CN114877855B - 一种高温应变传感器的高温应变测试和校准方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种高温应变传感器的高温应变测试和校准方法，利用材料试验机和高温引伸计对高温应变传感器的高温应变特性进行测试和校准，包括高温引伸计精度标定步骤、高温引伸计温漂标定步骤、高温应变传感器灵敏度标定步骤、高温应变传感器热输出标定步骤、高温应变传感器蠕变零漂标定步骤、高温应变传感器灵敏度不确定度评定步骤。本发明的高温应变传感器的高温应变测试和校准方法能够低成本、高精度、快速便捷地高温对应变传感器的高温应变特性进行测试和校准。

Description

一种高温应变传感器的高温应变测试和校准方法
技术领域
本发明属于高温应变测试领域，涉及一种高温应变传感器的高温应变测试和校准方法。
背景技术
对于接触式应变传感器而言，应变特性的测试与校准是传感器应用中的一个关键技术，目前，国标“GB-T13992-1992电阻应变计”是应变传感器在室温及中低温度下的应变测试和校准中最常用的方法，但是该方法并不适用于高温下的应变测试与校准。专利文献CN106568654A公开了一种用于室温至1800℃高温应变校准标定装置，CN112179265A公开了一种用于高温应变传感器静态性能标定装置及标定方法，但是这些现有技术都存在操作复杂、精度偏低的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种高温应变传感器的高温应变测试和校准方法，能够低成本、高精度、快速便捷地高温对应变传感器的高温应变特性进行测试和校准。
为了实现上述目的，本发明提供一种高温应变传感器的高温应变测试和校准方法，利用材料试验机和高温引伸计对高温应变传感器的高温应变特性进行测试和校准，所述方法包括以下步骤：
高温引伸计精度标定步骤：将引伸计标定器与材料试验机的上夹具连接，将第一棒材连接在引伸计标定器与材料试验机的下夹具之间，将高温引伸计夹持在第一棒材上，通过材料试验机在第一棒材上加载应力，利用引伸计标定器产生标准位移，通过比较引伸计标定器的标准位移与高温引伸计测量的位移，计算得到高温引伸计的应变偏差作为高温引伸计的精度；
高温引伸计温漂标定步骤：将第二棒材连接到材料试验机的上夹具与下夹具之间，将高温引伸计夹持在第二棒材上，通过材料试验机在第二棒材上加载应力，根据高温应变测试需求设定不同的温度点，对高温引伸计进行高温加热，得到高温引伸计在不同温度点的应变值，通过对不同温度点的温度与应变值进行线性拟合得到高温引伸计的温漂校准曲线；
高温应变传感器灵敏度标定步骤：将待测试验件连接在材料试验机的上夹具与下夹具之间，将高温引伸计夹持在待测试验件上，将高温应变传感器设置于待测试验件表面并放置于高温引伸计的标距之内，通过材料试验机在待测试验件上加载应力，根据高温应变测试需求设定不同的温度点，对待测试验件进行高温加热，通过高温引伸计实时检测加载在高温应变传感器上的应变值，获得高温应变传感器在各温度点下的应变灵敏度曲线；
高温应变传感器热输出标定步骤：在与所述高温应变传感器灵敏度标定步骤相同的安装条件下，在不同的温度点下，对高温应变传感器进行温升热输出测试，通过对不同温度点的温度与中心波长漂移进行线性拟合，得到高温应变传感器的热输出拟合曲线。
优选地，所述方法还包括：高温应变传感器蠕变零漂标定步骤：在与所述高温应变传感器灵敏度标定步骤相同的安装条件下，在预定的温度点下加载预定的力值，记录预定时间内高温应变传感器的波长变化，得到蠕变零漂综合值。
优选地，所述方法还包括高温应变传感器灵敏度不确定度评定步骤：根据如下公式对高温应变传感器灵敏度不确定度进行评定：
Figure 646103DEST_PATH_IMAGE001
其中，
Figure 282620DEST_PATH_IMAGE002
是高温应变传感器的应变灵敏度，
Figure 294439DEST_PATH_IMAGE003
是高温应变传感器灵敏度不确定度，
