热膨胀系数地测定

在本文中,您将了解如何使用“不匹配”箔式应变片来确定铝的热膨胀系数。

当温度发生变化时,每个四分之一桥应变片记录一个测量信号,即“表观应变”。应变片测量点暴露在温差Δϑ下的表观应变可描述为:

以下符号为:

ε                  应变片的表观应变
α                   电阻温度系数
αb                    被测物的热膨胀系数
αm                   测量栅丝材料地热膨胀系数
k                      应变片地 K 系数
Δϑ                   触发表观应变的温差

在 HBM 所有应变片包装上,都有一个表观应变与温度之间的函数。当然,只有当被测材料的线膨胀热系数与应变片组上的数据相匹配时,这些数据才会给出有意义的结果。

以下内容适用于:

测定线膨胀热系数 α

如果要测定热膨胀系数 αm,表观应变可很好地用于此目的。在这种情况下,可以使用以下公式:

Transposed, this produces:

 

ε                    放大器处显示的应变
εm                     机械荷载引起的应变
αDMS               应变片包装上的线性膨胀热系数

在实际试验中,我们将四个匹配钢的 LG11-6/350 (α=10.8 10-6/K) 应变片安装在铝件上。四线制电路被用来消除电缆的影响。根据制造商提供的材料数据: T= 0 … 100°C 时 α=23.00 *10-6/K

ϑ (°C)εa(*10-6)εs(*10-6)εa-εs(*10-6)αb(*10-6)/K
-10-396.9-38.0-358.9 
0-254.4-16.9-237.522.9
10-122.5-5.0-117.522.8
200-1.11.122.7
30118.8-3.9122.723.0
40232.4-12.2244.623.0
50344.3-24.8369.123.2
60453.3-40.3493.623.3
70562.1-57.7619.823.4
80671.6-75.6747.223.5
90781.8-92.7874.523.5
100894.1-107.91002.023.5
1101010.5-119.91130.323.6
1201132.3-127.41259.823.7

图表1:适用于铁素体钢的应变片黏贴在铝件上的测量结果

如果计算指定温度间隔的 αm。 则得到 23.19 *10-6/K, 与理论值 0.19 *10-6/K (0.84%) 的偏差。

为了进行实验,首先需要在被测物体上安装几个应变片(以获得实验的可靠性)。必须在测量栅丝方向上平坦黏贴。

在下一步中,根据温度确定应变。必须注意确保建立热平衡。

首先计算 εa-εs。要确定线性膨胀的热系数,将两个计算值(εa-εs)相减,然后除以相应的温度间隔。然后必须将符合组件数据的热膨胀系数 αDMS 代入。

例:在20度到40度之间,热膨胀系数计算如下(采用公式4进行计算):

在测量过程中,应变片蠕变将会产生不良影响。因此,为了获得最大的精度,建议使用 HBM K 系列应变片,其三种不同的蠕变值,并应使用具有最大端环长度的应变片。

此外,当测量温度超过60°C时,建议使用热固化粘合剂进行安装。

 

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注:所有产品说明仅供参考,不得将其理解为质量或耐久性的保证。