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名稱

高精度剛架梁式SK-1應(yīng)變計(jì)和光纖光柵傳感器參數(shù)測(cè)定裝置

簡(jiǎn)支純彎梁應(yīng)變計(jì)靈敏系數(shù)測(cè)試裝置

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力學(xué)

原理圖

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使用功能

以SK-1裝置為主機(jī)組合式配套能測(cè)應(yīng)變計(jì)和光纖光柵傳感器17個(gè)參數(shù)高精測(cè)定裝置。成為電阻應(yīng)變計(jì)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中精度最高的A級(jí)應(yīng)變計(jì)檢測(cè)，建標(biāo)的唯一標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備。

能測(cè) 靈敏系數(shù)、機(jī)械滯后、蠕變、橫向效應(yīng)系數(shù)4個(gè)；

配高-中-常溫箱;能測(cè)靈敏系數(shù)隨溫度變dk值3個(gè);高,中溫的機(jī)械滯后，蠕變4個(gè)；溫箱能測(cè)熱輸出等共計(jì)15個(gè)參數(shù)

多臺(tái)組成的各自獨(dú)立的單臺(tái)式專用測(cè)試裝置

能測(cè)靈敏系數(shù)、機(jī)械滯后，2個(gè)；

高-中-常專用溫箱:能測(cè)熱輸出，漂移6個(gè)；

高.中.常溫箱簡(jiǎn)支純彎梁專用裝置測(cè)靈敏系數(shù)隨溫度變dk值;高,中溫的機(jī)械滯后，蠕變,我認(rèn)為都測(cè)不準(zhǔn)確,也就是說共有9個(gè)參數(shù)不能測(cè)準(zhǔn),理由詳情見下面

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加載原理

靠方向相反絕對(duì)相等剛桿原理的兩力的位移變化而實(shí)現(xiàn)加載的剛架梁, 應(yīng)變量能連續(xù)變化，全靠精確測(cè)試值，能方便準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定1000με的應(yīng)變量，很自然地適用梁表面打磨變薄和多根梁的輪換使用,加載后能構(gòu)成一個(gè)剛性封閉的平面靜力學(xué)平衡系統(tǒng),這樣才能準(zhǔn)確計(jì)算出剪力對(duì)梁兩表面的應(yīng)變影響,梁表面應(yīng)變完全按高等材料力學(xué)精確公式精確到0.25με,從結(jié)構(gòu)上已形成了真正純彎梁的原理要求,實(shí)踐已證明，若用納米級(jí)高精度位移傳感器測(cè)試,精準(zhǔn)性還更好。

1)靠準(zhǔn)確的砝碼加載，使用中梁表面是要打磨變薄和多根梁的輪換使用，而砝碼只能階梯式變化，不能連續(xù)變化，按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定1000με的應(yīng)變量不能長(zhǎng)期保證準(zhǔn)確,測(cè)試不規(guī)范，

2)靠螺母絲桿付機(jī)械位移加載的簡(jiǎn)支純彎梁 , 螺母與絲桿之間的間隙變化等因素,使彎矩不對(duì)稱帶來誤差

兩種結(jié)構(gòu)中由于兩力點(diǎn)與兩支承都屬于滾動(dòng)鉸支座,梁對(duì)它們都有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，不能自鎖,使梁的變形是處于開放式狀態(tài),不能構(gòu)成一個(gè)剛性封閉的平面靜力學(xué)平衡系統(tǒng),又不能準(zhǔn)確計(jì)算出四點(diǎn)的摩擦力形成的剪力對(duì)梁兩表面的應(yīng)變影響,而且摩擦系數(shù)是隨溫度和工況變化而變化的不穩(wěn)定性，形成的剪力變化,帶來較大的偶然誤差

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測(cè)蠕變

能準(zhǔn)確測(cè)出應(yīng)變計(jì)和光纖光柵傳感器的蠕變,

因位移加載，加載停止后，位移不變，梁上的應(yīng)變量就不變，而且加載速度快且平穩(wěn)，

應(yīng)變計(jì)蠕變測(cè)不準(zhǔn),

1)因砝碼加載是一種恒力向下，長(zhǎng)時(shí)間的吊掛在梁上，任何材料的梁在恒力的作用下必然產(chǎn)生正蠕變，加載快，極易產(chǎn)生沖擊振動(dòng)，其作用是消除了應(yīng)變計(jì)的負(fù)蠕變，

