在高温承压设备结构健康在线监测系统中,高温电阻应变片是应力应变监测子系统中重要的物理传感器。传统的高温承压设备一般采用定期检测来判断设备的运行状态与寿命预测。由于定期检测间隔时间较长,且停机检测与运行状态下检测完全不同,存在监测不及时或监测不到等问题使得预测存在较大误差,因此,结构健康在线监测系统对于高温承压设备的安全评估尤为重要。评价高温设备健康状态的一个重要指标是应力变化。高温电阻应变片所具有的体积小、质量轻、不易受现场情况干扰、测量稳定、分辨率高、对微小应变敏感、测量范围大、寿命长等优点,使其成为应变监测子系统的首选传感器。综合考虑了各种应变片的优、缺点,柔性好、耐疲劳寿命高的粘贴式高温箔式应变片更适合高温承压设备的工作环境。高温环境对电阻应变片的材料性能及寿命会产生较大影响,研究此条件下高温电阻应变片的应力监测可靠性对其在结构健康监测系统中的实际应用有重要意义。本文从以下几个方面对高温电阻应变片应力监测可靠性进行了研究。1.从高温电阻应变片工作原理和结构特性出发,研究了其灵敏度系数、温度、胶黏剂、箔栅结构和线胀系数对应变传递的影响。建立了基底-箔栅-覆盖层的三层结构应变片模型,推导出高温电阻应变片整体应变传递公式。分析表明:应变片基底和箔栅对应变片应变传递影响较大,覆盖层对应变传递影响较小,从而为高温电阻应变片可靠性的理论误差分析奠定了基础。2.通过对高温电阻应变片结构特点、制备工艺的对比分析,综合应变片制备、安装、测量及发生事故可能性等诸多因素,优先选用粘贴式高温箔式电阻应变片为进一步深入研究和实验用片。3.通过仿真模拟和实验测试分析,研究了粘贴式高温箔式电阻应变片的监测可靠性。通过改变应变片参数,研究了不同箔栅厚度下应变片结构对覆盖层和基底的影响。研究结果表明:箔栅厚度对应变传递的影响较大,随着厚度增加,会带来较大误差;覆盖层和基底的泊松比对应变传递影响较小,通常可忽略。推导了引入被测基体的弹性模量后的应变传递公式,从实验数据分析可知:应变片监测可靠性较高,实验误差小于10%。4.以某氮肥厂的氨合成塔为被监测对象,建立了有限元仿真模型,结合现场调研分析,确定了氨合成塔的易损伤部位和高温电阻应变片的布片位置。经现场结构应变在线监测系统安装、调试和监测,获得了实测数据,采用Miner线性累积损伤理论对监测部位的疲劳寿命进行了分析。预测结果为9年后测点Z6位置附近将会产生疲劳裂纹。