一种热缩套管回缩应力的测试装置及测试方法与流程

本发明涉及测试技术领域，特别涉及一种热缩套管回缩应力的测试装置及测试方法。

背景技术：

“记忆效应”型聚合物是一种高分子材料，当聚合物受热呈高弹态，在外力作用下被拉伸并迅速冷却；当温度降低到玻璃化温度tg以下，聚合物从高弹态转变为玻璃态；这时分子链的运动被冻结，这种拉伸状态被保留下来。当温度再次升高时，聚合物恢复到原有状态。聚合物以其独特的力学行为，在高分子加工领域展现了巨大的魅力，并在热缩行业得到广泛的应用。

当前，热缩产品生产过程控制的表征手段较少，广泛应用的表征方式有热延伸和凝胶含量的测定，这两种都在一定程度上反映热缩产品在辐照加工后的交联程度，为之后的拉伸扩张工序提供检测标准和质量控制的依据。然而，缺乏对热收缩产品加热回缩的表征检测，热缩产品的回缩性能对热缩产品来说至关重要。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种热缩套管回缩应力的测试装置及测试方法，解决了检测热收缩产品加热回缩表征的问题。

本发明提供的技术方案如下：

本发明提供一种热缩套管回缩应力的测试装置，包括：封闭状温度控制箱，在测试过程中，所述温度控制箱内的测试温度处于恒温状态；至少一个链接端子，所述链接端子设置在所述温度控制箱的内侧壁上；套管收缩载体，所述套管收缩载体的一端连接于所述链接端子，所述套管收缩载体的另一端呈悬空状；应力感应装置，所述应力感应装置设置在所述套管收缩载体的外周侧；用于检测套装在所述套管收缩载体上的热缩套管管壁，在所述测试温度下发生的回缩应力。

进一步，所述应力感应装置至少包括两片电阻应变片，两片电阻应变片关于中心对称分布在所述套管收缩载体的外周侧。

进一步，所述应力传感装置还包括两片温度补偿片，两片温度补偿片和两片电阻应变片以惠斯顿电桥的方式连接，且两片温度补偿片相对设置在所述惠斯顿电桥的桥臂上，所述惠斯顿电桥中一条对角线上的两个桥臂端点均与所述链接端子电连接。

进一步，所述套管收缩载体具有安装部和测试部，所述安装部安装在所述链接端子上，所述测试部用于所述套装热缩套管；各个套管收缩载体上测试部的直径相异。

进一步，本热缩套管回缩应力的测试装置，还包括：显示控制系统，所述显示控制系统通过传输线连接于所述链接端子。

本发明还提供一种应用在热缩套管回缩应力的测试装置的测试方法，包括以下步骤：s10、调节热缩套管所处测试空间内的测试温度，并使得所述测试温度处于恒温状态；s20、套装所述热缩套管于套管收缩载体上、且位于封闭的测试空间内；s30、检测所述热缩套管管壁在所述测试温度下产生的回缩应力。

进一步，所述步骤s30进一步包括：s31、从所述套管收缩载体上取出一单位长度的套管收缩载体段，沿着所述载体段的长度方向将所述载体段截成两半套管收缩载体片；s32、根据平衡条件，所述套管收缩载体片受到的横向外力，等于所述套管收缩载体片截面上所受到的横向内力；s33、计算出所述套管收缩载体受到的环向应力，与所述套管收缩载体受到所述热缩套管产生的回缩应力之间关系式。

进一步，所述步骤s30进一步包括：s34、在惠斯顿电桥中一条对角线上的两个桥臂端点的加载电压；s35、根据惠斯顿电桥原理、每片电阻应变片两端的压差、以及每片温度补偿片两端的压差，计算出所述惠斯顿电桥中另一条对角线上的两个桥臂端点的压差；s36、根据所述惠斯顿电桥中另一条对角线上的两个桥臂端点的压差，以及所述环向应力与所述回缩应力之间关系式；得出所述套管热缩载体受到所述热缩套管产生的所述回缩应力。

进一步，所述步骤s32进一步包括：s321、在所述套管收缩载体片上，其x方向外力与作用在y截面上x方向内力2σθt相等；

即：

所述步骤s33进一步包括：s331、由所述步骤s321中的公式，得出所述套管收缩载体受到的所述环向应力σθ与所述套管热缩载体受到所述热缩套管产生的所述回缩应力f的关系式为：

