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測試測量用溫度自補償應變計


    

應變計選擇方法 http://www.kokinta.com/images/file/201504/20150422172745134513.docx 

電阻應變計是實驗應力分析、測試計量技術、自動檢測與控制技術以及應變式傳感器的關鍵元件,它廣泛應用于各種機械和工程結構強度及壽命的診斷與評估,也用于多種物理量的檢測和計量,實現生產過程和科學實驗過程的測量與控制。理想狀態下,粘貼到試件或彈性體上的電阻應變計只響應所施加機械載荷的變化,不受環境條件的影響。實際上,同其它敏感元件或傳感器一樣,環境溫度的變化也會引起部分工作特性發生變化,帶來溫度效應。這是因為溫度變化時,應變計敏感柵的電阻率發生變化;并且,應變計和試件都會因溫度變化而產生變形,使電阻應變計的電阻值隨環溫度變化而變化。如果對這些溫度效應不加以控制或消除, 對于復合材料、工程塑料等,普通應變計高達 13~110με/℃的誤差將會對應變測量帶來顯著誤差,甚至可能完全掩蓋真實測量數值和信號,得出錯誤結果。 通常情況下,將應變計安裝在無任何外力作用、不受約束的試件上,當環境溫度發生變化時,其電阻值也將隨之改變(指示應變),這種變化稱為熱輸出。
熱輸出是由于應變計敏感柵材料的電阻溫度系數和敏感柵材料以及被測試件材料之間的線膨脹系數的差異共同作用、迭加產生的結果。當然,與基底和粘接劑材料、應變計制造工藝和使用條件等也有關,如果工藝條件成熟、穩定,這些因素對應變計的熱輸出影響相對而言較小,可以忽略不計。設溫度變化量為
△T,根據代數疊加原理,則應變計的熱輸出εt為:

可由以下公式表示: 
            εt=[(αg/K)+(βs-βg)]△t 
式中αg、βg——分別為應變計敏感柵材料的電阻溫度系數和線膨脹系數; 
K ——為應變計的靈敏系數;

βs——為試件的線膨脹系數; 
△t——為偏離參考溫度的相對溫度變化量。 
熱輸出是靜態應變測量中最大的誤差源,并且熱輸出分散也會隨著熱輸出值的增大而增大。在測試環境存在溫度梯度或瞬變時,這種差異就更大。 因此,理想的情況是應變計的熱輸出值趨于零,滿足這一要求的應變計稱為溫度自補償應變計。 
通過調整應變計敏感柵材料的合金成分配比、改變冷扎成型壓縮率以及適當的熱處理,可以使敏感柵材料的內部晶體結構重新組合,改變其電阻溫度系
數,從而使應變計的熱輸出值趨于零,實現對彈性體或試件材料的溫度自補償功能,滿足高精度應力分析和傳感器生產的要求。在敏感柵材料選定的情況下,只能通過適當的熱處理,使敏感柵材料的內晶體結構重新組合,改變其電阻溫度系數,使測量中的誤差值趨于零,滿足高精度傳感器生產和應力分析的要求。圖1給出了康銅、卡瑪自補償應變計的典型熱輸出曲線。在+20~+250℃溫度范圍內,它們的熱輸出很小。

經過研究,我公司建立了康銅、卡瑪箔材建立相應的退火熱處理制度,形成了一系列溫度自補償代號,可應用于相應線膨脹系數的材料,具體詳見下表。 

說明: 
1、以上線膨脹系數均是材料的典型值,此典型值是材料室溫下的測試數
值,供參考。 
2、目前,我公司可以按照用戶要求提供 0~65 范圍內溫度補償代號的康
銅自補償應變計和 0~35 范圍內的溫度自補償代號的卡瑪自補償應變計。你有
任何進一步問題,可以咨詢:hzjingce@163.com 

使用注意事項 
(1)當溫度自補償應變計與試件材料匹配時,在補償溫度范圍內,不必對熱輸出進行修正。 
(2)當溫度自補償應變計所要求使用材料的線膨脹系數與試件材料有微小差異時,應選用兩片或四片應變計組成半橋或全橋,以消除熱輸出所帶來的影響。   
(3)采用1/4橋路進行高精度應力測量時,除安裝在試件表面的工作應變計外,還應在與試件材料相同的補償塊上安裝相同的應變計作為補償片,并與工作片處于相同的環境條件下,這兩片應變計應分別接在惠斯通電橋的相鄰兩臂,以消除熱輸出的影響。


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