一种新型螺栓预紧力测传感器

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0 ll检查s溯量拉伸力。通过测量传感器受力由力平衡原理即可得到螺栓的预紧力，达到监测螺栓预紧力的目地。

传感器设计的难点是 ，传感器的高度、壁厚 、抗弯矩和扭矩的设计l 2l。

由材料力学的经典公式，对于均质杆，在承受轴向拉伸或压缩时，杆件横截面上的应力是均匀分布的。

N/A ....... ........ (1)式中，cr-正应力 (N/mm2)；，v-轴力 (N)； -横截面积 (mm2)。

由圣维南原理知，如果杆的高度小于杆直径的3倍时，外力将对杆件产生显著影响，杆的应力将不是线性变化，而在理想状态下，传感器的高度越高，则测量结果也越趋近于线性关系；但传感器的高度也必须有-定限制，否则由于双头螺栓的长度是有限的，会导致两端的螺母无法安装，而传感器的壁厚直接影响其测试的灵敏度，如果壁厚太薄在承受轴向压力下容易折断。如果需要可通过有限元计算分析精确确定传感器高度及壁厚，通成根据经验来确定。

考虑到由于传感器承受轴向的压力，可能会出现偏载，产生弯矩。同时螺母与传感器接触面在旋进的过程中也会产生-定的扭矩。本文特采用全桥八片电阻应变片的布片方式来消除弯矩和扭矩的影响。

本文利用美国的 DELL公司的T7500工程工作站及大型工程分析软件 ANSYS3l进行有限元建模、分析、优化，同时考虑该传感器的防护、安装和工作环境等因素，最终设计出满足实际使用要求的传感器 (见图2)。

3 传感器的标定制作完成的传感器，通过在加载架上应用液压缸进行加载，从而得到传感器测得值 (应变值)和实际加载值 (压力)的对应关系。以后就可以将传感器测得的应变值通过对照这种对应关系，确定螺栓的预紧力。同时还要标定出传感器的线性度 、重复性 、回零等参数。

3.1 准备工作首先，用万用表测量并记录传感器的输入阻抗和绝缘电阻∮着，将传感器和垫块安装到指定位置。然后，将传感器引线连至YJ25静态应变仪，调零，将液压缸连接至液压泵，打开液压泵电源，开始试验。

- 1-螺母；2-传感器；3-上法兰；4-双头螺柱；5-下法兰。

图 1传感器放置位置图图 2 传感器弹性体尺寸图3.2 标定将液压泵开关打开，压力缓慢上升，分别在压力表示数为 1，2，3，4，5，6，7，8，9，10，12，13，14，15，16，l7，18 MPa的时候记录应变仪显示数值，然后缓慢泄压，重复 3次 (见表 1、表 2)。

表 1 -号传感器标定数据液压 液压缸第-次 第-次第二次第二次第三次 第三次 平均表压 压力 应变 压力 应变 压力 应变 压力 应变(MPa) (t) ( 8) (t) ( s) (t) ( ) (t) ( s)2013年帮4期(总154期) yz.js###cfhLcom CFHI励 -。 那 伽 ㈣4 ； 7 l 1 3 7 1 3 4 1 3 3 4 O 2 9 5 。 粥m . m 加 如 勰∞2 6 9 ) 2 ： 2 S 5 ) 7 ) ) 6 7 7 2 0 弧 锻 呱O 2 5 O 0 O O 7 9 O 0 4 0 0 8 0 o ∞跎 ∞锄 孙6 3 8 6 D 1 1 3 4 2 7 3 0 1 5 3 4 3 0 掘 呱。似湖 姗 枷4 2 4 ) S 1 Z i Z ； 4 ) 6 4 1 5 0 姐 眦； O O O O 2 O 0 4 8 O 0 O O O 0 0 0 姒町 犍 加 舳叭1 1 2 2 3 ； 3 4 1 ) 6 6 6 7 7 8 0 掘0 2 3 4 5 6 7 8 9 O 1 2 3 4 6 - -技了I匕表 2 二号传感器标定数据3.3 重复性实验在不加载情况下先将仪器调零，然后将压力升至 4，6，8 MPa，记录仪器显示数值 ，最高升至18 MPa，缓慢降压至 8，6，4 MPa，记录显示数值，重复 3次 (见表 3和表 4)。

表 3 -号传感器重复性数据表 4 二号传感器重复-眭数据3.4 回零实验将仪器调零后将压力升至 18 MPa，然后降压，待完全卸载时，记录仪器显示数值，重复3次 (见表 5、表 6)。

表 5 -号传感器回零数据4 6黼 201 年 第4期(总154期)CFHI yz.js###cfhLcorn检查s溺量l 0 0表 6 二号传感器回零数据3.5 实验结果经过数值分析 ，确定传感器的最终性能参数 (见表 7)。

表 7 传感器性能参数4 现场测试在加氢裂化反应器顶部弯管法兰把合的过程中，应用两台该传感器测量螺栓预紧力，同时，用传统的方法制作另外的传感器-同进行测量，并比较新传感器与传统应变片法测量结果之间的差异 (见表 8)。 (其中传感器压力由拟合公式通过测得应变计算得出)表 8 测试数据可见两者相差为 0.1 t，误差为0.3%。

经验证，通过使用这种螺栓预紧用传感器能够准确测得螺栓的预紧力，并以此为依据指导法兰把合。

5 结 语实践证明，本文新型传感器能够用来测试螺栓预紧力，可以解决全螺纹螺栓、无缝隙法兰等条件下螺栓预紧力监测问题，有很好的应用前景。