其中，

进一步，所述步骤s35进一步包括：s351、根据惠斯顿电桥原理，两片电阻应变片rx、ry两端的压差vrx、vry，以及两片温度补偿片rt1、rt2两端的压差vrt1、vrt2，两片温度补偿片的电阻为rt1＝rt2＝rt；所述惠斯顿电桥中另一条对角线上的两个桥臂端点的压差为vbd；

vbd＝vrx-vrt1+vry-vrt2；

s352、在所述步骤s351中，电阻应变片的压差vr等于所述电阻应变片受到所述环向应力引起的第一应变压差vσ，加上所述电阻应变片受到所述测试温度引起的第二应变压差vrt；

因此，vbd＝(vσx+vrt)+(vσy+vrt)-2vrt＝vσx+vσy；

s353、在所述步骤s352中，所述热缩套管受热发生均匀收缩、且各个方向上的回缩应力相等，即vεσx＝vσy＝vσ；电阻应变片的压差为v＝kεr，k为电阻应变片的灵敏系数，εr为电阻应变片的应变；

因此，vbd＝2vσ＝2kεr；

s354、在所述步骤s353中，εr＝σθ/e，e为套管收缩载体的弹性模量；

因此，惠斯顿电桥中另一条对角线上的两个桥臂端点的压差vbd为：

vbd＝2kσθ/e；

所述步骤s36进一步包括：s361、在所述步骤s354中，根据所述惠斯顿电桥中另一条对角线上的两个桥臂端点的压差vbd，以及所述环向应力σθ与所述回缩应力f的关系式得出所述套管热缩载体受到所述热缩套管产生的所述回缩应力f。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明提供一种热缩套管回缩应力的测试装置，控制温度控制箱内的温度处于测试温度，套装在套管收缩载体上的热缩产品受热回缩，通过应力感应装置检测热缩套管受热产生回缩应力，在不同条件下，测试回复力于温度和收缩比的关系。本发明旨在于为热缩产品成品，提供一种检测其回缩性能的手段，为热缩产品的开发和使用提供一种依据。

2、本发明中套管收缩载体包括安装部和测试部，各个套管收缩载体的测试部直径相异，可以实现在同一测试温度下，测试多个不同热缩套管，以及热缩套管的不同收缩比率。

附图说明

下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对一种热缩套管回缩应力的测试装置及测试方法的上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。

图1是本发明中一种热缩套管回缩应力的测试装置的结构示意图；

图2是本发明中套管收缩载体安装在链接端子的结构示意图；

图3是本发明中热缩套管安装在套管收缩载体上的部分结构示意图；

图4是本发明中图3的a-a方向的剖面结构示意图；

图5是本发明中右套管收缩载体片受力的结构示意图；

图6是本发明中两片电阻应变片、两片温度补偿片以惠斯顿电桥连接方式连接的电路图。

附图标号说明：

10—温度控制箱20—链接端子30—套管收缩载体

31—安装部32—测试部40—应力感应装置

41—电阻应变片50—显示控制系统51—传输线

60—热缩套管

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。

为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。

如图1、图2所示，根据本发明的一个实施例，一种热缩套管回缩应力的测试装置，包括：封闭状温度控制箱10，在测试过程中，所述温度控制箱10内的测试温度处于恒温状态；所述温度控制箱10为可控升温控制箱，所述温度控制箱10的升温速率可以为0-20℃/min，其最高温度为250℃，并能在一定温度下稳定，温度波动范围在±1℃。

至少一个链接端子20，所述链接端子20设置在所述温度控制箱10的内侧壁上；可安装多个接口，其端口尺寸为l，能与套管收缩载体30相链接。链接端子20，所述链接端子20对套管收缩载体30起固定作用，同时，还可以传输应力感应装置40产生的信号。

套管收缩载体30，所述套管收缩载体30的一端连接于所述链接端子20，所述套管收缩载体30的另一端呈悬空状；所述套管收缩载体30呈空心、圆环状。

应力感应装置40，所述应力感应装置40设置在所述套管收缩载体30的外周侧；用于检测套装在所述套管收缩载体30上的热缩套管60管壁，在所述测试温度下发生的回缩应力。

优选的，还包括显示控制系统50，所述显示控制系统50通过传输线51连接于所述链接端子20；所述显示控制系统50包括信号调理电路。传输线51和显示控制系统50，所述传输线51将试验数据传输到输出设备上，并通过输出设备显示；所述显示设备具有信号调理电路，具备信号放大功能。传输线51和显示控制系统50可以传输一组或多组实验数据，数据实时监控，动态显示。

热缩产品为高分子聚合物，具有“记忆效应”。所述热缩产品包括但不仅限于热缩管，热缩编织套管等。热缩样品在一定收缩比，不同温度下的热回缩应力，以及在一定温度下，样品不同收缩比的热应力，但不局限于上述两种状态。