Figure 118038DEST_PATH_IMAGE004
是待测试验件的表面轴向应变，
Figure 506294DEST_PATH_IMAGE005
为高温应变传感器的中心波长漂移，
Figure 731739DEST_PATH_IMAGE006
是高温应变传感器的中心波长漂移
Figure 914459DEST_PATH_IMAGE005
引入的不确定度分量，
Figure 225354DEST_PATH_IMAGE007
是待测试验件的表面轴向应变
Figure 151722DEST_PATH_IMAGE004
引入的不确定度分量。
优选地，在所述公式中，
Figure 231674DEST_PATH_IMAGE008
其中，
Figure 850874DEST_PATH_IMAGE009
为高温应变传感器的热输出波长漂移，对应于所述高温应变传感器热输出标定步骤中得到的热输出拟合曲线的斜率，
Figure 649066DEST_PATH_IMAGE010
是高温应变传感器的热输出波长漂移引入的不确定度分量；
Figure 113545DEST_PATH_IMAGE011
为高温引伸计的精度，对应于所述高温引伸计精度标定步骤中得到的应变偏差，
Figure 313582DEST_PATH_IMAGE012
是高温引伸计的精度引入的不确定度分量；
Figure 103684DEST_PATH_IMAGE013
为材料试验机的上夹具与下夹具的中轴线之间的同轴度偏差，
Figure 860943DEST_PATH_IMAGE014
是材料试验机的上夹具与下夹具的中轴线之间的同轴度偏差引入的不确定度分量；
Figure 394692DEST_PATH_IMAGE015
为高温应变传感器与待测试验件的同轴度偏差，
Figure 449236DEST_PATH_IMAGE016
是高温应变传感器与待测试验件的同轴度偏差引入的不确定度分量；
Figure 879080DEST_PATH_IMAGE017
为高温引伸计的温度波动引起的示值变化，对应于所述高温引伸计温漂标定步骤中得到的温漂校准曲线的斜率，
Figure 917443DEST_PATH_IMAGE018
是高温引伸计的温度波动引起的示值变化引入的不确定度分量。
优选地，在所述高温引伸计精度标定步骤中，在高温引伸计的标定范围内设定多个应力加载点，在每个加载点加载预定次数，记录在每个加载点的每次加载时引伸计标定器的标准位移和高温引伸计测量的位移，计算得到高温引伸计的应变偏差。
优选地，在所述高温引伸计精度标定步骤中，将每个加载点的预定次数的标定结果的平均值与引伸计标定器的标准位移相减得到位移偏差，将整个标定范围内的多个加载点的位移偏差取平均值，并根据高温引伸计的标距，换算得到高温引伸计的应变偏差。
优选地，在所述高温引伸计精度标定步骤中，所述第一棒材由上石英杆和下石英杆构成，引伸计标定器的下端与上石英杆固定连接，材料试验机的下夹具与下石英杆固定连接。
优选地，在所述高温引伸计温漂标定步骤中，所述第二棒材为氧化铝棒材，将高温引伸计夹持在氧化铝棒材上，并在氧化铝棒材上布置热电偶，实时监测高温引伸计的温度。
优选地，在所述高温应变传感器灵敏度标定步骤中，将高温应变传感器粘贴在待测试验件表面上，并使粘贴了高温应变传感器的区域位于高温引伸计的标距内。
优选地，在所述高温应变传感器灵敏度标定步骤中，在不同温度点下分别加载预定的力值，每个温度点下重复加载预定次数，取预定次数的应变值的平均值，获得各温度点下的应变灵敏度校准曲线。
本发明的高温应变传感器的高温应变测试和校准方法能够低成本、高精度、快速便捷地高温对应变传感器的高温应变特性进行测试和校准。
附图说明
图1为本发明一个实施例的高温引伸计精度标定装置的示意图；
图2为本发明一个实施例的高温引伸计温漂标定装置的示意图；
图3为本发明一个实施例的高温引伸计温漂标定曲线；
图4为本发明一个实施例的高温应变传感器高温应变参数标定装置的示意图；
图5为本发明一个实施例的高温应变传感器应变灵敏度校准曲线；
图6为本发明一个实施例的高温应变传感器热输出拟合曲线；
