壓力測量和應變測量

1、第六章 壓力測量和應變測量壓力測量壓力是反映發(fā)動機和試車臺設備工作過程特性的重要參數(shù)。 燃燒室壓力是發(fā)動機試驗中測量的基本參數(shù)之一，測出壓力隨時間的變化關(guān)系，可以知道發(fā)動機的設計是否合理，裝藥能否正常燃燒，藥柱是否符合質(zhì)量要求等。由壓力時間數(shù)據(jù)還可間接計算出發(fā)動機的推力、藥柱的燃燒速度和發(fā)動機的流量系數(shù)等。通常將發(fā)動機工作在設計狀態(tài)的壓力稱為穩(wěn)態(tài)壓力(或稱緩變壓力)。發(fā)動機工作過程中有時會產(chǎn)生不穩(wěn)定的振蕩燃燒，其壓力變化的頻率范圍為10020000Hz。通常稱此頻率范圍內(nèi)變化的壓力為脈動壓力。不穩(wěn)定燃燒是固體火箭發(fā)動機技術(shù)的關(guān)鍵問題之一，它不僅會產(chǎn)生很大的機械應力和強烈的振動，給導彈整體結(jié)構(gòu)和

2、彈上儀器設備帶來不利影響，而且會出現(xiàn)發(fā)動機壓力和傳熱率的迅速增長，導致燃燒室破壞。因此，脈動壓力的測量是非常需要的。 發(fā)動機點火過程的壓力稱為點火壓力。 點火壓力本是指點火器(對于大型發(fā)動機，點火器實際是一個小型固體推進劑發(fā)動機)的壓力，有時也包括燃燒室壓力的上升段。 點火壓力屬于速變壓力范疇。 在高模試驗中需要測量的一個重要參數(shù)是真空壓力。真空壓力數(shù)據(jù)不僅描述了高空模擬環(huán)境的壓力條件，而且還作為燃燒室壓力和真空沖量的修正依據(jù)。 選擇壓力傳感器應根據(jù)被測參數(shù)的幅值與頻率、測量精度與靈敏度要求以及使用條件等綜合考慮。 固體火箭發(fā)動機試驗中，壓力測量普遍采用電阻應變式和壓阻式壓力傳感器，需要測量很

3、高頻率的壓力時，也可采用壓電式傳感器。 穩(wěn)態(tài)壓力測量對傳感器頻率響應要求不高，而希望測量精度高一般選用結(jié)構(gòu)較簡單、輸出較大的高精度應變式壓力傳感器。6.1傳感器選擇 用于測量點火壓力和脈動壓力的傳感器，必須具有很高的頻率響應特性。 由于高頻傳感器的過載能力低，選擇傳感器量程時，應充分估計到可能出現(xiàn)的最大值。 此外，為了使壓力傳遞系統(tǒng)的動態(tài)響應好，在安裝傳感器時應使其敏感膜片與燃燒室內(nèi)壁平齊，在不得不使用轉(zhuǎn)接管道時，管道應盡可能短，所以還要求傳感器的溫度特性和抗沖擊振動性能好。 最常用的測量速變壓力的傳感器是水冷應變式壓力傳感器。其殼體上裝有冷卻水進出管接頭，以一定壓力或一定流速的水直接冷卻膜片

4、，可使膜片受壓面的工作溫度達1000。此種傳感器的固有頻率為2040kHz，各向抗沖擊振動可達1000m/s2。其缺點是精度不高，靈敏度較低。 壓阻式壓力傳感器是一種新型的傳感器。 與應變式傳感器相比，它的優(yōu)點是靈敏度高、滯后與蠕變小、固有頻率高、可靠性高、壽命長、抗干擾力強、體積小。 其缺點是非線性、電阻溫度系數(shù)與靈敏度溫度系數(shù)均較大，需采取補償措施才可得到較好的結(jié)果。 壓電式壓力傳感器的固有頻率很高，動態(tài)響應很好，但由于其精度低，使用時應慎重選擇。(1)靜態(tài)校準 壓力傳感器靜態(tài)校準一般用二等標準活塞式壓力計作為標準壓力源，必要時也可用一等標準壓力計。 壓力傳感器靜態(tài)校準與推力傳感器靜態(tài)校準

