全链条高温应变传感器研制-标定-检测-补偿技术

20241231

一、技术概况接触式高温应变测量是我国航天飞行器、航空发动机关键部件强度校核、结构设计、故障诊断的关键技术之一。一直以来，我国800℃以上的高温应变片完全依赖美国Vishay、HPI以及日本TML公司进口，且不能准确掌握应变片的高温灵敏度、热输出、零漂、蠕变等关键参数，导致测量精度无法得到保障。更为重要的是，一旦受国际局势影响，相关国家限制高温应变片对我国出口，将造成高温应变测试试验无法开展的情况。项目组通过自主研发，在国内率先掌握了高温应变传感器研制-标定-检测-补偿技术链条，实现了高温应变测量技术的完全掌握与测量精度的全面提高。具体有四方面：（1）高温应变传感器制备技术基于“热处理提纯+表面能诱导再结晶”技术，引入微量稀土元素对应变电阻合金进行改良，提高了高温应变敏感栅材料的抗氧化性能、优化了电阻温度特性、提高了输出一致性。形成了高温应变片敏感栅丝材料制备技术，设计开发了高温应变片制片设备，掌握了高温应变片制备工艺，形成了高温应变片批量化制备能力，打破了国外对我国高温应变传感器的垄断状态。（2）高温应变传感器多参数标定装置自主设计开发的高温应变片参数标定校准装置，开发了正反双向加载机构、加载位移误差修正技术，实现了应变片高温参数的精准标定，解决了一直以来由于高温应变片参数不明确、高温应变无“真值”而导致的测量精度没有保障的问题。（3）高温应变精准检测技术开发了高温应变片安装固化工艺、稳定性处理工艺，开发了带精度补偿功能的分析软件，实现了接触式高温应变测量原位在线精度修正，实时输出修正后的应变数据。解决了应变片安装困难存活率低、输出一致性差、分析系统功能缺失等问题。（4）高温应变数据补偿技术开发了高温应变数据修正模型，实现了复杂高温应变信号中真实应变特征的提取与离散应变到变形场的重构，打通了基于接触式应变测量的高温变形场获取的技术通道。二、技术应用情况（1）自由框架丝栅式高温应变片项目组开发的高温应变计已在中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所得到应用，参与了某型装置关键部件材料考核实验，应用结果显示，项目组自主制备的自由框架丝栅式高温应变片温度特性与一致性较好；在航空发动机涡轮叶片1316K、20kN高温疲劳试验中对叶尖位置完成了高温应变测量。在北京科技大学高超声速气动热力耦合模拟实验装置中，对5马赫环境下飞行器舵翼结构的高温应变进行了测量。（2）高温应变传感器多参数标定装置项目组已为中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所、航天一院北京航天计量测试技术研究所提供了标定装置产品，用户单位使用该装置为其高精度高温光纤光栅应变传感器、高温应变计开展了多批次的标定实验，应用效果良好，能够满足用户单位对国防高精度应变传感器校准的需求，有效降低了应变测量数据中温度效应引起的误差，对测量精度提高的效果明显。（3）高温应变数据修正模型在中国航发四川燃气涡轮研究院得到应用，在其航空发动机涡轮叶片的可靠性评估、故障诊断及高温动应力测试工作中得到了应用，成功获得了发动机热端部件的高温振动特性。除了航天飞行器、航空发动机领域，本技术已在风力发电机组传动系统、钢板冷轧生产线、核动力工程高温高压管道、内燃机缸盖等领域开展了探索，具有广阔的应用前景。