图7为本发明一个实施例的高温应变传感器蠕变零漂综合值曲线。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
本发明的实施方式提供一种高温应变传感器的高温应变测试和校准方法，利用材料试验机和高温引伸计对高温应变传感器的高温应变特性进行测试和校准。高温应变传感器例如为光纤传感器。材料试验机作为材料力学性能测试领域中常见且重要的设备，属于实验室常见装置，但是多用于金属试件基本力学性能指标，包括弹性模量、屈服强度和抗拉强度等的测试。目前还没有将材料试验机用于应变传感器高温应变测试和校准中的应用实例。本发明的实施方式采用通用的材料试验机对光纤传感器等进行高温应变特性测试和标定，能够降低成本、提高精度，快速便捷，能够拓宽材料试验机的应用领域和增加高温应变的测试方法。
本发明实施方式的高温应变测试和校准方法以高温引伸计为高温下应变的溯源方式，对应变传感器的高温应变参数进行测试和标定。通常情况下，高温引伸计出厂只有常温精度，为了解决高温下测量时高温引伸计的精度变化以及热输出的存在，本发明实施方式的高温应变测试和校准方法通过标定高温引伸计在高温下的精度和温漂，以高温引伸计为高温下应变的溯源方式，对高温应变传感器的高温应变参数进行测试，并对校准结果进行不确定度评定。
本发明实施方式的高温应变测试和校准方法包括高温引伸计精度标定步骤、高温引伸计温漂标定步骤、高温应变传感器灵敏度标定步骤以及高温应变传感器热输出标定步骤。
高温引伸计精度标定步骤
高温引伸计精度标定步骤利用引伸计标定器对高温引伸计的精度进行标定。在高温引伸计精度标定步骤中，将引伸计标定器与材料试验机的上夹具连接，将第一棒材连接在引伸计标定器与材料试验机的下夹具之间，将高温引伸计夹持在第一棒材上，通过材料试验机在第一棒材上加载应力，利用引伸计标定器产生标准位移，通过比较引伸计标定器的标准位移与高温引伸计测量的位移，计算得到高温引伸计的应变偏差作为高温引伸计的精度。
具体地，可以在高温引伸计的标定范围内设定多个应力加载点，在每个加载点加载预定次数，记录在每个加载点的每次加载时引伸计标定器的标准位移和高温引伸计测量的位移，计算得到高温引伸计的应变偏差。在计算时，可以将每个加载点的预定次数的标定结果的平均值与引伸计标定器的标准位移相减得到位移偏差，将整个标定范围内的多个加载点的位移偏差取平均值，并根据高温引伸计的标距，换算得到高温引伸计的应变偏差。所述第一棒材可以由上石英杆和下石英杆构成，引伸计标定器的下端与上石英杆固定连接，材料试验机的下夹具与下石英杆固定连接。
在一个实施例中，高温引伸计精度标定步骤可以通过图1的高温引伸计精度标定装置来实现。在图1所示的高温引伸计精度标定装置中，3为材料试验机的上夹具，10为材料试验机的下夹具。12为高温引伸计，作为一个例子，高温引伸计12标距为25mm，常温下在0μm至300μm量程范围的精度为1μm，即常温下的0με至12000με的精度为40με。17为引伸计标定器，实验中还设计制作了引伸计标定器17的固定夹具22，通过固定夹具22将引伸计标定器17与材料试验机的上夹具3相连。在本实施例中，第一棒材由相同直径的标准棒材制作的上石英杆19和下石英杆20构成，以实现应变溯源。上石英杆19和下石英杆20之间留有空隙。引伸计标定器17的下端与上石英杆19固定连接，材料试验机的下夹具10与下石英杆20固定连接。高温引伸计12夹持在上石英杆19和下石英杆20上，高温引伸计12的上杆13与上石英杆19相接，高温引伸计12的下杆11与下石英杆20相接。引伸计标定器17还可以通过转接套筒21与上石英杆19连接。4为高温炉，用于对夹持有高温引伸计12的上石英杆19与下石英杆20之间的区域进行高温辐射加热。高温炉4的稳定温度范围为100℃-1400℃。
