卧式测量影像仪

随着全球核能发展趋势，国际上将核电站的发展分为四代。第一代核电站，是指上世纪50、60年代初期开发的核电站。第二代核电站，是指从60年代后期到90年代前期进一步开发和建造的发电功率达30万千瓦的大型商用核 电站。第三代核电站，是从上世纪90年代中后期到2010年开始运行的具有更高安全指标的先进核电站。正在开发中的第四代核电站，具有经济性好、安全性高、产生废物少、核资源可持续、核扩散可防止等优点。其中铅基反应堆（LFR）由于其突出的优点成为第四代反应堆系统具有发展潜力的两种堆型之一。铅基反应堆使用铅或者铅铋共晶合金（LBE）作为冷却剂材料，且最早在前苏联开发用于阿尔法级核潜艇，但由于LBE是一种腐蚀材料，结构钢材在LBE环境会发生液态金属腐蚀（LMC）和液态金属脆化（LME），LMC和LME以及氧浓度成为影响铅基反应堆性能的关键问题。因此为了研究液态铅铋环境下结构材料的力学特性，亟需开发一种可模拟不同氧浓度高温液态铅铋环境的力学试验系统。图1 一到四代核反应堆发展及代表堆型氧控方案 液态LBE控氧技术主要包括气态控氧和固态控氧，其中气态控氧技术又分为两种。如图2所示，第一种是将Ar/H2还原性混合气体或Ar/O2氧化性混合气体通入液态LBE内部或覆盖在表面，通过化学反应实现对氧浓度的控制。如图3所示，另一种气态控氧方式为在液态LBE表面通入Ar/H2/H2O三元混合气体，通过控制H2和H2O的组分比例来使液态LBE氧浓度达到目标值并稳定。第一种气态控氧方式控氧速率较快，但是控氧精度较差且容易失控，第一种气态控氧方式可以获得稳定的氧浓度且波动较小，但时控氧时间较长。图2 第一种气态控氧方式及控氧曲线图3 第二种气态控氧方式及控氧曲线氧传感器及氧浓度测量原理 氧传感器是氧控系统中的关键部件，要求其在低浓度的氧含量范围内准确地、稳定地测量，同时具有长期的运行稳定性。用于液态金属中溶解氧的电化学氧传感器利用了固体电解质的离子导体性质，可以用于测量极低的氧含量。目前，一般采用氧化锆基固体电解质为主要材料，利用电化学浓差式电池原理制作氧传感器。其原理如图4所示，根据 Nernst原理，当固态电解质两端有氧浓度梯度时，氧离子会从高浓度的一侧穿过固态电解质到低浓度的一侧，于是会在固态电解质的阴阳两极之间形成一个可以反映两边氧浓度差值的电动势（EMF）。在一定的温度下，这个EMF的理论值可以通过公式算出： E为理论电动势EMF，单位为V；R=8.31441J/(molK)，为理想气体常数；F=96484.6C/mol，为法拉第常数；T为温度，单位是K；PO2,ref为参比电极氧分压；PO2是被测介质中的氧分压。在一定的温度下，参比电极中的氧分压是一定的，那么被测介质中的氧分压就可以通过测量电动势E的值获得。图4 氧传感器原理图 根据参比电极的不同类型，可将氧传感器分为两种，一种是金属-空气氧传感器，如Pt-空气氧传感器，另一种是金属-金属氧化物传感器如Bi-Bi2O3、Cu-CuO2氧传感器。国内外均有多家机构研发了LBE氧传感器，考虑到金属-空气参比电极传感器需要和空气连通，电解质破裂可能会造成回路泄漏，优先开发金属-金属氧化物参比电极氧传感器。且Bi-Bi2O3在应用温度范围、准确性、响应速度、稳定性等方面综合性能优异，基于以上原因，优先开发 Bi-Bi2O3参比电极传感器。 自行设计的Bi-Bi2O3氧传感器结构图如图5-a所示，实物图如图5-b所示，图6为不同温度下氧传感器的稳定性测试结果，测试结果误差稳定在2mV以内。