5、所用儀器和校準過程相似。(2)動態(tài)校準 壓力傳感器動態(tài)校準通常采用階躍壓力激勵和正弦壓力激勵兩種方法。6.2傳感器校準 激波管是一個較為理想的階躍壓力發(fā)生器，在傳感器動態(tài)特性校準中最常使用。 由激波管作為動態(tài)壓力源所組成的壓力傳感器動態(tài)校準系統(tǒng)如圖所示，包括激波管、氣源與控制系統(tǒng)、激波速度測量系統(tǒng)和瞬態(tài)數(shù)據(jù)記錄與處理系統(tǒng)四大部分。階躍壓力激勵1、2壓電式壓力傳感器；壓電式壓力傳感器；3被校傳感器；被校傳感器；4觸發(fā)傳感器觸發(fā)傳感器. 激波管是一個具有恒等截面、內(nèi)壁非常光滑、兩端封閉的細長管，由膜片分隔成兩個密封的腔室，具有較高壓力的稱為高壓室，具有較低壓力的稱為低壓室。 當兩室壓差達到一定值時

6、，膜片爆破，高壓室氣體向低壓室迅速膨脹，形成入射激波。 激波后面壓力突變，產(chǎn)生一個正的階躍壓力。入射激波到達低壓室端面后被反射，形成反射激波和反射激波階躍壓力。 選擇不同材料和不同厚度的膜片，可得到需要的階躍壓力值和上升時間。 被校準的傳感器安裝在低壓室端面或側(cè)壁，其敏感面應與激波管內(nèi)壁平齊。 傳感器安裝位置不同，所感受的激波亦不同。 由于受敏感面形狀和尺寸的影響，側(cè)壁安裝比末端安裝所感受壓力的上升時間長。 如果傳感器實際使用時是通過連接管道安裝，則應將傳感器與連接管道作為一個系統(tǒng)進行校準。 氣源與控制系統(tǒng)用于對激波管各室充氣。 要求具有壓力調(diào)節(jié)器，用于調(diào)節(jié)高壓氣體壓力，使加壓平穩(wěn)。系統(tǒng)中有差

7、壓室，在校準壓差傳感器時，差壓室用于給傳感器加平衡壓力或參考壓力。 在校準低量程傳感器時，為使激波管處于最佳工作狀態(tài)，采用真空泵使低壓室壓力低于大氣壓，并需用差壓室保持傳感器兩邊的壓力平衡。 氣源和激波管各室均裝有壓力指示儀表。 在低壓室側(cè)壁上相隔一定距離安裝兩只壓力傳感器，用于測量激波經(jīng)過的時間間隔，確定激波速度。 傳感器應具有高的固有頻率，通常選用壓電式傳感器。 傳感器的敏感面應與激波管內(nèi)壁平齊安裝。其輸出經(jīng)過匹配電路接至電子計時儀器。測量的數(shù)據(jù)除用于計算激波速度外，還可計算激波傳遞過程的衰減梯度。 記錄系統(tǒng)中一般不用濾波器，以免丟失有用信息。只有在校準固有頻率低的傳感器時，為了消除干擾，

8、可使用低通濾波器。 根據(jù)記錄數(shù)據(jù)或波形曲線，按照被校傳感器的安裝位置，采用一定的計算方法，給出傳感器動態(tài)特性參數(shù)：上升時間、阻尼比、超調(diào)量、振蕩頻率和固有頻率等，或用頻率響應函數(shù)表示。正弦壓力法 正弦壓力發(fā)生器是利用機械裝置對氣體或液體進行周期性的壓縮而獲得正弦變化的壓力的設備。下圖是一種正弦壓力發(fā)生器校準系統(tǒng)框圖。 正弦信號發(fā)生器輸出的電信號，經(jīng)功率放大后加到電磁振蕩器上，使其產(chǎn)生一定頻率和振幅的機械振動。振動作用于壓力室，壓縮其中的介質(zhì)，獲得正弦變化的壓力。被校傳感器和標準傳感器安裝在壓力室上，它們的輸出同時送入記錄儀器，功率放大器的輸出亦接至記錄器。 改變正弦信號發(fā)生器的頻率，可得到傳感

