合金。

技术方案9. 一种制造应变仪的方法，所述方法包括：

提供传导细丝；

拉制或型锻所述传导细丝，以便所述传导细丝包括具有第一截面面积的测量长度、各自具有大于所述第一截面面积的截面面积的第一端和第二端；以及

将所述测量长度形成为平面格栅模式。

技术方案10. 根据技术方案9所述的方法，其中，所述方法还包括：

将所述平面格栅模式附连到绝缘层或绝缘带。

技术方案11. 根据技术方案4所述的方法，其中，所述方法还包括：

利用传导材料将所述第一端和所述第二端镀金，所述传导材料从由以下项组成的组选择：镍/铬合金、铂/镍合金、铂和铬/铝合金。

技术方案12. 根据技术方案10所述的方法，其中，所述传导细丝由从由以下项组成的组选择的材料组成：镍/铬合金、铂/镍合金、铂和铬/铝合金。

技术方案13. 根据技术方案10所述的方法，其中，所述测量长度具有从大约12.7微米到大约22.86微米的直径。

技术方案14. 一种应变仪，包括：

单个传导细丝，其具有第一端、第二端以及所述第一端与第二端之间的测量长度，其中，所述传导细丝由从由以下项组成的组选择的材料组成：镍/铬合金、铂/镍合金、铂和铬/铝合金，

其中，所述测量长度以平面蛇形模式布置，所述测量长度具有第一直径，

其中，所述第一端和第二端各自具有大于所述第一直径的直径。

技术方案15. 根据技术方案14所述的应变仪，其中，所述第一端的直径从大约25.4微米到大约254微米。

技术方案16. 根据技术方案14所述的应变仪，其中，所述第二端的直径从大约25.4微米到大约254微米。

技术方案17. 根据技术方案14所述的应变仪，其中，所述平面蛇形模式形成测量区域，其具有从大约2032微米到大约38100微米的宽度W和从大约2032微米到大约38100微米的长度L。

技术方案18. 根据技术方案14所述的应变仪，其中，所述应变仪还包括附连到所述平面蛇形模式的带，其中，所述带可经受附加到所述平面蛇形模式的从350℃到1050℃的温度。

技术方案19. 根据技术方案14所述的应变仪，其中，所述应变仪还包括在所述第一端和所述第二端上的电镀涂层。

技术方案20. 根据技术方案19所述的应变仪，其中，所述电镀涂层从由以下项组成的组选择：镍/铬合金、铂/镍合金、铂和铬/铝合金。

上述和其他特征通过如下详细描述举例说明。

附图说明

从结合描述本发明的各种实施例的附图对本发明的各种方面的如下详细描述，将更容易理解本发明的这些和其他特征，在附图中：

图1是现有技术的应变仪。

图2是根据本文中的各种实施例的应变仪。

图3示出根据本文中所述的实施例用于制造应变仪的线。

零件清单

应变仪 10

柱 12

传导线 14

焊接 16

第一接头 17

第二接头 18

应变仪 20

传导细丝 24

第一端 26

第二端 28。

具体实施方式

本文中公开的是一种应变仪，其能够经受高应力环境，包括从350℃到1050℃的高温。

图1示出现有技术的应变仪10。应变仪10包括传导线14或细丝，其以格栅模式向下敷设。在实施例中，格栅模式通过以蛇形模式(格栅模式)在柱12周围引导传导线14且利用带(未示出)将线紧固就位而形成。传导线14在16处焊接到格栅模式的一端处的第一接头17。传导线14在16处焊接到格栅模式的另一端处的第二接头18。在制造之后应变仪从柱12移除，因为柱不是应变仪的部分。焊接16可能在高应力环境中失效，致使应变仪不可操作。