图5 Bi-Bi2O3型氧传感器结构图(1) BNC 接头；(2) 密封法兰；(3) 氟胶圈；(4) 密封陶瓷片；(5) 螺纹压紧件；(6) 锥形环；(7) 散热片；(8) CF法兰；(9) 氧化铝陶瓷管；(10) 电极引线；(11) YSZ陶瓷锥管图6 不同温度下氧传感器稳定性测试结果(a) 500 ℃；(b) 450 ℃；(c) 400 ℃；(d) 350 ℃试验装置 主要构成包括：凯尔测控力学测试系统（卧式/立式），高温液态LBE储液系统，高温液态铅铋试验腔，氧控系统，高温引伸计（卧式）/LVDT位移传感器（立式），保温系统以及支撑台架。其中凯尔测控力学测试系统为测试主体，最大载荷50kN，最大试验频率15Hz。高温液态LBE储液系统储液温度可达550℃，最大储液量15L，可进行液态铅铋氧浓度的预控制。高温液态铅铋试验腔单次试验仅需1.5L液态铅铋，氧控系统包含氧传感器及配套气瓶以及控制系统，可实现动态精确控氧气，误差可控制在2mV以内。根据氧浓度需求，高温液态铅铋试验腔可分为氧饱和液态铅铋试验腔体、贫氧液态铅铋试验腔以及控氧液态铅铋试验腔体。保温系统控温550℃及以上，温差±1℃，隔热效果良好。 高温引伸计/LVDT位移传感器可在550℃氧饱和液态铅铋试验环境下使用，精度达到0.002mm，且配套有特制的固定移动装置，图7为高温液态铅铋环境卧式单轴疲劳试验系机结构图，展示了高温引伸计的安装方式及安装实物图。贫氧液态铅铋试验腔以及控氧液态铅铋试验腔体通过数字图像技术（DIC）进行应变测量。 卧式试验装置方便装夹高温引伸计且节省铅铋，立式试验装置节省占地面积，集成度较高，可根据需要设计卧式或立式结构。图7高温液态金属环境卧式单轴疲劳试验系机结(a) 主机结构；(b) 引伸计安装示意图；(c) 引伸计安装实物图参考文献[1]Rivai A K , Kumagai T , Takahashi M . Performance of oxygen sensor in lead-bismuth at high temperature[J]. Progress in Nuclear Energy, 2008, 50(2-6):575-581.[2]秦博,付晓刚,马浩然,等.铅铋合金气相氧含量控制初步实验研究[J].材料导报, 2019, 33(11):4.DOI:CNKI:SUN:CLDB.0.2019-11-010.凯尔测控公司介绍 凯尔测控是一家专业从事开发、生产、销售各类力学试验系统的国家高新技术企业，自2008年成立以来一直致力于发展新的测试方法。先后与清华大学、北京大学、中科院金属所、中国工程物理研究院等国内著名高校、科研院所建立密切合作，持续在航空、航天、核电等关键领域进行技术研发与投入。公司拥有各类力学性能试验机四个系列四十余个品种，主导产品电磁式疲劳试验系统、原位力学试验系统、原位双轴力学试验系统、拉扭多轴疲劳试验机等测试系统打破国外设备的垄断。凭借着过硬的技术、性能优良的产品和专业妥善的服务，凯尔测控赢得了众多用户的信赖。 凯尔测控是一家专业从事开发、生产、销售各类力学试验系统的国家高新技术企业，自2008年成立以来一直致力于发展新的测试方法。先后与清华大学、北京大学、中科院金属所、中国工程物理研究院等国内著名高校、科研院所建立密切合作，持续在航空、航天、核电等关键领域进行技术研发与投入。公司拥有各类力学性能试验机四个系列四十余个品种，主导产品电磁式疲劳试验系统、原位力学试验系统、原位双轴力学试验系统、拉扭多轴疲劳试验机等测试系统打破国外设备的垄断。凭借着过硬的技术、性能优良的产品和专业妥善的服务，凯尔测控赢得了众多用户的信赖。