针对上述实施例的改进，本实施例中，如图3、图4、图6所示，所述应力感应装置40至少包括两片电阻应变片41，两片电阻应变片41关于中心对称分布在所述套管收缩载体30的外周侧。所述应力传感装置还包括两片温度补偿片，两片温度补偿片和两片电阻应变片41以惠斯顿电桥的方式连接，且两片温度补偿片相对设置在所述惠斯顿电桥的桥臂上，所述惠斯顿电桥中一条对角线上的两个桥臂端点均与所述链接端子20电连接。应力感应装置40在250℃以内的高温状态下能工作，电阻应变片41包括但不仅限于以利用惠斯顿电桥原理为基础的电阻应变压力传感器、扩散硅压力传感器、陶瓷/蓝宝石压力传感器，以及利用压电材料为基础的压电压力传感器。

针对上述实施例的改进，本实施例中，如图1、图2所示，所述套管收缩载体30具有安装部31和测试部32，所述安装部31安装在所述链接端子20上，所述测试部32用于套装热缩套管60；各个套管收缩载体30上测试部32的直径相异。所述链接端子20上的安装部31处尺寸为l(l尺寸固定)，所述链接端子20的测试部32处尺寸为d，壁厚为t，热缩套管60收缩于该部分；其中，载体自身直径d的尺寸根据热缩套管60产品收缩要求定制范围在φ0.3-φ80，厚度t尺寸固定；d选择不同尺寸的套管收缩载体30，可在相同测试温度，同时测试不同热缩套管60以及不同收缩比率的收缩回复力(回缩应力)。所述套管收缩载体30的弹性模量在250℃以内变化较小，所用材料包括但不仅限于陶瓷、不锈钢、碳钢、铝合金、钛合金等。

根据本发明的一个实施例，一种热缩套管回缩应力的测试方法，包括以下步骤：

s10、调节热缩套管60所处测试空间内的测试温度，并使得所述测试温度处于恒温状态；热缩套管60位于温度控制箱10内。

s20、套装所述热缩套管60于套管收缩载体30上、且位于封闭的测试空间内；套管收缩载体30固定安装或可拆卸安装在链接端子20上，所述链接端子20由上至下依次设置在所述温度控制箱10的内侧壁上。

s30、检测所述热缩套管60管壁在所述测试温度下产生的回缩应力。

优选的，所述步骤s30包括：

s31、从所述套管收缩载体30上取出一单位长度的套管收缩载体30段，沿着所述载体段的长度方向将所述载体段截成两半套管收缩载体30片。

s32、根据平衡条件，所述套管收缩载体30片受到的横向外力，等于所述套管收缩载体30片截面上所受到的横向内力。

s33、计算出所述套管收缩载体30受到的环向应力，与所述套管收缩载体30受到所述热缩套管60产生的回缩应力之间关系式；回缩应力是指：在测试温度下，热缩套管60套装在套管收缩载体30上时，套管收缩载体30受到热缩套管60受热收缩产生的轴向收缩应力。环向应力是指：在测试温度下，套管收缩载体30受到热缩套管60受热收缩应力，使套管收缩载体60受到均匀向内挤压，在圆周的切线方向产生的压应力。

s34、在惠斯顿电桥中一条对角线上的两个桥臂端点的加载电压。

s35、根据惠斯顿电桥原理、每片电阻应变片41两端的压差、以及每片温度补偿片两端的压差，计算出所述惠斯顿电桥中另一条对角线上的两个桥臂端点的压差。

s36、根据所述惠斯顿电桥中另一条对角线上的两个桥臂端点的压差，以及所述套管收缩载体30受到的环向应力，与所述套管收缩载体30受到所述热缩套管60产生的回缩应力之间关系式；得出所述套管热缩载体受到所述热缩套管60产生的所述回缩应力。

根据本发明的另一个实施例，一种热缩套管回缩应力的测试方法，包括以下步骤：

s10、调节热缩套管60所处测试空间内的测试温度，并使得所述测试温度处于恒温状态；热缩套管60位于温度控制箱10内；

s20、套装所述热缩套管60于套管收缩载体30上、且位于封闭的测试空间内；套管收缩载体30固定安装或可拆卸安装在链接端子20上，所述链接端子20由上至下依次设置在所述温度控制箱10的内侧壁上；

