(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210887892.6 (22)申请日 2022.07.26 (71)申请人 西北工业大 学 地址 710072 陕西省西安市友谊西路 (72)发明人 马炳和　张韬　罗剑　刘赟哲　 (74)专利代理 机构 西安凯多 思知识产权代理事 务所(普通 合伙) 61290 专利代理师 范倩 (51)Int.Cl. G01N 3/62(2006.01) G01N 3/18(2006.01) G01N 3/06(2006.01) G01N 3/02(2006.01) (54)发明名称 一种面向涡轮发动机转子叶片表面原位沉 积的薄膜应 变计的静态标定装置及方法 (57)摘要 本发明公布了一种面向航空发动机涡轮转 子叶片表面原位沉积的薄膜应变计的静态标定 装置及方法。 本发明属于高温应变测试技术领 域。 其用于标定原位沉积在航空发动机涡轮转子 叶片等高温区旋转部件表面的薄膜应变计。 该标 定装置由电阻丝加热器、 涡轮发动机转子、 原位 沉积在涡轮发动机转子叶片表面的薄膜应变计 和薄膜热电偶、 电容测距传感器组成。 薄膜应变 计的应变通过高速旋转造成的离心力引入， 应变 大小通过电容测距传感器进行标定； 通过标定不 同温度下薄膜应变计的应变灵敏度系数， 实现温 度和应变的解耦。 本发明为航空发动机高温区旋 转部件表面原位沉积的薄膜应变计的标定提供 了有效的实验平台及方法。 权利要求书2页 说明书4页 附图3页 CN 115406789 A 2022.11.29 CN 115406789 A 1.一种面向航空发动机涡轮转子叶片表面原位沉积的薄膜应变计的静态标定装置， 其 特征是， 该装置由电阻丝加热器8、 涡轮发动机转子6、 原位沉积在转子叶片1叶背表面的薄 膜应变计3和薄膜热电偶2、 电容测距传感器7、 温控单 元9、 数据采集单 元10组成； 所述电阻丝加热器8与涡轮发动机转子6平行放置， 距离0.5 ‑0.7m； 电阻丝材质为镍铬 合金丝， 最高加热温度1400℃； 所述电阻丝加热器8与温控 单元9用于提供25 ‑1400℃均匀温 度场， 温度稳定性≤1℃/小时； 所述涡轮发动机转子6由涡轮盘及转子叶片1组成， 标准工况转速10000rpm， 加速工况 转速10850rpm； 所述转子叶片1叶背表面通过物理或化学镀膜的方式原位制备有用于检测 转子叶片1应变的薄膜应变计3和用于检测转子叶片1温度的薄膜热电偶2； 所述薄膜应变计 3与所述薄膜热电偶2对称轴与所述电容测距传感器7与所述涡轮发动机转子6圆心的连线 重合， 距叶片顶端30 ‑50mm； 所述薄膜应变计3与薄膜热电偶2的电信号通过高温导电浆料和 引线5从焊 盘4引出。 2.如权利要求1所述的面向航空发动机涡轮转子叶片表面原位沉积的薄膜应变计的静 态标定装置， 其特 征在于， 所述薄膜应 变计3和所述薄膜热电偶2材 料为耐高温金属或陶瓷。 3.如权利要求1所述的面向航空发动机涡轮转子叶片表面原位沉积的薄膜应变计的静 态标定装置， 其特征在于， 所述电容测距传感器7与所述涡轮发动机转子叶片1平行放置， 距 离1‑3mm， 所述电容测距传感器7分辨 率≤0.5um。 4.一种面向航空发动机涡轮转子叶片表面原位沉积的薄膜应变计的静态标定方法， 包 括如下两 部分 第一部分： 建立薄膜应 变计3电阻变化和应 变、 温度变化的对应关系： 第一步， 测量薄膜应 变计3的初始电阻R0以及转子叶片1的初始长度L0。 第二步， 标定薄膜热电偶2： 将制备有薄膜热电偶2的转子叶片1置于高温马弗炉中， 所 述高温马弗炉的可控温度区间为25 ‑1400℃， 控温精度≤ ±1℃； 将薄膜热电偶2的热端置于 炉内而冷端置于炉外； 标准S型热电偶13用于检测薄膜热电偶2热端温度， 标准K型热电偶12 用于检测薄膜热电偶2冷端温度； 冰点器14用于为标准S型和K型热电偶提供标准的零点温 度； 高温炉以5℃/min的升温速度 从25℃升到薄膜热电偶2的待标温度， 数据采集单元10同 步记录薄膜热电偶2的冷端温度、 热端温度以及电压输出曲线， 建立薄膜热电偶2输出电压 和温度的对应关系； 第三步， 驱动涡轮发动 机转子6， 转速为标准工况10000rpm； 待转速稳定后， 电容测距传 感器7用于测量转子叶片1径向伸长量ΔL； 计算由离心力引入的应变大小ε( ε＝ΔL/L)。 电 阻丝加热器8和温控单元9对涡轮发动机转子6施加均匀温度场， 温度范围为25℃到薄膜应 变计3的待标温度， ， 升温速率10℃/min， 升温50℃保温10min。 数据采集单元10以50℃为采 样间隔同步记录薄膜应变计3的电阻变化量ΔR和薄膜热电偶2的输出电压； 基于标定后的 薄膜热电偶2测量叶片温度T， 并计算 不同温度T下薄膜应 变计的应变灵敏度系数， 如下： 其中， K是薄膜应 变计3的应变灵敏度系数。 第二部分： 根据薄膜热电偶2所测得的转子叶片1温度， 确定薄膜应变计3的应变灵敏度 K， 结合薄膜应 变计3的电阻变化 量ΔR反推 应变大小， 公式如下：权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115406789 A 2权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115406789 A 3