9、器在不同頻率壓力作用下的輸出，由這些數(shù)據(jù)就可求出被校傳感器的頻率特性(幅頻特性和相頻特性)。6.3穩(wěn)態(tài)壓力測量(1)測量系統(tǒng) 測量系統(tǒng)在試驗現(xiàn)場一般用機械校準，也可用電校準。 機械校準采用二等標準活塞式壓力計作壓力源。傳感器連同安裝轉(zhuǎn)接件一起裝在壓力計上，測量系統(tǒng)按照試驗狀態(tài)連接和調(diào)節(jié)，壓力計產(chǎn)生的標準壓力施加于傳感器，對整個測量系統(tǒng)進行校準。 此法可以得到較高的測量精度，但是試驗現(xiàn)場的條件不易保證標準壓力計對工作環(huán)境的要求，校準時間也長。(2)傳感器安裝位置 測量發(fā)動機燃燒室壓力時，傳感器的安裝位置對于能否準確測量有著重要作用。 為了獲取可靠的測量數(shù)據(jù)，需使測壓位置與裝藥和燃燒室形狀無關(guān)，應

10、選擇在無氣體速度的地區(qū)。否則，必須分析由動壓頭引起的壓力分量，這樣會造成很大的困難。因此，通常將測壓點選在發(fā)動機的前底區(qū)。6.4脈動壓力與點火壓力測量 脈動壓力與點火壓力統(tǒng)稱為速變壓力，測量系統(tǒng)基本相同。 測量系統(tǒng)的組成與校準 傳感器的安裝測量系統(tǒng)的組成與校準 采用應變式或壓阻式傳感器時，組成測量系統(tǒng)的儀器與推力測量系統(tǒng)相同。 但由于光線示波器頻響不夠高，通常不直接用于記錄試驗數(shù)據(jù)，而用磁帶記錄器記錄。 磁帶記錄器以高的帶速記錄，以較低的帶速重放，由光線示波器記錄曲線，供分析處理，或由數(shù)字式動態(tài)信號分析儀進行處理。也可以用高速數(shù)據(jù)采集，用計算機系統(tǒng)記錄與分析試驗數(shù)據(jù)。 高頻壓力傳感器的靈敏度較

11、低，一般需經(jīng)放大后輸入記錄器，應選用寬頻帶的直流放大器，以保證被測信號不失真。低通濾波器;的截止頻率應根據(jù)被測信號的最高頻率來選擇。 如果選用壓電式壓力傳感器，則應配電荷放大器或輸入阻抗極高的電壓放大器。 對于脈動壓力測量，通常需對原始數(shù)據(jù)進行頻譜分析。 測量系統(tǒng)在試驗現(xiàn)場一般只進行靜態(tài)校準，校準方法與穩(wěn)態(tài)壓力測量系統(tǒng)相同。使用水冷卻傳感器時，由于冷卻水對傳感器的靈敏度和零點都會產(chǎn)生影響，因此最好在通冷卻水的條件下進行校準。 現(xiàn)代測量儀器具有很寬的頻響范圍，只要選用恰當，整個測量系統(tǒng)的動態(tài)特性主要決定于傳感器本身及其安裝方式。所以，通常只需在實驗室測定傳感器及其安裝組件的動態(tài)響應特性，而不必在