一、试验机功能、结构及特点:1.采用品牌微机，控制高精度电液比例阀, 驱动精密液压缸,吸收日本岛津试验机公司的先进试验机控制技术，依据国家标准对试验力、位移（变形）进行多种模式的自动控制，完成试验过程中试验参数的设定、试验过程的控制、数据采集、处理、分析及显示，控制及测量精密、准确实现等速位移控制、等速试验力控制,具有任意试验力点设定及保持功能。并配有Windows电液伺服卧式试验机专用软件,根据国家标准或用户提供的标准测量试件的性能参数，并对试验数据进行统计和处理，然后输出打印各种要求的试验曲线及试验报告，可选择应力—应变、试验力—应变、试验力—时间、试验力—位移、位移—时间、变形—时间等试验曲线，可实时显示、放大、比较、遍历功能及对试验过程监控。智能、方便。2.试验机机身采用双框架结构，液压油缸安装在上横梁上,活塞与传感器直连,直接对试样进行拉伸试验，使加载机头结构简化；下拉伸夹头与框架另一侧横梁相连，液压缸的侧面安装有光电编码器，用于测量试样的变形。试验机采用钢板焊接框架结构、分段移动横梁调整试验空间、单出杆双作用活塞缸施加试验力、手动控制试验过程，负荷传感器测力、微机显示试验力及试验曲线，适用于吊装带、牵引带、电缆、钢丝绳等试件的拉伸试验。 3.主机侧面安装有液压加载系统, 采用低噪音液压泵机组及液压阀组、高精度电液控制阀,确保系统高精高效、低噪音、快速回应,实现对试验的自动控制加载、换向；采用敏感压力补偿系统控制,使液压系统结构大大简化,噪音更低,在非满载工作条件下,基本为“静音”工作，无需增加繁琐的冷却系统，也无需为隔离噪音而将液压系统外置其他房间；手动控制用“送油阀、回油阀、节流阀”，系统简洁明快。4.本试验机满足下列标准：1）GB/T2611-2007《试验机通用技术要求》2）GB/T228-2010《金属材料室温拉伸试验方法》3）JJF1103-2003《万能试验机电脑数据采集系统评定》4）GB/T7314-2005《金属材料室温压缩试验方法》5）GB/T8653-1988《金属杨氏模量、弦线模量、切线模量和泊松比试验方法》6）JJG139－1999《拉力、压力和万能试验机的检定规程》二、液压系统控制油源是我公司最新研制的系列新产品。该系列产品试验使用方便，控制精度高，可靠性好,具有使用方便，控制精度高，可靠性好等特点。在研制、开发过程中吸取国际先进试验机技术，结合国内用户的实际使用状况，采用“单元化、模块化、标准化”开发理念设计而成。试验机的关键部件均选用国际、国内同类产品的著名品牌产品或采用国际先进技术加工完成，大大提高了系统的稳定性和可靠性，试验机的整体性能与国际先进产品技术水平相当。液压原理如图所示，为负载适应型进油节流调速系统，手动阀控制试验进程。油箱内的液压油通过电机带动高压齿轮泵进入油路，流经单向阀、10μ高压滤油器、压差阀组、送油阀，进入油缸。通过手动控制送油阀的开口大小，从而控制进入油缸的流量，满足加载的要求。试验完成后，打开回油阀卸荷并使油缸返回。电液伺服动控制油源主要由伺服阀、全数字单通道伺服控制器以及计算机打印机、相关试验软件、其他必要的附件等组成。2.2 恒压伺服控制站：采用双级加压承担压力差的原理，在增加工作压力的同时，也改善了泵工作条件，延长泵的使用寿命）；由主溢流阀、副主溢流阀、副溢流阀和换向阀、不大于3u国产温州黎明精密滤油器组成的高低压软切换液压模块；泵站采用美国派克PARK公司液压管件和高压胶管；安装有双电接点温控表；液位控制计；用于油温（低于10oC、高于55oC）、液位控制，具有滤油器堵塞报警或停车功能；2.3全数字单通道协调加载伺服控制器主要技术指标：2.3.1控制通道数量：1个，包括试验力和位移两个闭环控制回路，具有控制模式无扰平滑切换功能。2.3.2 配置站点控制界面数量：2个。