图2示出根据本发明的各种实施例的应变仪20。应变仪20包括以格栅模式向下敷设的单个传导细丝24或线。在实施例中，格栅模式通过以平面蛇形模式在柱12周围引导传导细丝24或传导线(格栅模式)且利用带(未示出)将细丝紧固就位而形成。传导细丝24具有第一端26和第二端28。传导细丝24的测量长度始于点A，遵循柱周围的蛇形模式且在点B处终止。蛇形模式使得提供测量长度的多个平行长度。与如在图1中绘出的现有技术中所示的将细丝或线焊接到接头不一样，图2中示出的应变仪20由单根线制成，其中，端26和28具有大于测量长度(细丝24的点A到点B)的截面面积的截面面积。在实施例中，细丝24的截面面积是圆形的，在该情形中，端26和28的直径大于测量长度的直径。具有在截面面积方面相比传导细丝24的端部26和28处较小的测量长度的传导细丝24通过拉制或型锻线提供。

在具有圆形截面区域的实施例中，单个传导细丝的测量长度具有从大约12.7微米到大约22.86微米(0.0005英寸到大约0.0009英寸)的直径。在实施例中，第一端26具有从大约25.4微米到大约254微米(0.001英寸到大约0.01英寸)的直径。在实施例中，第二端28具有从大约25.4微米到大约254微米(0.001英寸到大约0.01英寸)的直径。传导细丝24可被压制或在压力下轧制以将横截面从圆形改变为更扁平的形状。

应变仪的格栅模式或测量区域通过宽度W和长度L确定，其在图2中示出。在实施例中，格栅模式的宽度W从大约2032微米到大约38100微米(0.08英寸到大约1.5英寸)，且长度L从大约2032微米到大约38100微米(0.08英寸到大约1.5英寸)。

在实施例中，应变仪可选地包括附连到格栅模式的绝缘薄膜(未示出)，或高温(350℃到1050℃)带可放置在测量区域上。所测量的构件可通过应用非导电的粘合剂到构件的表面且然后将应变仪附连到粘合剂而准备。

在高温环境中，细丝可对将促进破损的氧化、腐蚀、软化或任何其他过程有抗性。用于高温环境的传导细丝可为合金或金属(诸如镍/铬合金、铂/镍合金、铂和铬/铝合金)的材料。镍铬合金以商标NICHROME®、CHROMEL®和MOLECULOY®销售。铬/铝合金以从Hyndaman Insustial Products公司可得到的商标HOSKINS®销售。

为了制造本文中所述的应变仪，细丝或线通过使细丝的一部分通过型锻、拉制或者类似方法收缩而准备，以便其体积保持相同，且直径随着长度增大而减小。细丝的减小的直径区段是测量长度。线的各端不经受拉制过程。

线拉制或型锻过程产生线24，其具有相比中间部分具有较大直径的端，且在图3中示出。经受拉制过程的传导细丝24的部分是测量长度ML。端26和28保持初始直径或截面面积。端26和28可利用传导合金和金属(诸如镍/铬合金、铂/镍合金、铂和铬/铝合金)镀金，以通过电镀过程或类似方法降低电阻。

在如图3中所示拉制细丝或线之后，细丝或线的端26和28具有较大的截面面积。在图3中，细丝24的端26、28和测量长度(ML)不按照比例。如图2中所示，通过使线向上且在柱12(图2)周围延伸且然后回到另一端处的柱将细丝形成为平面格栅模式。该过程受控，以便细丝24的总长度的长度匹配格栅模式(测量长度)的长度，且允许端26和28远离格栅模式延伸。对格栅模式加带以保持其就位以及从柱移除。诸如添加绝缘表面或板以保持应变仪20(图2)的更多步骤可然后进行。

虽然本文中描述了各种实施例，但是从说明书应当理解，其中的元件、变型或改进的各种组合可由本领域技术人员做出，且处于本发明的范围内。此外，可做出许多修改以使特定情形或材料适应本发明的教导而不脱离其基本范围。因此，意在使本发明不限于作为用于执行该发明构想的最佳模式公开的特定实施例，而是本发明将包括落入所附权利要求的范围内的全部实施例。

该书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使本领域技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何包含的方法。本发明可申请专利的范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果这些其它示例具有不与权利要求的字面语言不同的结构要素，或者如果它们包括与权利要求的字面语言无实质差异的等同结构要素，则意在使这些其它示例处于权利要求的范围内。