为什么只做高精度刚架梁式应变计和光纤光栅传感器参数测试装置 高精度应变传感器

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名称

高精度刚架梁式SK-1应变计和光纤光栅传感器参数测定装置

简支纯弯梁应变计灵敏系数测试装置

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力学

原理图

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使用功能

以SK-1装置为主机组合式配套能测应变计和光纤光栅传感器17个参数高精测定装置。成为电阻应变计国家标准中精度最高的A级应变计检测，建标的唯一标准设备。

能测 灵敏系数、机械滞后、蠕变、橫向效应系数4个；

配高-中-常温箱;能测灵敏系数隨温度变dk值3个;高,中温的机械滞后，蠕变4个；温箱能测热输出等共计15个参数

多台组成的各自独立的单台式专用测试装置

能测灵敏系数、机械滞后，2个；

高-中-常专用温箱:能测热输出，漂移6个；

高.中.常温箱简支纯弯梁专用装置测灵敏系数隨温度变dk值;高,中温的机械滞后，蠕变,我认为都测不准确,也就是说共有9个参数不能测准,理由详情见下面

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加载原理

靠方向相反绝对相等刚杆原理的两力的位移变化而实现加载的刚架梁, 应变量能连续变化，全靠精确测试值，能方便准确实现标准规定1000με的应变量，很自然地适用梁表面打磨变薄和多根梁的轮换使用,加载后能构成一个刚性封闭的平面静力学平衡系统,这样才能准确计算出剪力对梁两表面的应变影响,梁表面应变完全按高等材料力学精确公式精确到0.25με,从结构上已形成了真正纯弯梁的原理要求,实践已证明，若用纳米级高精度位移传感器测试,精准性还更好。

1)靠准确的砝码加载，使用中梁表面是要打磨变薄和多根梁的轮换使用，而砝码只能阶梯式变化，不能连续变化，按标准规定1000με的应变量不能长期保证准确,测试不规范，

2)靠螺母丝杆付机械位移加载的简支纯弯梁 , 螺母与丝杆之间的间隙变化等因素,使弯矩不对称带来误差

两种结构中由于两力点与两支承都属于滚动铰支座,梁对它们都有相对运动，不能自锁,使梁的变形是处于开放式状态,不能构成一个刚性封闭的平面静力学平衡系统,又不能准确计算出四点的摩擦力形成的剪力对梁两表面的应变影响,而且摩擦系数是隨温度和工况变化而变化的不稳定性，形成的剪力变化,带来较大的偶然误差

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测蠕变

能准确测出应变计和光纤光栅传感器的蠕变,

因位移加载，加载停止后，位移不变，梁上的应变量就不变，而且加载速度快且平稳，

应变计蠕变测不准,

1)因砝码加载是一种恒力向下，长时间的吊挂在梁上，任何材料的梁在恒力的作用下必然产生正蠕变，加载快，极易产生冲击振动，其作用是消除了应变计的负蠕变，

2)包括用机械位移加载的简支纯弯梁,因四个内外支承相对梁表面的相对运动，不能自锁，只要梁上有力的变化，就有相对位移变化，对蠕变起作弥补的作用,。这就是为什么美国，德国，英国，瑞典FFA等凡简支纯弯梁的应变计测量装置只标明是应变计灵敏系数和机械滞后两个参数的测量装置，而不说能测蠕变。

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测灵敏系数隨温度变化dk值

能准确测出应变计和光纤光栅传感器的灵敏系数随温度变化dk值,

因为梁的弹性模量E隨温度变化，从机理讲，是通过梁的刚度变化隨之造成内力的变化,刚架梁由两刀口按作用力和反作用力绝对相等的原理隨变化而自动补偿，所以弹性模量E的变化不影响梁上的应变值,梁的几何尺寸隨温度变化由线膨胀系数确定，所以只有一个未知数dk值,采用我新提出的相对测量法能准确获得dk值，因为相对测量法中加载的位移量不变且又能做到重复，只有线膨胀效应和灵敏系数随温度变化dk值,两者变化关系，才能采用我新提出的相对测量法求dk值。常温和中温应变计的测试已获得完美成功，配套的高温炉正在研制中。