2.3.3 最高闭环控制数据刷新频率为6kHz；2.3.4 控制器A/D、D/A分辨率为24位；2.3.5 控制精度：控制精度精度典型值为0.3％FS， 2.3.6 两级伺服阀驱动单元；2.3.7 远程液压泵站控制功能；2.3.8 其他必要的I/O输入输出单元：四个模拟输入、四个模拟输出界面；四个数字输入、四个数字输出界面（选配）；2.3.9 极限参数设置功能；2.3.10具有完备的保护功能。除具有超载（110﹪）保护、二级过流保护外，还具有任意设置的动负荷上下限保护、静负荷上下限保护等；2.4 电液伺服动态试验机（系统）控制软件：2.4.1系统管理软件：该软件是整个全数字伺服控制器工作的基础，其主要功能是管理控制系统的硬件资源、定义传感器、数字控制参数调整、设置保护，显示当前控制模式、液压和函数发生器状态以及传感器标定，并且提供双踪数字示波器、数字伺服阀电流表和6块数字电压表用于试验数据实时显示。2.4.2多功能试验软件：该软件是一个柔性强，功能全的试验软件，用户可以用其设计特殊的试验方法，自己编程。此软件将伺服控制器具备的各种控制功能、数据采集功能和其他的一些辅助功能都以图示的方式做在了一个面板上，用户可以将这些功能图示用鼠标拖放到试验定义面板中，并将其按照用户需求随意组合起来，就可以按照用户自定义的试验方法进行试验。该软件可用于随机谱试验。a) 电气控制线路参照国际标准，符合国家试验机电气标准，抗干扰能力强，保证了控制器的稳定性，实验数据准确性。b) 自动换档：根据负荷大小自动切换到适当的量程，以确保测量数据的准确性；实现了真正意义上的物理调零、增益调整及试验力测量的自动换档、调零、标定和存盘，无任何模拟调节环节，控制电路高度集成化c) 条件存盘：试验控制数据和试样条件可制成模块，方便了批量试验的进行；d) 自动变速：试验过程中移动横梁的速度可按预先设定的程序自动变化，也可手动变化；e) 自动标定：系统可自动实现示值准确度的标定；f) 自动保存：试验结束，试验数据和曲线自动保存；g) 过程实现：试验过程、测量、显示和分析等均由微机完成；h) 批量试验：对相同参数的试样，一次设定后可顺次完成；i) 试验软件：中文WINDOWS界面，菜单提示，鼠标操作。 j) 显示方式：数据和曲线随试验过程动态显示；k) 曲线遍历：试验完成后，可对曲线进行再分析，用鼠标可找到曲线上任一点所对应的试验数据；l) 曲线选择：可根据需要选择应力-应变、力-位移、力-时间、位移-时间等曲线进行显示和打印； m) 试验报告：可按用户要求的格式编制报告并列印；具有网络界面，可进行数据的传输、存储、打印记录和网络传输打印，可与企业内部局域网或Internet网连接。n) 限位保护：具有程控和机械两级限位保护；o) 自动停机：试样断裂后，移动横梁自动停止；p) 超载保护：当负荷超过各档最大值的3-5%时，自动停机；q) 力控制：力控制以试验力或应力为控制指标进行控制，单位为kN/s和Mpa/s，在力速度档位中选择一个速度，比如10kN/s，然后点击“预紧速度”按钮设置预紧速度，再按下“开始”按钮，即开始试验。R) 力值保持控制： 在力速度档位中选择一个速度，比如10kN/s，然后点击“预紧速度”按钮设置预紧速度，接着在力保持目标输入框中输入目标值，如100kN，按回车键或按右边的“应用”按钮，接着再按下“开始”按钮，即开始试验。活塞会以10kN/s的速度加载上升，当力值到达100kN，系统会自动保持在100kN。这时，用户可以输入新的力目标值，应用后，系统会自动趋向新的目标值。目标值用户可以随时改变。用户可以输入为空来清除目标值。力目标不能为0。 S) 通过程控，还可以实现力循环功能； 自动和人工两种模式求取试验结果，自动形成报表，使数据分析过程简便。2.5安全保护装置a) 当试验力超过每档最大试验力的2%-5%时，超载保护，停机。