壓力容器的電測(cè)法應(yīng)力測(cè)量實(shí)驗(yàn)思考

1、內(nèi)壓薄壁容器電測(cè)法應(yīng)力測(cè)量實(shí)驗(yàn)思考李強(qiáng)（中國(guó)礦業(yè)大學(xué)，江蘇 徐州 221008）摘要：通過對(duì)過程裝備與控制工程專業(yè)的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)“內(nèi)壓薄壁容器應(yīng)力測(cè)量”的操作和處理，歸納總結(jié)，思考感悟，找出普遍存在的弊端和不足，提出了合理的改進(jìn)措施，以保證教學(xué)質(zhì)量，提高學(xué)生創(chuàng)新和實(shí)踐能力。關(guān)鍵詞：內(nèi)壓薄壁容器；電測(cè)法；應(yīng)力測(cè)量；思考感悟；實(shí)驗(yàn)革新； 0引言隨著現(xiàn)代生產(chǎn)的需要和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，壓力容器的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣，人們對(duì)壓力容器的研究也越來越全面和深入。在高校，“壓力容器的電測(cè)法應(yīng)力測(cè)量”是過程裝備與控制工程專業(yè)中極為重要的實(shí)驗(yàn)。通過實(shí)驗(yàn)，可以發(fā)現(xiàn)問題，提示現(xiàn)象；可以驗(yàn)證理論正確與否或適用范圍的大小。傳統(tǒng)的純

2、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)可以加深學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)理論的理解和認(rèn)識(shí)，但對(duì)學(xué)生能力的提高意義不大，已經(jīng)不能滿足新學(xué)科的要求，理解并運(yùn)用其理論基礎(chǔ)及改良測(cè)量方法成為了新的實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)。本文從分析該實(shí)驗(yàn)傳統(tǒng)教學(xué)方案的弊端出發(fā)，結(jié)合自身對(duì)該實(shí)驗(yàn)操作和處理過程的思考感悟，找尋原因，提出了合理的改進(jìn)措施。1傳統(tǒng)純驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的弊端多年來，由于教學(xué)學(xué)時(shí)和實(shí)驗(yàn)設(shè)備的限制，本實(shí)驗(yàn)的教學(xué)一直以來沿襲“教師預(yù)先設(shè)定實(shí)驗(yàn)裝置及操作方法，學(xué)生照章操作驗(yàn)證結(jié)果”的傳統(tǒng)模式，即學(xué)生在教師指導(dǎo)下在壓力容器指定位置貼片，然后利用靜態(tài)電阻應(yīng)變儀測(cè)出各點(diǎn)應(yīng)力，再與理論值進(jìn)行比較。這種被動(dòng)的學(xué)習(xí)方式使學(xué)生的主觀能動(dòng)性難以發(fā)揮，限制了學(xué)生的創(chuàng)造性和實(shí)踐能力的培養(yǎng)

3、。怎樣改變這種狀況，提高教學(xué)質(zhì)量，增強(qiáng)教學(xué)效果，加快新知識(shí)、先進(jìn)技術(shù)的普及傳播，增強(qiáng)學(xué)生創(chuàng)新能力和動(dòng)手能力的培養(yǎng)，是一個(gè)值得探討的問題，對(duì)于社會(huì)進(jìn)步和國(guó)家發(fā)展至關(guān)重要。2內(nèi)壓薄壁容器電測(cè)法應(yīng)力測(cè)量實(shí)驗(yàn)的思考感悟壓力容器是石油化工行業(yè)正常生產(chǎn)必不可少的重要設(shè)備，幾乎每一個(gè)工藝過程都離不開壓力容器。它們既是工業(yè)生產(chǎn)中的常用設(shè)備，又是一種極易發(fā)生惡性事故的特殊設(shè)備，特別是石化行業(yè)物料的易燃易爆性、腐蝕性、高溫高壓等工作特點(diǎn)，決定了壓力容器的高度危險(xiǎn)性。壓力容器運(yùn)行狀況的好快將直接影響化工生產(chǎn)的穩(wěn)定性和安全性。因此，加強(qiáng)壓力容器的可靠性分析與評(píng)定，確保其安全運(yùn)行，保證正常生產(chǎn)，是一項(xiàng)必不可少的工作。本