因刚架梁的任意平面运动是靠带油的钢球纯滚动实现，摩擦系数极小，而且处于室温中，不受温度影响，在这里摩擦力带来的误差忽略不计

简支纯弯梁产生机械应变的装置都不能测准dk值，

因为这时随温度变化有四个变化量

(1)应变计灵敏系数随温度变化dk值

(2)因线膨胀效应，梁几何尺寸随温度变化

(3)弹性模量E随温度的变化，梁的刚度变化隨之造成内力的变化,

(4) 因为两个力点和两个支承隨温度变化相对于梁都有相对运动，因不能自锁，存在着很大的相对补偿作用,a)摩擦系数隨温度变化大,尤其高温状态下(600-1000^oC)，

摩擦系数可达4，太影响装置的测试值的准确性，b)另外这种相对运动和梁表面的应变值的变化是弹性模量E；线膨胀效应和摩擦效应三种因素综合作用的结果，这种变化状态也不适用相对测量法，若采用标准规定的绝对测量法，还要加上百分表因受温度的影响挠度误差较大。四个变化量混在一起,暂未找到内在数量关系，也无法采用近似修正法,而机械位移加载的简支纯弯梁另外还存在加载螺母丝杆付的间隙变化造成梁上弯矩不对称的变化的不确定性。这种偶然误差很难修正。由于上述多种因素dk值不可能测准,

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纯弯梁弯曲时的异号误差

能完全自动消除，

因为能实现正反两个方向加载，凡属异号误差都能按正负相等完全抵消,例如:

纯弯梁弯曲时,

(1)梁的凸凹两面的机械应变值相差0.2％的异号性质的大误差,这是梁的厚度造成的，

(2) 梁纵向弯曲时,梁的横向因泊松效应也同时变形，这也产生异号误差

无法消除，

因为目前简支纯弯梁都只能一个方何加载,所有异号误差都不能抵消，若要实现向两个方向变形，就得像瑞典FFA那样另外加一套反向机构，不但结构更复杂，而且那一套铰链机构,因为铰链中的间隙等因素造成力矩变化不对称带来的误差较大;不好处理，必须避开

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对环境的要求

因为避开了梁材的弹性模量E，隨温度变化的影响,在任何温度环境下都可以进行测试，但要求正式测试时段如20分种，做蠕变测试最长1小时之内温度变化不超过0.5-1^oC,实质这是应变计本身的测试要求。因为应变和位移都是几何量，只有膨胀效应问题，实践已证明只要空调房条件即可，

装置在常温時对使用环境要求高,严格讲装置应置于恒温室中,因为梁的弹性模量E，隨温度变化很敏感，一年的冬夏和一天的早中晚的温度之差达几度到10多度，一般的空调房长時间保不往23±(0.5-1)^oC，不便于保证测试结果的准确性,

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误差源和精度

误差源基本上都消除或从设计上能控制到忽略不计，精度优于0.2％，长期使用稳定，并且有过程自检和回零自检，确保测试的准确性，这已经27年的验证从工艺到调试都有专用工装来保证关键尺寸的准确性达0.005-0.01mm;装置的同一平面性，内在的平行性，高对称性和高刚度,确保加载过程中刚架梁系统处于无任何约束的任意平面运动状态，加载后刚架梁整体构成刚性封闭平面静力学平衡系统来确保刚架梁力学原理的实现。

误差源基本上不能消除,从结构设计上按参考资料2)分析各种误差,到目前国内外没有看到有比较理想的结构，能控制到忽略不计,它们都不可能有过程自检和回零自检，四个内外支承相对梁表面只要梁上有力的变化，就有相对位移变化，就存在随时变化的磨擦系数带来较大的误差不能修正。

可以说经多次向一个方向弯曲的梁，绝不可能真正能回零,尤其高温状态下梁，更不可能回零,

对于等腰三角型的等强度梁，除上述问题外比四点简支纯弯梁，精度更差，误差源更多，例如不同截面，梁宽与梁厚的比值大，而且比值是逐渐变化，这样就造成梁表面机械应变值不均匀，比值越大，应变均匀性越差,等腰三角形的两斜边不对称等,可以说等强度梁只适宜做疲劳试验装置。