12、試驗現(xiàn)場對測量系統(tǒng)進行動態(tài)校準。傳感器的安裝 a.空腔的影響 b.振動的影響 c.安裝位置 d.安裝力矩 e.熱傳導與熱輻射的影響a.空腔的影響 為了準確地測量高頻壓力振蕩，應使傳感器敏感膜片與燃燒室內(nèi)壁平齊安裝。 但是，發(fā)動機內(nèi)猛烈的振蕩燃燒可能引起嚴重的熱交換，以致于水冷卻的傳感器也難免受破壞。 這就需要通過轉(zhuǎn)接管道來安裝傳感器。此外，由于結(jié)構(gòu)尺寸等原因，傳感器的安裝也常常需要使用轉(zhuǎn)接件。 如圖下所示，傳感器膜片前方存在空腔。 堵在管道和前空腔中的燃氣并不參加發(fā)動機燃燒室內(nèi)的燃氣流動過程。燃燒室內(nèi)的壓力振蕩要通過這段氣體的傳遞，才能作用于膜片上。 由于轉(zhuǎn)接管道的加入，將使測量系統(tǒng)的頻率響應

13、降低。 當要求測壓系統(tǒng)頻率響應高時，必須考慮傳感器安裝的影響。最好是使傳感器敏感膜片與燃燒室內(nèi)壁平齊安裝，不得不使用轉(zhuǎn)接件時，應使管道盡可能粗而短，容腔盡可能小，以使轉(zhuǎn)接件對測壓系統(tǒng)頻率響應的影響盡量小。 由于液體介質(zhì)中的音速較氣體介質(zhì)中高，且液體具有更好的隔熱作用，因此在實際使用中，常常在轉(zhuǎn)接管道內(nèi)充滿合適的液體介質(zhì)(如硅油)，可獲得好的頻響特性。但是，必須注意，腔內(nèi)液體中不能混有氣體，否則將會產(chǎn)生氣擊，難以估計其動態(tài)特性。 對于使用轉(zhuǎn)接管道安裝的傳感器，應將傳感器與轉(zhuǎn)接件按實際使用形式安裝后進行動態(tài)校準，以確定壓力傳遞系統(tǒng)的實際頻率特性。 測壓管道、接口及傳感器內(nèi)腔本身都應盡可能連續(xù)平滑，

14、防止發(fā)生反射。反射作用出現(xiàn)在信一號中類似噪聲，會帶來測量誤差。 b.振動的影響 不穩(wěn)定燃燒產(chǎn)生的強烈振動，將會影響壓力傳感器的輸出。 在發(fā)動機上安裝兩只型號規(guī)格完全相同的壓力傳感器，一只按正常方式安裝用于側(cè)量壓力，另一只安裝在承受相同振動但不與壓力相通的位置。 比較發(fā)動機工作時這兩只傳感器的輸出，即可得知振動對壓力傳感器輸出所造成的影響。必要時，可采用加速度補償壓力傳感器，或采用加速度計測出加速度值，再對壓力傳感器的輸出進行修正。 c.安裝位置 測量點火壓力的傳感器安裝在點火器的測壓位置。 測量脈動壓力的傳感器安裝位置的選擇原則是應使燃燒室內(nèi)不穩(wěn)定燃燒的各種振型可根據(jù)測得的瞬時相位和幅值加以判

15、別。 縱向振型的判別是用三個傳感器沿軸向排成一列，分別安裝在燃燒室頂部、噴管收斂段和二者之間。用這三個傳感器測得的相位、幅值和頻率，就可以確定縱向的各次諧波。 為判別切向振型，需在同一橫截面上不同位置安裝幾個傳感器。圖是兩種較為合適的方案。d.安裝力矩 傳感器的安裝力矩必須符合規(guī)定。力矩過小會因密封不良引起泄漏，嚴重時可能導致試驗失敗。 不合適的安裝力矩(過大或過小)還會影響傳感器的靈敏度和其他性能。e.熱傳導與熱輻射的影響 由于熱傳導與熱輻射造成的溫度變化會影響傳感器的性能，特別是溫度靈敏度和溫度零漂，它們可能成為一種主要的誤差源。除了選用溫度性能好的傳感器外，還可采取以下措施來減小溫度影響

