在发生加热或冷却的情况下，例如在发动机、涡轮机、核反应堆、化工厂等场景中，结构材料中的机械应力和热应力同时被测量。高低温环境下应变测量的问题点和测量要点简介如下。

1. 高低温环境下应变测量的问题

高温或低温环境下的应变测量不同于常温下的应变测量，此时正常情况下微不足道的热输出问题已不能再被忽略，关键因素是用于消除或补偿此热输出的技术。

如下讨论了在波动温度下应变测量的重要因素。

（1）热输出（温度引起的表观应变）

波动温度下应变测量的成功与否取决于如何确定应变的热输出并进行校正。

应变片随附的数据表中（STRAIN GAUGE TEST DATA）列出了粘贴式应变片组的平均特性，这些参数基于对相同类型（相同批次）取样的应变片进行的测试。

当使用数据表中的数据估算实际安装在试样上的特定应变片的特性时，就会出现特性分布的问题。在列出的应变片特性中，灵敏系数（或称应变系数）和灵敏系数的温度系数具有一个分布，但是在波动温度下进行应变测量时热输出的分布会导致出现重大误差。

应变片的热输出取决于试样的线膨胀系数，因此，在以下情况下，必须进行初步的热输出测试，并获得准确的热输出数据，以用于校正测量值。

●当实际试样材料不同于应变片随附数据表中列出的试样时。

●温度发生快速变化时

然而，即使在低温和高温环境下，热输出对动态波动应力测量的影响也很小，通常无需考虑。

（2）灵敏系数的温度系数（灵敏系数随温度变化）

单个应变片的灵敏系数随温度的变化分布很小，可以使用随附数据表上的信息来校正测量值。

（3）加热周期引起的特性波动（重复性）

第一个加热周期显示出与第二个以及随后的加热周期明显不同的热输出，并且随着反复加热，热输出逐渐稳定在恒定水平。但是，根据应变片敏感元件所使用的材料，长时间暴露在高温下会导致表面氧化，从而往往会使指示值正向移动。

（4）高温环境下的应变片温度极限

高温应变片的工作温度极限与测试条件和精度有关，并由允许的漂移量决定，TML使用该漂移量显示高温环境下的动态和静态温度极限。

该极限通常取决于应变片中敏感元件的耐热特性，但对于粘贴式应变片，同时受应变片的基底材料和胶黏剂所限制。

（5）温度测量

对热输出等的修正需要相应的温度数据。

2. 高低温环境下应变测量的难易度区分

很难简单地评定在低温和高温环境下应变测量的难易程度，但是，通常，以下描述的顺序相对较为合适。

（1）在稳定的低温或高温条件下进行短时间波动应力的测量

此时，热输出不影响测量，仅需要考虑灵敏系数的温度系数，因此可以进行非常精确的应变测量。

（2）在给定的温度变化阶段内温度稳定时进行波动应力和热应力的测量

因为在温度分布稳定时测量温度，所以可以得到精确的温度数据。

但是，必须注意温度梯度造成的应变片与温度测量点之间的温差。

（3）温度变化过程中瞬态热应力的测量

根据试样的热容量和形状，温度分布可能会出现基于时间的差异，从而导致应变片和温度测量传感器（热电偶或电阻温度计）的响应有所不同，对于当前使用应变片的技术而言，这类测量是非常棘手的。

3. 高低温环境下的应变测量步骤

伴随温度变化的试样的应变测量步骤简述如下：

4. 高低温环境下的实际应变测量

4.1 材料准备

4.2 安装注意事项

1）接线

在高于200℃的温度下，不能使用普通的粘贴型连接端子。使用高温焊料直接连接应变片引线和延长导线。

在这种情况下，最好的方法是将薄的不锈钢片焊接到试样上来固定导线。

在低温环境下也可以使用相同的安装方法，接线端子可以作为中继使用。

（2）涂层

在常温下具有柔韧性的材料在非常低的温度下会变得坚硬且易碎，此时应注意涂层的厚度。

K-1是一种在低温下具有出色的硬度和剥离强度的涂层。但是，如果所施加的涂层厚于所需的厚度，则往往会约束安装应变片的试样的截面，从而无法进行准确的测量。注意，当试样为薄板时，这种约束作用特别明显。

（3）固化

为了消除由于重复的温度循环而导致的特性波动，应变片和胶水需进行安定化处理。

将室温固化型的胶水置于比测试温度稍高的温度下，可使应变片和胶水稳定，从而提高热输出的可重复性。

对于机械结构等，安装应变片之后，请在测量前重复试运行，然后执行将温度和其他负载施加到应变片的运转操作。

4.3 测量值的修正和误差原因

导线对测量值的影响，热输出，温度导致的灵敏系数变化，试样的厚度和弹性模量，应变片特性值的分布。

日本东京测器研究所（TML公司）自1954年创立以来成为当今世界一流的研发和制造应变片、传感器和应变测试仪器的著名厂商。产品以工艺优良、品种齐全、稳定可靠、精确先进而享誉世界。欢迎垂询中国区总代理：欧美大地仪器设备中国有限公司
客户热线：400-700-9998
邮箱：marketing@epc.com.hk