以惠斯顿电桥原理为基础的电阻应变压力感应装置，采用最基础的电阻应变片41为感应元件，其工作温度可达250℃。

所用套管热缩载体的材料假设为连续、均匀、各向同性；在250℃下，套管热缩载体受载后的形变是弹性小变形；套管热缩载体管壁各层纤维在形变后互不挤压。

假设热缩套管60受热后为均匀收缩，且各个方向上的回缩应力相等。

中空、圆环状套管热缩载体在受到热缩套管60收缩产生的负载区域受到一个方向上的应力。由于回缩应力的作用，使套管热缩载体沿径向均匀向内收缩，在圆周的切线方向产生的压应力，在材料力学上称为“环向应力”，用表示。

s31、从套管热缩载体上取出一单位长度的套管热缩载体段，并通过y轴作垂直于x轴的平面将套管热缩载体段截成两半(左、右套管收缩载体30片)。

s321、取其右半部分(右套管收缩载体30片)，在所述上右套管收缩载体30片，根据平衡条件，其x方向外力必与作用在y截面上x方向内力2σθt相等；

即：

s331、由上述公式，得出所述套管收缩载体30受到的所述环向应力σθ与所述套管热缩载体受到所述热缩套管60产生的所述回缩应力f的关系式为：

其中，公式1-1给出了套管收缩载体30受到热缩套管60受热产生的回缩应力f与套管收缩载体30受到的环向应力σθ的关系。

s34、根据惠斯顿电桥原理，将两片工作电阻应变片41，沿圆环方向对称的贴于套管收缩载体30受载荷区域表面。使用两个温度补偿片rt1和rt2，按惠斯顿电桥的方式连接，如图5所示。在惠斯顿电桥的一条对角线上的两个桥臂端点a、c处加载外加电压u，惠斯顿电桥的一条对角线上的两个桥臂端点b、d处外传输线51链接到链接端子20处，定义b、d处的压降为vbd。其中，与电阻应变片41的电阻rx和ry有关，即与电阻应变片41的应变εrx和εry有关；令v＝kεr，其中，k为电阻应变片41的灵敏系数，由其固有性质决定。

s351、根据惠斯顿电桥原理，两片电阻应变片的电阻rx、ry两端的压差vrx、vry，以及两片温度补偿片的电阻rt1、rt2两端的压差vrt1、vrt2，两片温度补偿片的电阻为rt1＝rt2＝rt；所述惠斯顿电桥中另一条对角线上的两个桥臂端点的压差为vbd；

vbd＝vrx-vrt1+vry-vrt2………………………………(1-2)；

s352、在所述步骤s351中，电阻应变片41的压差vr等于所述电阻应变片受到所述环向应力引起的第一应变压差vσ，加上所述电阻应变片受到所述测试温度引起的第二应变压差vrt；并由公式(1-2)得：

vbd＝(vσx+vrt)+(vσy+vrt)-2vrt＝vσx+vσy……………………(1-3)；

s353、在所述步骤s352中，所述热缩套管60受热发生均匀收缩、且各个方向上的回缩应力相等，即vσx＝vσy＝vσ；电阻应变片41自身的压差为v＝kεr，k为电阻应变片41的灵敏系数，εr为电阻应变片41的应变；并由公式(1-3)得：

vbd＝2vσ＝2kεr…………………………………(1-4)；

s354、在所述步骤s353中，εr＝σθ/e，e为套管收缩载体30的弹性模量；并由公式(1-4)得：

惠斯顿电桥中另一条对角线上的两个桥臂端点的压差vbd为：

vbd＝2kσθ/e………………………………(1-5)；

s361、在所述步骤s354中，根据所述惠斯顿电桥中另一条对角线上的两个桥臂端点的压差vbd(公式(1-5))，以及所述回缩应力f的关系式得出所述套管热缩载体受到所述热缩套管60产生的所述回缩应力f。

已知套管收缩载体30的弹性模量e和电阻应变片41的灵敏系数k，可以的得到环向应力σθ和压降vbd的关系。利用带有信号放大功能的显示设备，求得vbd的变化，从而得到σθ的值。再根据公式(1-1)得到载体圆管受到的收缩应力f。

以上实施例中，提供一种最为基础的以电阻应变片41为工作传感器，通过电阻应变片41的电阻变化反应套管收缩载体30的形变，测量惠斯顿全电桥的电压变化，得到套管收缩载体30受到的压应力，最终反应热缩套管60受热收缩时的回缩应力。

为方便读者更好理解本发明，本发明提供一种以惠斯顿电桥为原理的压力传感器测试热回缩应力的案列，但本发明保护的不仅仅是本发明提供的这种案列，以惠斯顿电桥原理为基础的电阻应变压力传感器、扩散硅压力传感器、陶瓷/蓝宝石压力传感器，以及利用压电材料为基础的压电压力传感器都在本专利保护范围之内。

应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。