王文瑞等：高温应变片关键参数标定方法 ·1647· 表2高温标定装置主要技术参数 Table 2 Primary technical parameters of the high temperature calibration device 最高工作 炉腔尺寸/ 恒温控制 均热带 电炉轴向均 电子千分表 电子千分表 热电偶规格 温度/K (mm x mm) 精度K 温差K 热带长/mm 量程/mm 测量误差/% 3支K型热电偶 1273 4150x600 ±2 ≤2 250 ±0.2 (精度±0.3%) 3 2.2原理 挠度，1为梁有效段的长度 图4为标定装置的简支梁加载结构原理图.标定 由式(5)可知，标定梁表面的应变只与挠度、标定 装置采用简支等弯梁作为研究对象，将砝码加载到简 梁尺寸及加载位置有关，在高温标定时，转动加载手轮 支梁上，根据标定梁的加载方式可知，梁上任一点的弯 并配合千分表测量标定梁中点的挠度值，可直接计算 矩M为 出理论应变值，而与标定梁的材料性质无关.该标定 Fu-E(s-a) (2) 装置避免了由于标定梁材料弹性模量随温度变化导致 的标定误差，提高了装置理论应变值的计算精度 式中，x为简支梁上任一位置到左支点的距离，a1为力 的加载位置到同侧支撑点的距离.由受力分析知，支 3 参数标定 反力FA=Fm=G2,所以等应变段的弯矩为M= 高温应变测试系统主要包括传感器（电阻应变计 Ga12. 和热电偶)、信号调理器（测量电桥和应变放大器）、数 根据应力应变公式可以得到， 据采集卡和计算机采集系统，如图5所示.测量系统 M/W 6Fa o=E=E=Ebh?. (3) 将被测构件的变形转换为电信号，通过测量电桥输出 电压信号，并由应变仪对其进行放大及滤波等处理，数 式中，e。为标定装置的理论应变，通过计算得到，作为 系统的理论真实值：σ为标定简支梁的弯曲应力；E为 据采集卡将调理后的信号进行采样、量化和编码，将模 拟信号转化为数字信号送入计算机，由采集软件对其 标定梁的弹性模量：W为标定梁的抗弯截面系数，且如 进行分析处理，并可对采集数据进行保存、重放等操 图4矩形截面，其抗弯截面系数W= 6 作。采集软件具有补偿模块，可在模块中输入应变片 特性参数随温度变化曲线，软件根据热电偶测得的温 度信号对测量数据进行实时补偿，直接输出修正后的 测试信号. 被测构件 G/2 2 高温应变片 高温导线 G砝码 执电偶 ☐桥盒 应变仪 图4简支梁加载方式示意图 Fig.4 Loading scheme of the simply supported beam 计算机采集系统数据采集卡 标定梁在加载点之间为等应变段，便于多片安装 和同时标定，以了解应变片的一致性 温度补偿和高温修正数学模型 通过材料力学挠度曲线方程可知简支梁中点处的 挠度为陶， 图5高温应变测量系统原理图 r Fig.5 Schematie diagram of the high temperature strain measure- 4Fa -3Fa P ment system (4) EI 2Ebh3 如图6所示，在标定梁等应变段均匀布置三个高 式中，/为标定梁的截面惯性矩，且如图4矩形截面，其 温应变片，应变片栅丝轴线沿标定梁主应变方向分布， 惯性矩1一答 高温粘接剂经多次烘烤固化将高温应变片固定在标定 由式(3)和式(4)可得应变与挠度的关系为 梁表面.在炉内高温区域使用套有高温陶瓷套管的 12hw 高温导线，用电焊机将其与应变片引线连接起来，在 8o=3P-4a (5) 炉外常温区使用普通导线连入采集系统，降低导线 式中，h为标定梁的厚度，o为标定梁中间位置产生的 电阻.