在应变中,如何考虑温度造成的高温膨胀和低温收缩的影响?

Question

在应变中,如何考虑温度造成的高温膨胀和低温收缩的影响?

Answer 1

一般应变测试时,做温度补偿就可以.
八、 温度补偿
在应变测量中会遇到一个问题,那就是温度对应变的影响.因为被测定物都有自己的热
膨胀系数,所以会随着温度的变化伸长或缩短.因此如果温度发生变化,即使不施加外力贴
在被测定物上的应变片也会测到应变.为了解决这个问题,可以应用温度补偿法.
动态模拟法：这是使用两枚应变片的双应变片法.如图10 所示,在被测物上贴上应变
片（A）,在与被测物材质相同的材料上贴上应变片（D）,并将其置于与被测物相同的温度
环境里.如图所示,将两枚应变片联入桥路的相邻边,这样因为（A）,（D）处于相同的温
度条件下,由温度引起的伸所量相同,即由温度引起的应变相同,所以由温度引起的输出电
压为零.
自我温度补偿法：从理论上讲,动态模拟法是最理想的温度补偿法.但是有粘贴两枚应
变所费劳力和模拟物的放置场所的选择等问题.为了解决这个问题,可以使用只用一枚应变
片即可进行温度补偿的自我温度补偿应变片.这种方法根据被测物材料的热膨胀系数的不同
来调节应变片敏感栅,因此使用适合被测物材料的应变片就可以仅用一枚应变片对应变进行
测量,且不受温度的影响.日本共和的应变片即有自我温度补偿的功能.
自我温度补偿片的原理
如图11 所示,在热膨胀系数为βs 的被侧物表面贴上敏感栅热膨胀系数为βg 的应变
片.则温度每变化1 度,其所表现出来的应变εT 如下式所示.
在这里 α：电阻元件的温度系数
Ks :应变片的应变片常数
上式中,Ks 为由敏感栅材料决定的应变片常数,βs,βg分别为由各自材料决定的
被测物与敏感栅的热膨胀系数,这三项均为定值,则通过调整α就可以使由温度引起的应变
变为零.此时,
α = −Ks(βs −βg)
= Ks(βg −βs)
图10 图11
在箔材的制作过程中可以通过热处理对α的值进行控制.而且它是与特定的被测物的
热膨胀系数βs相对应的,如果用在不适用的被测物时,不仅不会补偿温度引起的应变还会
引起较大的测量误差.共和的自我温度补偿片如下表所示.
导线的温度补偿：
使用自我温度补偿片可以解决应变片所受的温度影响问题.但是从应变片到测量仪之间
的导线也会受到温度的影响,这个问题并没有解决.如图12 所示单应变片双线的联接方式
将导线的电阻全部串联入了应变片中.导线较短时不会有太大的问题,但如果导线较长就会
产生影响.导线所使用的铜的电阻温度系数3.93×10−6 /
.C.当使用0.3mm2,电 阻 值0.062Ω/m的导线10m（来回20m）时,温度上升1 C.所产生的输出电压换算成应变的话大约为
20×10−6（20με）.
图12
为了减小导线的影响,可以使用3 线联接法.如图13所示,在应变片导线的一根上再
联上一根导线,用3根导线使桥路变长.这种联接方式与双线式不同的地方是导线的电阻分
别由电桥的相邻两边所分担.图13 中,导线电阻r1串联入了应变片电阻R g,r2 串联入了
R2,r3 成为电桥的输出端.这样,就几乎不会产生什么影响了.
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