16、。 在傳感器膜片上涂敷各種形式的燒蝕涂層，以保護膜片; 采用隔熱或加溫的方法使傳感器溫度保持恒定; 在不能消除溫度對傳感器輸出產(chǎn)生的影響時，應在數(shù)據(jù)處理中對這些影響予以修正。6.5其它壓力測量(1)真空壓力測量 a.傳感器選擇 測量真空壓力一般選用應變式或壓阻式差壓傳感器或絕壓傳感器，量程為98kPa或稍高。 b.測點位置 真空艙內(nèi)可能存在壓力梯度，測壓位置的選擇原則是保證測量數(shù)據(jù)能真實地反映高空模擬環(huán)境的特征。 對于新使用的試驗艙，需進行多點測量，以確定在所關(guān)心的區(qū)域內(nèi)的壓力梯度，然后選擇合適的測點位置。 發(fā)動機點火試驗至少應有兩個檢測點，一般選在發(fā)動機前封頭中心和噴管出口面附近。 c.傳感

17、器與測量系統(tǒng)的校準 傳感器的靜態(tài)校準采用活塞式真空壓力計作為標準壓力源。校準方法及所用儀器與一般壓力傳感器相同。 測量系統(tǒng)的校準可用真空壓力計施加標準壓力，也可用電校準。 d.傳感器的安裝 采用差壓傳感器測量真空壓力時，實際測量的是艙壓與大氣壓之差。傳感器需要通過連接管道來安裝，傳感器的兩個壓力腔分別接至測壓位置和試驗艙外。 管道的延遲時間可以通過實驗來測定，然后在數(shù)據(jù)處理中對測量結(jié)果予以修正。 由于低壓傳感器對振動很敏感，因此在安裝傳感器時應采取減振措施。(2)壓差測量 發(fā)動機工作時產(chǎn)生的高速氣流，使發(fā)動機周圍空間出現(xiàn)壓力梯度。 特別是對于大型發(fā)動機，其軸向長度可達數(shù)米，前封頭與后封頭之間的

18、壓力差將會對推力測量產(chǎn)生不可忽視的影響。 因此，需要測量壓差，用以對推力數(shù)據(jù)進行修正。 測量壓差有兩種方法一種方法是用一只差壓傳感器，將其兩個壓力輸入口通過轉(zhuǎn)接管道分別置于前、后封頭測壓位置，直接測得壓差數(shù)據(jù)。由于需要知道的是與推力相對應的同一瞬時兩測點的壓力差，因此必須考慮轉(zhuǎn)接管道延遲時間的影響，在數(shù)據(jù)處理中加以修正。 另一種方法是用兩只低壓傳感器，分別安裝在前、后封頭測壓位置，由兩個獨立的測量通道記錄數(shù)據(jù)，然后經(jīng)過計算給出壓差值。 測量發(fā)動機周圍空間壓差一般選用應變式或壓阻式傳感器，其測量系統(tǒng)與穩(wěn)態(tài)壓力測量系統(tǒng)相似。傳感器安裝應注意的問題與真空壓力測量相同。6.6 應變測量 發(fā)動機試驗中測

19、量應變是為了分析發(fā)動機殼體與噴管組件等的應力分布情況，確定其結(jié)構(gòu)強度，為驗證與改進設計提供依據(jù)。 在大型發(fā)動機結(jié)構(gòu)考核試驗中，應變是一個重要參數(shù)，測量通道數(shù)可達幾十路，甚至上百路。 電阻應變計具有結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、測量范圍寬、測量精度高、動態(tài)響應好、使用環(huán)境適應性強、穩(wěn)定性與可靠性好等優(yōu)點，且安裝時不破壞被測結(jié)構(gòu)，不擾亂應力分布。因此，在發(fā)動機試驗測量中被普遍采用。6.6.1應變計選擇 測量應變所用的應變計主要根據(jù)被測對象的材料、應變范圍、工作條件和測量精度要求等來選擇。另外，還希望應變計的粘貼工藝盡量簡單。由于應變測點一般較多，且應變計不能多次安裝重復使用，所以選擇應變計還應注意性能一致、