王文瑞等: 高温应变片关键参数标定方法 表 2 高温标定装置主要技术参数 Table 2 Primary technical parameters of the high temperature calibration device 最高工作 温度/K 炉腔尺寸/ ( mm × mm) 恒温控制 精度/K 均热带 温差/K 电炉轴向均 热带长/mm 热电偶规格 电子千分表 量程/mm 电子千分表 测量误差/% 1273 150 × 600 ± 2 ≤2 250 3 支 K 型热电偶 ( 精度 ± 0. 3% ) 25 ± 0. 2 2. 2 原理 图 4 为标定装置的简支梁加载结构原理图． 标定 装置采用简支等弯梁作为研究对象，将砝码加载到简 支梁上，根据标定梁的加载方式可知，梁上任一点的弯 矩 M 为 M = FＲA x － G 2 ( x － a1 ) ． ( 2) 式中，x 为简支梁上任一位置到左支点的距离，a1 为力 的加载位置到同侧支撑点的距离． 由受力分析知，支 反力 FＲA = FＲB = G /2，所以等应变段的弯矩为 M = Ga1 /2． 根据应力应变公式可以得到， ε0 = σ E = M /W E = 6Fa1 Ebh2 ． ( 3) 式中，ε0 为标定装置的理论应变，通过计算得到，作为 系统的理论真实值; σ 为标定简支梁的弯曲应力; E 为 标定梁的弹性模量; W 为标定梁的抗弯截面系数，且如 图 4 矩形截面，其抗弯截面系数 W = bh2 6 ． 图 4 简支梁加载方式示意图 Fig． 4 Loading scheme of the simply supported beam 标定梁在加载点之间为等应变段，便于多片安装 和同时标定，以了解应变片的一致性． 通过材料力学挠度曲线方程可知简支梁中点处的 挠度为［8］， ω = 1 6 Fa3 1 － 1 8 Fa1 l 2 EI = 4Fa3 1 － 3Fa1 l 2 2Ebh3 ． ( 4) 式中，I 为标定梁的截面惯性矩，且如图 4 矩形截面，其 惯性矩 I = bh3 12 ． 由式( 3) 和式( 4) 可得应变与挠度的关系为 ε0 = 12hω 3l 2 － 4a2 1 ． ( 5) 式中，h 为标定梁的厚度，ω 为标定梁中间位置产生的 挠度，l 为梁有效段的长度． 由式( 5) 可知，标定梁表面的应变只与挠度、标定 梁尺寸及加载位置有关，在高温标定时，转动加载手轮 并配合千分表测量标定梁中点的挠度值，可直接计算 出理论应变值，而与标定梁的材料性质无关． 该标定 装置避免了由于标定梁材料弹性模量随温度变化导致 的标定误差，提高了装置理论应变值的计算精度． 3 参数标定 高温应变测试系统主要包括传感器( 电阻应变计 和热电偶) 、信号调理器( 测量电桥和应变放大器) 、数 据采集卡和计算机采集系统，如图 5 所示． 测量系统 将被测构件的变形转换为电信号，通过测量电桥输出 电压信号，并由应变仪对其进行放大及滤波等处理，数 据采集卡将调理后的信号进行采样、量化和编码，将模 拟信号转化为数字信号送入计算机，由采集软件对其 进行分析处理，并可对采集数据进行保存、重放等操 作． 采集软件具有补偿模块，可在模块中输入应变片 特性参数随温度变化曲线，软件根据热电偶测得的温 度信号对测量数据进行实时补偿，直接输出修正后的 测试信号． 图 5 高温应变测量系统原理图 Fig． 5 Schematic diagram of the high temperature strain measure￾ment system 如图 6 所示，在标定梁等应变段均匀布置三个高 温应变片，应变片栅丝轴线沿标定梁主应变方向分布， 高温粘接剂经多次烘烤固化将高温应变片固定在标定 梁表面． 在炉内高温区域使用套有高温陶瓷套管的 高温导线，用电焊机将其与应变片引线连接起来，在 炉外常温区使用普通导线连入采集系统，降低导线 电阻． · 7461 ·