2)包括用機(jī)械位移加載的簡(jiǎn)支純彎梁,因四個(gè)內(nèi)外支承相對(duì)梁表面的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，不能自鎖，只要梁上有力的變化，就有相對(duì)位移變化，對(duì)蠕變起作彌補(bǔ)的作用,。這就是為什么美國(guó)，德國(guó)，英國(guó)，瑞典FFA等凡簡(jiǎn)支純彎梁的應(yīng)變計(jì)測(cè)量裝置只標(biāo)明是應(yīng)變計(jì)靈敏系數(shù)和機(jī)械滯后兩個(gè)參數(shù)的測(cè)量裝置，而不說能測(cè)蠕變。

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測(cè)靈敏系數(shù)隨溫度變化dk值

能準(zhǔn)確測(cè)出應(yīng)變計(jì)和光纖光柵傳感器的靈敏系數(shù)隨溫度變化dk值,

因?yàn)榱旱膹椥阅Ａ縀隨溫度變化，從機(jī)理講，是通過梁的剛度變化隨之造成內(nèi)力的變化,剛架梁由兩刀口按作用力和反作用力絕對(duì)相等的原理隨變化而自動(dòng)補(bǔ)償，所以彈性模量E的變化不影響梁上的應(yīng)變值,梁的幾何尺寸隨溫度變化由線膨脹系數(shù)確定，所以只有一個(gè)未知數(shù)dk值,采用我新提出的相對(duì)測(cè)量法能準(zhǔn)確獲得dk值，因?yàn)橄鄬?duì)測(cè)量法中加載的位移量不變且又能做到重復(fù)，只有線膨脹效應(yīng)和靈敏系數(shù)隨溫度變化dk值,兩者變化關(guān)系，才能采用我新提出的相對(duì)測(cè)量法求dk值。常溫和中溫應(yīng)變計(jì)的測(cè)試已獲得完美成功，配套的高溫爐正在研制中。

因剛架梁的任意平面運(yùn)動(dòng)是靠帶油的鋼球純滾動(dòng)實(shí)現(xiàn)，摩擦系數(shù)極小，而且處于室溫中，不受溫度影響，在這里摩擦力帶來的誤差忽略不計(jì)

簡(jiǎn)支純彎梁產(chǎn)生機(jī)械應(yīng)變的裝置都不能測(cè)準(zhǔn)dk值，

因?yàn)檫@時(shí)隨溫度變化有四個(gè)變化量

(1)應(yīng)變計(jì)靈敏系數(shù)隨溫度變化dk值

(2)因線膨脹效應(yīng)，梁幾何尺寸隨溫度變化

(3)彈性模量E隨溫度的變化，梁的剛度變化隨之造成內(nèi)力的變化,

(4) 因?yàn)閮蓚€(gè)力點(diǎn)和兩個(gè)支承隨溫度變化相對(duì)于梁都有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，因不能自鎖，存在著很大的相對(duì)補(bǔ)償作用,a)摩擦系數(shù)隨溫度變化大,尤其高溫狀態(tài)下(600-1000^oC)，

摩擦系數(shù)可達(dá)4，太影響裝置的測(cè)試值的準(zhǔn)確性，b)另外這種相對(duì)運(yùn)動(dòng)和梁表面的應(yīng)變值的變化是彈性模量E；線膨脹效應(yīng)和摩擦效應(yīng)三種因素綜合作用的結(jié)果，這種變化狀態(tài)也不適用相對(duì)測(cè)量法，若采用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的絕對(duì)測(cè)量法，還要加上百分表因受溫度的影響撓度誤差較大。四個(gè)變化量混在一起,暫未找到內(nèi)在數(shù)量關(guān)系，也無法采用近似修正法,而機(jī)械位移加載的簡(jiǎn)支純彎梁另外還存在加載螺母絲桿付的間隙變化造成梁上彎矩不對(duì)稱的變化的不確定性。這種偶然誤差很難修正。由于上述多種因素dk值不可能測(cè)準(zhǔn),