4、實(shí)驗(yàn)是從應(yīng)力檢測(cè)的角度出發(fā)檢測(cè)壓力容器的安全性。通過對(duì)本實(shí)驗(yàn)的操作，對(duì)筒體的應(yīng)力分布情況已經(jīng)有了更加清晰的認(rèn)識(shí)，但是對(duì)于封頭，只是測(cè)量了頂點(diǎn)的應(yīng)力，對(duì)于其他部位的應(yīng)力分布還不清楚；基本掌握了粘貼應(yīng)變片的方法、步驟和注意事項(xiàng)；學(xué)會(huì)利用靜態(tài)電阻應(yīng)變儀測(cè)量各點(diǎn)的應(yīng)力；認(rèn)識(shí)到壓力容器設(shè)計(jì)時(shí)盡量只開一個(gè)孔，利用分支管路連接各附件（壓力表、安全閥、排氣閥）的巧妙性和重要性。但是通過對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理，可以發(fā)現(xiàn)：同學(xué)的應(yīng)變片粘帖水平還有待提高，實(shí)驗(yàn)誤差都在10%左右，不符合工程要求；測(cè)量應(yīng)變數(shù)據(jù)和步長(zhǎng)普遍偏??；個(gè)別的測(cè)量數(shù)據(jù)根本不符合實(shí)驗(yàn)規(guī)律。通過查閱資料以及仔細(xì)的分析，可以從下面幾個(gè)方面分析實(shí)驗(yàn)誤差的原因：

5、2.1測(cè)量時(shí)間實(shí)驗(yàn)證明，粘貼后初次使用的應(yīng)變片，加載后有明顯的漂移，卸載后有明顯的滯后現(xiàn)象。故內(nèi)壓較小時(shí)的測(cè)量數(shù)據(jù)誤差較大，隨加壓次數(shù)的增多，應(yīng)變片開始正常工作。2.2設(shè)計(jì)壓力該容器設(shè)計(jì)壓力 ，超過此值后，容器變形迅速，應(yīng)力應(yīng)變不再嚴(yán)格遵循胡克定律。2.3讀數(shù)問題電阻應(yīng)變儀具有顯數(shù)誤差，加載時(shí)，讀取的是設(shè)備壓力表讀數(shù)，存在讀數(shù)誤差。2.4溫度補(bǔ)償由于應(yīng)變片與容器線膨脹系數(shù)不同，應(yīng)變片電阻絲受到附加變形而引起虛假變形，導(dǎo)致輸出誤差，可通過溫度補(bǔ)償消除。但此實(shí)驗(yàn)采用公共補(bǔ)償，補(bǔ)償片長(zhǎng)時(shí)間工作，溫度升高，造成讀數(shù)漂移。2.5長(zhǎng)導(dǎo)線影響連接導(dǎo)線的分布電容會(huì)使測(cè)量結(jié)果比真實(shí)值小。2.6應(yīng)變片本身性質(zhì)的影

6、響實(shí)驗(yàn)證明，應(yīng)變片開始工作時(shí)不靈敏，導(dǎo)致初始值偏小。2.7剪切力的影響由于實(shí)際工作過程中壓力容器中存在剪切力，可以使步長(zhǎng)偏小。2.8應(yīng)變片粘帖質(zhì)量不良膠液涂抹過厚，會(huì)使測(cè)量數(shù)據(jù)偏??；粘帖前清洗不干凈，導(dǎo)致測(cè)量應(yīng)變值線性不好；應(yīng)變片貼偏方向，導(dǎo)致測(cè)量值變小。3內(nèi)壓薄壁容器電測(cè)法應(yīng)力測(cè)量實(shí)驗(yàn)改進(jìn)措施當(dāng)今國(guó)家提出全面推進(jìn)素質(zhì)教育就是為了大力培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力的人才。實(shí)驗(yàn)室是高校實(shí)驗(yàn)研究與教學(xué)的基地，實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和科研能力，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室可以鞏固知識(shí)，探索實(shí)踐，提高自己的能力，因此，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革是改變這種狀況的關(guān)鍵。下面從四個(gè)方面提出了對(duì)該實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)措施。3.1實(shí)驗(yàn)形式多樣

7、化改變?cè)袑?shí)驗(yàn)的單一形式，增加考核的方式，充實(shí)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。增加封頭類型對(duì)內(nèi)壓薄壁容器4種典型封頭的應(yīng)力分布規(guī)律進(jìn)行測(cè)定，并與理論分析結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，掌握橢圓型封頭、球型封頭、錐型封頭和平蓋型封頭的應(yīng)力分布。 貼片能力考核 由于貼片質(zhì)量的好壞直接影響到應(yīng)力測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性，所以需要將學(xué)生貼片能力歸入考核的范圍。學(xué)生在教師的指導(dǎo)下自行貼片，完成后由教師檢查貼片質(zhì)量，并計(jì)入成績(jī)。3.2采用計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集系統(tǒng)傳統(tǒng)的內(nèi)壓薄壁容器應(yīng)力測(cè)量方法傳統(tǒng)的內(nèi)壓薄壁容器應(yīng)力測(cè)試是通過靜態(tài)電阻應(yīng)變儀來實(shí)現(xiàn)的，學(xué)生通過手工進(jìn)行數(shù)據(jù)采集并進(jìn)行平衡，然后加載記錄數(shù)據(jù)。該技術(shù)雖然性能穩(wěn)定，但平衡不易調(diào)整，靈敏度不夠，易產(chǎn)生信