20、價格低廉。 對于金屬材料的應變測量，一般選用紙基絲式應變計，可測應變范圍為1%( )。對于非金屬纖維復合材料，選用紙浸膠基絲式塑性應變計(俗稱大應變計)，其測量范圍可達20%，發(fā)動機試驗中選用測量范圍10%以下的應變計。箔式應變計不適用于纖維纏繞殼體，因為殼體表面局部樹脂龜裂會使應變計的敏感柵斷裂，造成不真實的測量結(jié)果，甚至超出測量系統(tǒng)的量程，導致測量失敗。410 在高溫下工作時，應選用高溫應變計。高溫應變計的粘貼一般需加溫加壓固化，工藝較復雜。 目前已研制出在常溫下固化可在高溫下使用的膠粘劑，簡化了粘貼操作。 某些高溫應變計采用點焊或滾焊的方法安裝。但焊接方法不適用于非金屬材料試件，在金屬殼

21、體發(fā)動機上使用也受限制，因此很少采用。 除了單個應變計外，還可選用各種型式的應變花。 對于單向應力測量，沿應力方向粘貼一片應變計即可。 對于平面應力測量，當主應力方向已知時，沿主應力方向和與其垂直的方向各貼一片應變計，就可測得平面應力。 如果主應力方向未知，則需要測量三個不同方向的應變才能求得平面應力的大小和方向。 按照各個應變計軸線的方向，有四種基本的組合方式，如下圖所示。應變花的形式應變花的形式(a)等角三軸型；等角三軸型；(b)直角三軸型；直角三軸型；(c)雙直角四軸型；雙直角四軸型；(d)T-四軸型四軸型.6.6.2應變計粘貼 應變計通常采用粘貼的方法安裝在被測表面上，通過膠粘劑所形成

22、的膠層的傳遞作用來測量試件表面變形。 因此，如何使膠粘劑將被測表面的應變正確無誤地傳遞給應變計，是應變測量的關(guān)鍵問題之一。 合理地選擇膠粘劑和正確的粘貼工藝，是保證應變測量精度的必要條件(1)膠粘劑a.對膠粘劑的要求 膠粘劑不僅使應變計同試件表面一起工作，而且在一定程度上直接影響應變計的特性，如滯后、蠕變、零漂、靈敏系數(shù)、線性以及動態(tài)特性等。綜合各方面的因素，對粘貼應變計用的膠粘劑提出以下要求： 1)有較高的剪切強度; 2)除具有一定的剛度外，還應有一定的韌性; 3)粘貼工藝簡單; 4)固化引起的收縮率盡量小; 5)固化后吸濕性小，電氣絕緣性能和耐化學腐蝕性好; 6)化學性能穩(wěn)定，易于保存;

23、7)對應變計和試件無腐蝕作用。 幾乎沒有一種膠粘劑能同時滿足上述要求。實際使用中，只能根據(jù)不同的試驗條件，針對主要性能要求，選擇合適的膠粘劑。b.常用膠粘劑 膠粘劑分為天然的和合成的兩大類。合成的又分為有機和無機兩類。 粘貼應變計主要使用有機類，無機類(如硅酸鹽膠粘劑和磷酸鹽膠粘劑)僅用于高溫應變計的粘貼。 常用的有機膠粘劑有：硝化纖維素、氰基丙烯酸脂、環(huán)氧類、酚醛類、有機硅、聚酷和聚酞亞胺等。這些膠粘劑都有其各自的特點與適用范圍。c.膠粘劑的選擇 膠粘劑應根據(jù)所用應變計及其工作條件來選擇。 首先要注意膠粘劑的種類是否和應變計的基底材料相適應。 還應考慮工作環(huán)境的溫度、潮濕程度和有無化學腐蝕，