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純彎梁彎曲時(shí)的異號(hào)誤差

能完全自動(dòng)消除，

因?yàn)槟軐?shí)現(xiàn)正反兩個(gè)方向加載，凡屬異號(hào)誤差都能按正負(fù)相等完全抵消,例如:

純彎梁彎曲時(shí),

(1)梁的凸凹兩面的機(jī)械應(yīng)變值相差0.2％的異號(hào)性質(zhì)的大誤差,這是梁的厚度造成的，

(2) 梁縱向彎曲時(shí),梁的橫向因泊松效應(yīng)也同時(shí)變形，這也產(chǎn)生異號(hào)誤差

無法消除，

因?yàn)槟壳昂?jiǎn)支純彎梁都只能一個(gè)方何加載,所有異號(hào)誤差都不能抵消，若要實(shí)現(xiàn)向兩個(gè)方向變形，就得像瑞典FFA那樣另外加一套反向機(jī)構(gòu)，不但結(jié)構(gòu)更復(fù)雜，而且那一套鉸鏈機(jī)構(gòu),因?yàn)殂q鏈中的間隙等因素造成力矩變化不對(duì)稱帶來的誤差較大;不好處理，必須避開

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對(duì)環(huán)境的要求

因?yàn)楸荛_了梁材的彈性模量E，隨溫度變化的影響,在任何溫度環(huán)境下都可以進(jìn)行測(cè)試，但要求正式測(cè)試時(shí)段如20分種，做蠕變測(cè)試最長(zhǎng)1小時(shí)之內(nèi)溫度變化不超過0.5-1^oC,實(shí)質(zhì)這是應(yīng)變計(jì)本身的測(cè)試要求。因?yàn)閼?yīng)變和位移都是幾何量，只有膨脹效應(yīng)問題，實(shí)踐已證明只要空調(diào)房條件即可，

裝置在常溫時(shí)對(duì)使用環(huán)境要求高,嚴(yán)格講裝置應(yīng)置于恒溫室中,因?yàn)榱旱膹椥阅Ａ縀，隨溫度變化很敏感，一年的冬夏和一天的早中晚的溫度之差達(dá)幾度到10多度，一般的空調(diào)房長(zhǎng)時(shí)間保不往23±(0.5-1)^oC，不便于保證測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性,

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誤差源和精度

誤差源基本上都消除或從設(shè)計(jì)上能控制到忽略不計(jì)，精度優(yōu)于0.2％，長(zhǎng)期使用穩(wěn)定，并且有過程自檢和回零自檢，確保測(cè)試的準(zhǔn)確性，這已經(jīng)27年的驗(yàn)證從工藝到調(diào)試都有專用工裝來保證關(guān)鍵尺寸的準(zhǔn)確性達(dá)0.005-0.01mm;裝置的同一平面性，內(nèi)在的平行性，高對(duì)稱性和高剛度,確保加載過程中剛架梁系統(tǒng)處于無任何約束的任意平面運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，加載后剛架梁整體構(gòu)成剛性封閉平面靜力學(xué)平衡系統(tǒng)來確保剛架梁力學(xué)原理的實(shí)現(xiàn)。

誤差源基本上不能消除,從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上按參考資料2)分析各種誤差,到目前國(guó)內(nèi)外沒有看到有比較理想的結(jié)構(gòu)，能控制到忽略不計(jì),它們都不可能有過程自檢和回零自檢，四個(gè)內(nèi)外支承相對(duì)梁表面只要梁上有力的變化，就有相對(duì)位移變化，就存在隨時(shí)變化的磨擦系數(shù)帶來較大的誤差不能修正。

可以說經(jīng)多次向一個(gè)方向彎曲的梁，絕不可能真正能回零,尤其高溫狀態(tài)下梁，更不可能回零,

對(duì)于等腰三角型的等強(qiáng)度梁，除上述問題外比四點(diǎn)簡(jiǎn)支純彎梁，精度更差，誤差源更多，例如不同截面，梁寬與梁厚的比值大，而且比值是逐漸變化，這樣就造成梁表面機(jī)械應(yīng)變值不均勻，比值越大，應(yīng)變均勻性越差,等腰三角形的兩斜邊不對(duì)稱等,可以說等強(qiáng)度梁只適宜做疲勞試驗(yàn)裝置。