b) 当活塞升起达到上极限位置时，行程保护，油泵电机停机。c) 液压油路系统超载、过压、过热、溢流保护；d) 试验结束自动停机保护 E)试样破断时安全网保护 三、主要技术指标序号技术名称技术参数1试验机级别1级2最大试验力KN1000KN3试验力测量范围最大试验力的2%-100%4试验力示值相对误差≤示值的±1％5试验力分辨力最大试验力1/2000006位移示值相对误差≤示值的±0.5％7位移分辨力(um)0.28位移速率调节范围(mm/min)0.005-509位移速率示值相对误差≤示值的±0.5％10试验空间宽度(mm)1200mm11试验空间高度(mm)800mm12拉伸空间行程(m)0～5M（不含液压缸行程）13工装夹具连接方式采用插销式结构连接（合成绳、救援机具吊索吊具等专用夹具工装）14主机质量(kg)约14吨15伺服液压缸行程 1.5M16控制方式微机控制方式，另外增加一个手动按钮，来代替开始键，使设备操作更加人性化，更加简单17主机电源AC380V±10%18工作环境室温10℃～35℃,湿度20%～80%19移动横梁调整空间方式采用手推式调节，插销式固定方式，调整节距为500mm四、主要配置序号名 称规 格品牌数 量1主机1000KN久滨仪器1套A插销式框架导轨1000KN久滨仪器2件B横梁及连接件1000KN久滨仪器1件C移动横梁及连接件1000KN久滨仪器1件D油缸1米 天津四方1件合计：主机包含以上A-D 4项2伺服油 专用液压油A伺服阀 FF113-951套B换向阀、电磁阀DSD-01-3C济南创博1套C油源柜1*0.9*1.1（米）久滨仪器1台D油泵见详细介绍1台E油泵电机2.2KW皖南电机1台F阀块及滤油器久滨仪器1台合计：主机包含以上A-F 6项3防护网45#久滨仪器1套4负荷传感器1000KN穿心式负荷传感器美国AC1只5计算机19寸液晶联想1台6试验控制软件ADS800卡杭州朗杰1套7拉伸辅具插销式辅具久滨仪器1套8随机资料说明书工具久滨仪器1套9运费久滨仪器1台10调试培训费久滨仪器1台 （D）高压伺服液压源伺服液压源主要的任务是向主机油缸按试验要求的速率供油并操作主机完成试验过程，液压源主要构成如下：1.壳体：由3mm冷轧钢板焊接制作，经多项表面处理工序后完成。2.油泵电机组：由超高压径向柱塞油泵和三相异步电机所组成，由于本液压系统为高压力系统，所以配用的油泵必须是超高压输出油泵，为本机配用的是采用德国FAG公司专利技术制造的超高压径向油泵；选用1.5kw三相异步电机与之相配并作为动力源。3.超高压数字伺服阀组：该控制阀的最大特点是耐高压，由可承受高压的阀体和永磁电机所组成，接受控制器发出的脉冲信号永磁电机带动阀杆做角度旋转，从而实现进油量的调节，使试验机实现伺服控制。4.电磁换向阀：即三位四通电磁换向阀，用于主油缸的活塞换向使用。5.滤油器: 电液伺服试验机采用的是双级滤清方式，其中一级采用可更换滤芯的滤油器，可过滤掉＞10μm颗粒杂质，确保控制阀正常工作。6.油箱: 是存储液压油的容器，本机液压源的油箱容积约为120L。7.溢流阀: 主要用于压力保护，当液压系统的压力超过溢流阀设定压力时，溢流阀中的弹簧被顶起，超高压力部分的液压油将从溢流阀流出并沿管路回到油箱。8.管路系统: 是液压源中上述各元器件的连接部分，采用耐高压无缝钢管制作，接头采用卡套式。9.电气拖动部分: 是保证所有电器及系统正常和安全工作的强电部分，主要由空气开关、继电器、交流接触器、电源电气等部分组成，安装于液压源的侧面上部。液压源是试验机工作的动力部分，油泵电机组工作将高压液压油经滤油器送入数字伺服阀，经控制系统调速后进入工作油缸，完成试验过程后通过电磁换向阀换向，活塞回到预工作状态。