24、對穩(wěn)定性和疲勞壽命的要求，加溫加壓固化的可能性，粘貼操作時間的長短等因素。 最好使用應變計制造廠家指定或推薦的膠粘劑。 (2)應變計粘貼工藝 應變計的粘貼質(zhì)量對測量精度影響很大。采用相同的應變計和膠粘劑，如果粘貼方法、處理工藝和熟練程度不同，測量結(jié)果可能有很大差異。 因此，必須有完善的粘貼一工藝。應變計粘貼工藝流程a.檢查應變計 應變計外觀應無銹斑、破損或變形，電阻值應在出廠給定范圍。b.試件表面處理 試件表面的清理對于能否保證應變計的粘貼質(zhì)量起著重要作用。 首先除去試件表面的漆層和氧化層。 然后用規(guī)定粒度的砂布沿與粘貼軸線成45夾角的方向交叉打磨表面。 最后用丙酮、四氯化碳和無水乙醇等溶劑擦

25、拭被測表面。在清理干凈的表面上，沿縱向與橫向劃出定位標志線。c.粘貼應變計 粘貼方法因所用膠粘劑和應變計種類不同而異。有些應變計和膠粘劑出廠時介紹有粘貼使用方法，熟練的操作者又有自己的技巧和習慣。無論采用何種方法粘貼，都應保證膠層薄而均勻，無氣泡，應變計無扭曲變形，定位準確。d.膠粘劑的固化 嚴格按照所用膠粘劑的固化程序所規(guī)定的溫度、壓力和時間，進行固化處理。e.粘貼質(zhì)量檢查 在應變計粘貼到試件上后，即對粘貼質(zhì)量進行初步檢查。應變計外觀無破損變形，并確定應變計無短路和斷路現(xiàn)象，方可進行固化處理。 固化完成之后，主要檢查以下內(nèi)容： 應變計粘貼前后電阻值之差在允許范圍內(nèi)。 應變計引線與金屬試件之間

26、的絕緣電阻應大于100 。低的絕緣電阻會使應變計的零漂、蠕變和滯后增大，還可能引入嚴重的干擾。 膠層中不能有影響測量性能的氣泡。f.安裝連接線 應變計的引線與連接線之間通常用錫焊連接。要求焊點光滑、牢固可靠，切忌虛焊。否則會導致測量系統(tǒng)不能正常工作。g.防護處理 當應變計在潮濕環(huán)境下工作時，水分會產(chǎn)生如下作用：降低絕緣電阻;降低粘合層的粘接強度;膠粘劑吸潮膨脹使應變計受力而出現(xiàn)虛假應變;應變計通電時產(chǎn)生電解現(xiàn)象，使線柵受腐蝕電阻增大，從而引起測量誤差，甚至無法使用。因此，需對應變計采取防潮措施。 為了防止由于環(huán)境溫度變化使應變計產(chǎn)生熱輸出而帶來測量誤差，可在應變計表面覆蓋毛氈、石棉布等隔熱物。

27、這些覆蓋層還可在一定程度上保護應變計，防止受機械損傷。6.6.3應變計靈敏系數(shù)校準 應變計的靈敏系數(shù)是應變計最重要的性能參數(shù)，出廠時給出的值是抽樣在專用的校準裝置上測定的。實際應用中，也應進行抽檢。 靈敏系數(shù)校準裝置是一種施加一定的載荷時能產(chǎn)生已知應變的裝置。常用的有純彎曲梁和等強度梁，習慣上統(tǒng)稱為應變梁。 純彎曲梁為一個等截面梁(等彎矩梁)。這種梁加工較簡單，容易保證精度。 下圖為純彎曲梁的一種加載方式。假定在外力作用下梁變形成為圓弧，則梁表面的應變?yōu)椋?式中：h梁截面的高度(mm) ； l弦長(mm)； f與l對應的撓度(mm)。 可見，測出撓度f，就可計算出應變 ，f通常用千分表測量。