8、號(hào)漂移，且設(shè)備自動(dòng)化程度低，操作繁瑣，測(cè)試速度慢，效率低，缺乏人工智能，很難將測(cè)試結(jié)果直觀表達(dá)出來。采用計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集系統(tǒng)在傳統(tǒng)的內(nèi)壓薄壁容器應(yīng)力測(cè)試方法的基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)壓力容器應(yīng)力測(cè)量的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集，解決傳統(tǒng)應(yīng)力測(cè)試過程中的弊端。這種測(cè)試技術(shù)具有測(cè)試速度快，測(cè)量精度高，操作簡(jiǎn)便，可自檢等優(yōu)點(diǎn)，可以提高實(shí)驗(yàn)效率，并且不會(huì)對(duì)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的理解產(chǎn)生影響，有助于學(xué)生將來步入社會(huì)后能夠更好的適應(yīng)科技進(jìn)步和社會(huì)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新。3.3學(xué)生自主確定實(shí)驗(yàn)方案 這是實(shí)驗(yàn)革新中最關(guān)鍵的一步，有助于學(xué)生理解實(shí)驗(yàn)流程，鞏固相關(guān)知識(shí)，提高學(xué)生的自主創(chuàng)新本領(lǐng)和實(shí)踐能力。傳統(tǒng)內(nèi)壓薄壁容器應(yīng)力測(cè)量實(shí)

9、驗(yàn)中，教師會(huì)給定布片方案，加載方案和橋路測(cè)量方式，甚至包括接線方法。如此，學(xué)生在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中沒有自主思考的空間。雖然實(shí)驗(yàn)處理過程可以幫助學(xué)生鞏固相關(guān)知識(shí)，但對(duì)學(xué)生創(chuàng)新和時(shí)間能力沒有提高。高校期間不對(duì)學(xué)生進(jìn)行這方面的教育和培養(yǎng)，學(xué)生將來很難適應(yīng)科技的進(jìn)步，也不利于國(guó)家的發(fā)展。自主確定布片方案本實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生根據(jù)歲掌握的力學(xué)知識(shí)和內(nèi)壓薄壁容器的應(yīng)力分布規(guī)律，自行確定布片方案和應(yīng)變花型式，測(cè)出容器筒體份的軸向應(yīng)力和環(huán)向應(yīng)力，以及4種典型封頭特殊點(diǎn)的應(yīng)力大小。學(xué)有余力的學(xué)生還可以設(shè)計(jì)合適的布片方案，測(cè)定邊緣應(yīng)力、接管和支座周圍應(yīng)力的大小，開展更深層次的相關(guān)實(shí)驗(yàn)。自主確定加載方案根據(jù)教師提供的設(shè)備參數(shù)，

10、特別是設(shè)計(jì)壓力，確定合理的加載方案（查取相關(guān)資料確定最大載荷和載荷增量）。實(shí)驗(yàn)開始后，學(xué)生首先需要將自行設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案交予教師審閱，在教師確認(rèn)安全并計(jì)入考核成績(jī)后才可進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，嚴(yán)禁未經(jīng)教師審閱便開始實(shí)驗(yàn)。3.4實(shí)驗(yàn)報(bào)告考核重點(diǎn)轉(zhuǎn)移以往的實(shí)驗(yàn)報(bào)告考核重點(diǎn)集中在“數(shù)據(jù)處理”版塊，這是對(duì)學(xué)生基礎(chǔ)知識(shí)的考核，是最基本的要求。本實(shí)驗(yàn)需要將重點(diǎn)轉(zhuǎn)移到“誤差分析”和“實(shí)驗(yàn)小結(jié)”版塊，要求學(xué)生從“膠水質(zhì)量”、“膠層固化”、“測(cè)量時(shí)間”和“讀數(shù)時(shí)間”等方面分析靜態(tài)應(yīng)變測(cè)量的穩(wěn)定性問題，以起到督促探索研究的作用。4結(jié)語(yǔ)過程裝備與控制工程專業(yè)是機(jī)械、化工、信電、能源、管理等的交叉學(xué)科。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大和需求量的增加，建立適合專業(yè)發(fā)展方向的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系已迫在眉睫。內(nèi)壓薄壁容