根据试验要求还可安装风冷冷却器，以便对油温进行强制保护，另外还装有油面指示装置等。通过上述装置可保证液压系统长时稳定的工作。 创新点：1、用美国进口传感器，力值精度提高0.5个百分点，测力范围更广，2-100%，之前国内都是4-100%。2、采用两级伺服阀驱动单元，一改之前普遍单级伺服阀驱动，测试更平稳，曲线更顺滑。3、加装微机控制方式，另外增加一个手动按钮，来代替开始键，使设备操作更加人性化，更加简单。4、加装安全防护装置，更安全！

近日，长春机械院为贵州钢绳股份有限公司研发制造的国内最大的微机控制电液伺服卧式钢丝绳拉力试验机YNS30000（3000吨）顺利完成试验测试通过专家组验收。 该设备是目前国内通过客户验收的最大的钢丝绳试验设备，用于钢丝绳索具、吊具、锚链等产品等试件的力学性能测试，是船舶工程、石油化工、电力工程、桥梁工程、海洋工程、水利建设、矿山开采及运输行业等安全防护产品测量的重要试验设备。 该设备是我院在五十多年研发制造经验的基础上不断创新，引进国际先进设计理念结合客户实际需求研发制造的，在主机形式、夹持方式、标距调整、变形测量、空间调节、整机标定等多个方面进行了创新，多项指标达到国际领先水平。设备满足以下标准：1、GB/T8358－2006《钢丝绳破断拉伸试验方法》；2、GB/T24191-2009《钢丝绳弹性模量实际测定方法》3、GB/T228－2002《金属材料室温拉伸方法》 3000吨卧式拉力试验机是长春机械院在大吨位专用设备领域的又一突破性力作，该设备的顺利验收打破了我国超大吨级试验设备长期被国外垄断的局面，填补了国内大力值（3000吨以上）卧式拉伸强度试验设备的空白，目前全球能研制YNS30000同级卧式拉力试验机只有少数几家公司。 该设备的自主研发制造增强了我国超强度钢丝绳及相关产品性能的检测能力，保证产品质量及技术要求，对钢丝绳应用于国家重点项目工程提供了测试保障，加速了重大项目关键环节的实际应用进程，对重大工程顺利完成起到了推动作用。 近年来，长春机械院在大吨位试验设备领域连续发力，先后为完成 中石油天然气管道局20000KN卧式宽板拉伸试验机、 中石油管道局2000kN石油管道疲劳试验机 株洲时代材料10000KN二维卧式压剪试验机 株洲时代材料3000kN卧式疲劳试验机、 华舟应急装备有限公司4000KN电液伺服动静疲劳试验机 天铁轧二制钢有限公司8000kN卧式拉力试验机 中国核物理研究所2000kN高低温疲劳试验机 中船重工719研究所大吨位结构力学拟动力动态加载装置 长春机械院在未来的发展中，将不断以客户需求为导向，不断专注于高端工程试验设备的研发制造，坚持自主创新，打造有核心竞争力的一流产品，用优质的产品、优质的服务，助力中国经济。 贵州钢绳（集团）有限责任公司，简称贵绳集团。 贵绳集团位于遵义市，全国冶金重点企业，目前国内最大的金属线材制品专业生产基地之一，行业龙头企业。致力于钢丝、钢绳、钢绞线生产和相关技术、设备、材料的研究与加工，形成了“巨龙”牌钢丝、钢丝绳和PC钢绞线三个产品系列，年生产能力40万吨，其中钢丝绳产量居世界第一，产品广泛应用于矿山开采、交通运输、桥梁建设、海洋工程、港口机械以及船舶、轻工、汽车、军工、航天、水利等行业，出口到美洲、大洋洲、欧洲、亚洲和非洲地区， 产品用于国家重点建设项目水利方面：葛洲坝、三峡水利枢纽桥梁方面： 云南龙江特大桥、。马鞍山长江公路大桥、湖南澧水河特大桥、泰州长江公路大桥、矮寨特大悬索桥、南京长江四桥、明州大桥、、汕头海湾大桥、广州虎门大桥、贵州坝陵河大桥、舟山西堠门大桥等船舶方面：亚洲最大起重船---华天龙号大型打捞起重船