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高低温应变片的测量介绍
高低温应变片的测量介绍
高低温应变片的测量
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在发动机、涡轮机、核反应堆、化工厂等存在加热或冷却情况的场景中,结构材料的机械应力和热应力需同时测量。高低温环境下的应变测量与常温环境不同,其中热输出问题不容忽视,而解决该问题的关键在于消除或补偿热输出的技术。以下将详细介绍高低温环境下应变测量的问题点以及难易度区分。
一、高低温环境下应变测量的问题
在波动温度下进行应变测量,有多个重要因素需要考虑,具体如下:
(一)热输出(温度引起的表观应变)
能否在波动温度下成功进行应变测量,关键在于确定应变的热输出并进行校正。应变片随附的数据表(STRAIN GAUGE TEST DATA)中列出了粘贴式应变片组的平均特性,这些参数基于对相同类型(相同批次)取样的应变片的测试。但当用数据表中的数据估算实际安装在试样上的特定应变片的特性时,会出现特性分布问题。在应变片的特性中,灵敏系数(或称应变系数)和灵敏系数的温度系数存在分布,而在波动温度下测量应变时,热输出的分布会导致重大误差。
应变片的热输出取决于试样的线膨胀系数,因此在以下两种情况中,必须进行初步的热输出测试,获取准确的热输出数据以校正测量值:一是实际试样材料与应变片随附数据表中列出的试样不同;二是温度发生快速变化。不过,即便在低温和高温环境下,热输出对动态波动应力测量的影响通常较小,一般无需考虑。
(二)灵敏系数的温度系数(灵敏系数随温度变化)
单个应变片的灵敏系数随温度的变化分布较小,所以可以利用随附数据表上的信息来校正测量值。
(三)加热周期引起的特性波动(重复性)
第一个加热周期的热输出与第二个及后续加热周期有明显差异,且随着反复加热,热输出会逐渐稳定在恒定水平。但根据应变片敏感元件所用材料的不同,长时间暴露在高温环境中,表面会发生氧化,这往往会使指示值正向移动。
(四)高温环境下的应变片温度极限
高温应变片的工作温度极限与测试条件和精度相关,由允许的漂移量决定,应变片通过该漂移量来显示高温环境下的动态和静态温度极限。该极限通常取决于应变片中敏感元件的耐热特性,而对于粘贴式应变片,还会受到基底材料和胶黏剂的限制。
(五)温度测量
对热输出等进行修正时,需要相应的温度数据作为支撑。
二、高低温环境下应变测量的难易度区分
很难简单地评判低温和高温环境下应变测量的难易程度,但通常可按以下情况进行区分:
在稳定的低温或高温条件下进行短时间波动应力的测量:这种情况下,热输出对测量的影响很小,只需考虑灵敏系数的温度系数,因此能够进行非常精确的应变测量。
在给定的温度变化阶段内温度稳定时进行波动应力和热应力的测量:此时对热输出等的修正需要相应的温度数据,且要注意温度梯度造成的应变片与温度测量点之间的温差,测量难度相对前者有所增加。
温度变化过程中瞬态热应力的测量:由于试样的热容量和形状不同,温度分布可能会出现基于时间的差异,从而导致应变片和温度测量传感器(热电偶或电阻温度计)的响应不同,这类测量对于当前使用应变片的技术而言非常棘手,难度较大。

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