王文瑞等：高温应变片的热输出耦合特性 ·1135· (a) 10.08 一Fe-1应变值 10000 2000b, ◆一下e-2应变值 72.0 0.06 -△一Fe-1电阻 1000 0-Fe-2电阻 8000 10 0.04 0.5 -1000 0.02 0 4000 -2000 一Ni1应变值 0.5 300 2000 ·一i-2应变值 0一Ni-1电阻 0.02 4000 1.0 0 -0-Ni-2电阻 -500 -15 273 373473 573673773 873 9704 273473 673 873107312731473 温度K 温度K ·一P-1合金热输出应变 60000 ·一P-2合金热愉出应变 1.6 (e) 一P-3合金热输出应变 一P-1合金电阻 14 50000 一一P-2合金电阻 一△一P1-3合金电阻 4000 1.0 30000 0.6 2000 0.4 0.2 -0.2 273 473 673873 10731273 温度K 图5不同栅丝材料的热输出特性.()镍基合金；(b)铁基合金：(c)铂基合金 Fig.5 Thermal output characteristics of different materials:(a)Ni-alloy:(b)Fe-alloy:(c)Pt-alloy 长度m 50100 75 长度mn 图7模型网格划分 Fig.7 Meshing 应变电测系统得到的指示应变包含了构件的自由热 膨胀、机械载荷对构件的作用、栅丝和胶层的自由热 长度/mm9 膨胀以及栅丝材料的电阻温度效应.除机械载荷作 用外的其他三个因素造成了电测系统的热输出误 图6热输出仿真模型 差.修正补偿的意义在于消除热输出造成的测量误 Fig.6 Thermal output simulation mode 差，则可得应变电测系统的热输出误差修正补偿模 输出的仿真结果如表2所示.由表2可知，在373~ 型为 1073K温度范围内，Fe-1应变片仿真结果与试验结 F(T)=h(T)-g(T) (19) 果最大相差93.26×10-6，误差在7%以内：P-1应 F,(T)=h(T)-g(T)+f(T) (20) 变片仿真结果与试验结果最大相差153.2×106， 式中，F,(T)为机械载荷引起的构件应变：h(T)为试 误差在7%以内，试验热输出值可用于应变片热输 验中的指示应变；g(T)为热输出理论拟合曲线的指 出误差修正. 示应变；F,（T)为构件真实应变，它包含机械载荷引 2.3实验验证 起的应变及环境温度变化引起的热应变；f(T)为构 在进行外加机械载荷的高温应变测量中，高温 件理论热膨胀应变，可通过理论计算或者仿真得到王文瑞等: 高温应变片的热输出耦合特性 图 5 不同栅丝材料的热输出特性 . ( a) 镍基合金; ( b) 铁基合金; ( c) 铂基合金 Fig． 5 Thermal output characteristics of different materials: ( a) Ni-alloy; ( b) Fe-alloy; ( c) Pt-alloy 图 6 热输出仿真模型 Fig． 6 Thermal output simulation mode 输出的仿真结果如表 2 所示． 由表 2 可知，在 373 ～ 1073 K 温度范围内，Fe--1 应变片仿真结果与试验结 果最大相差 93. 26 × 10 － 6，误差在 7% 以内; Pt--1 应 变片仿真结果与试验结果最大相差 153. 2 × 10 － 6， 误差在 7% 以内，试验热输出值可用于应变片热输 出误差修正． 2. 3 实验验证 在进行外加机械载荷的高温应变测量中，高温 图 7 模型网格划分 Fig． 7 Meshing 应变电测系统得到的指示应变包含了构件的自由热 膨胀、机械载荷对构件的作用、栅丝和胶层的自由热 膨胀以及栅丝材料的电阻温度效应． 除机械载荷作 用外的其他三个因素造成了电测系统的热输出误 差． 修正补偿的意义在于消除热输出造成的测量误 差，则可得应变电测系统的热输出误差修正补偿模 型为 F1 ( T) = h( T) － g( T) ( 19) F2 ( T) = h( T) － g( T) + f( T) ( 20) 式中，F1 ( T) 为机械载荷引起的构件应变; h( T) 为试 验中的指示应变; g( T) 为热输出理论拟合曲线的指 示应变; F2 ( T) 为构件真实应变，它包含机械载荷引 起的应变及环境温度变化引起的热应变; f( T) 为构 件理论热膨胀应变，可通过理论计算或者仿真得到． · 5311 ·