28、等強度梁(等應力梁)如下圖所示。梁的左端固定在基座上，右端加載。應變值按下式計算： 式中： F對梁施加的外力(N)； E梁材料的彈性模量(N/mm2)。 等強度梁受力時每一個截面上的應力都是相同的。 為了保證梁的等應力性，加載點必須在梁的兩斜邊的交點上(圖中的T點)。此外，梁的長度L與根部寬度b之比，應不小于9：1。等強度梁校準裝置結(jié)構(gòu)比純彎曲梁簡單，但精度往往較差。26lFEh b 進行靈敏系數(shù)校準時，按規(guī)定方法將應變計粘貼在應變梁上。對梁施加載荷，使其產(chǎn)生已知應變值。用高精度的靜態(tài)應變儀測量應變計的應變量，就可求得應變計的靈敏系數(shù)k： 式中： 應變儀的靈敏系數(shù)調(diào)節(jié)器所設定的值； 應變儀讀數(shù)

29、； 應變梁所產(chǎn)生的應變值。 另一種測量方法是用精密電橋(或其他高精度的測量電阻的儀表)測出應變計初始電阻R和在載荷作用下的電阻變化量R,按下式計算k值： ttkktktRkR6.6.4測量系統(tǒng) 應變測量一般采用單工作臂電橋(電橋的一個臂是應變計，其余三個臂為固定電阻)。當需要溫度補償時，可采用半橋方式(見下節(jié))。因此，測量系統(tǒng)應具有組橋功能。 動態(tài)應變儀作二次儀表（精度較低,但使用方便）測量系統(tǒng)組成如下圖所示。 動態(tài)應變儀具有組成電橋、提供激勵電源、零點平衡、放大與電校準等功能。 激勵電源一般為數(shù)千赫的正弦電壓。目前已有用方波作激勵源的，可減小分布電容的影響并提高抗干擾能力。 動態(tài)應變儀中的放

30、大器為交流載波放大器，保證了工作的穩(wěn)定性。 采用直流放大器的應變測量系統(tǒng)如圖所示。 激勵電源為精密直流穩(wěn)壓電源，其輸出電壓可調(diào)，以適應不同測量需要。 當單工作臂電橋采用二線制接法時(左圖)，兩根連接導線處于同一橋臂中，由于溫度變化引起導線電阻變化會帶來測量誤差。為了消除這種誤差 應采用三線制接法(右圖)。兩導線分別接在兩相鄰橋臂中，其電阻變化對電橋輸出的影響相互抵消。校準 應變測量系統(tǒng)采用電校準法進行校準。 最常用的方法是以應變量校準儀代替應變計接入測量系統(tǒng)，由它產(chǎn)生標準應變來實現(xiàn)校準。 應變量校準儀是根據(jù)電阻與應變的對應關(guān)系，由若干性能穩(wěn)定的精密電阻組成，其精度可以做到很高。 使用時，按照測

31、量需要選擇校準應變值。6.6.5應變測量中的溫度補償應變計粘貼在試件表面，除感受載荷作用產(chǎn)生的真實應變外，溫度變化會使其電阻改變而產(chǎn)生虛假應變。當被測對象溫度變化范圍大時，由溫度造成的誤差是不可忽視的。虛假應變 可用下式表示式中： k應變計的靈敏系數(shù)； 應變計敏感元件材料的電阻溫度系數(shù)(1/)； 試件材料的線膨脹系數(shù)(1/)； 應變計敏感元件材料的線膨脹系數(shù)(1/)； 溫度變化量()。實際上，溫度對應變計輸出的影響比上式復雜得多。針對具體使用情況，可通過實驗方法測出虛假應變與溫度的對應關(guān)系，對測量數(shù)據(jù)進行修正。在應變測量中，通常用溫度補償方法來消除溫度變化所帶來的誤差。1tgsgttk gstg(1)功電路補償法 電路補償法是在測量電路中采取措施，抵消由于溫度變化引起的應變計熱輸出。 補償計法 熱電阻補償法 熱電偶補償法a.補償計法 選擇兩片具有相同特性的應變計(最好是同一批的)，一片貼在應變測量位置，同時感受應變與溫度的變化；