在本实施例中，根据高温应变传感器的高温应变测试需求设定标定温度点为600℃；标定的量程为0μm至25μm。每到达一个设定温度点开始计时，在保温30min时标定3轮，记录引伸计标定器17的标准位移和高温引伸计12测得的位移（测试位移），将各个标定点3轮测试位移的平均值与标定器标准位移相减，得到各点测量值与输入值间的偏差，最后将整个标定范围内的偏差取平均值为-1.0μm，试验数据及计算结果见表1。依据引伸计25mm的标距，-1.0μm的位移偏差换算可得应变偏差为-40με，作为高温引伸计的精度。
表1 高温引伸计600℃下，标定0μm至-25μm量程的位移偏差
Figure 989305DEST_PATH_IMAGE019
高温引伸计温漂标定步骤
高温引伸计温漂标定步骤对高温引伸计的温漂进行标定。在高温引伸计温漂标定步骤中，将第二棒材连接到材料试验机的上夹具与下夹具之间，将高温引伸计夹持在第二棒材上，通过材料试验机在第二棒材上加载应力，根据高温应变测试需求设定不同的温度点，对高温引伸计进行高温加热，得到高温引伸计在不同温度点的应变值，通过对不同温度点的温度与应变值进行线性拟合得到高温引伸计的温漂校准曲线。
优选地，在所述高温引伸计温漂标定步骤中，所述第二棒材为氧化铝棒材，将高温引伸计夹持在氧化铝棒材上，并在氧化铝棒材上布置热电偶，实时监测高温引伸计的温度。
在一个实施例中，高温引伸计温漂标定步骤可以通过图2的高温引伸计温漂标定装置来实现。在图2所示的高温引伸计温漂标定装置中，1为应变加载端，2为力传感器，7为计算机，8为数据采集系统，6为氧化铝棒材（第二棒材）。氧化铝棒材6采用一根整体的标准石英棒材，根据石英棒材热膨胀曲线实现温度漂移标定。材料试验机的上夹具3移动产生拉力，力传感器2将力值信号送入计算机7，在数采系统8中输入棒材力学参数，通过计算将力值转换得到加载应变值。高温炉4对待测试验件14进行加热。5为热电偶，可以采用最高温1200℃的N型I级偶。15为试验系统的主体框架。其它附图标记所指示的部件与图1相同，在此不再赘述。
如图2所示，将高温引伸计12夹持在氧化铝棒材6上，保持静止。在高温引伸计12的上杆13和下杆11之间的氧化铝棒材6上布置热电偶5，实时监测温度。利用外置高温炉4对高温引伸计12进行辐射加热，高温炉4的温度稳定范围为100℃-1400℃，根据实验要求将炉温点设定为室温、300℃、400℃、500℃、600℃、700℃、800℃、900℃、1000℃、1100℃，每个温度点保温40min，观察高温引伸计12示值变化。热电偶5位于高温引伸计12的上杆13和下杆11之间，可以用来代表高温引伸计12标距内氧化铝棒材6的平均温度。辐射作用下，高温引伸计12上的温度从室温变化至45℃左右，记录高温引伸计12温度变化。温漂标定进行3次升降温，三次测量取平均值后得到的校准曲线为y=-2.003x-129.698，如图3所示。
高温应变传感器灵敏度标定步骤
在高温应变传感器灵敏度标定步骤中，将待测试验件连接在材料试验机的上夹具与下夹具之间，将高温引伸计夹持在待测试验件上，将高温应变传感器设置于待测试验件表面并放置于高温引伸计的标距之内，通过材料试验机在待测试验件上加载应力，根据高温应变测试需求设定不同的温度点，对待测试验件进行高温加热，通过高温引伸计实时检测加载在高温应变传感器上的应变值，获得高温应变传感器在各温度点下的应变灵敏度曲线。
优选地，在所述高温应变传感器灵敏度标定步骤中，将高温应变传感器粘贴在待测试验件表面上，并使粘贴了高温应变传感器的区域位于高温引伸计的标距内。可以在不同温度点下分别加载预定的力值，每个温度点下重复加载预定次数，取预定次数的应变值的平均值，获得高温应变传感器在各温度点下的应变灵敏度校准曲线。
在一个实施例中，高温应变传感器灵敏度标定步骤可以通过图4的高温应变传感器高温应变参数标定装置来实现。在图4中，16为高温应变传感器，14为待测试验件。在实际测试应用中，待测试验件14为高温应变传感器16的测试对象。在标定试验中，材料试验机在高温下将待测试验件14沿轴线拉伸，以高温引伸计12作为溯源装置，高温引伸计12读数视为加载在高温应变传感器16上的应变值，校准安装在待测试验件14上的高温应变传感器16。其它附图标记所指示的部件与图1和图2相同，在此不再赘述。
在本实施例中，将高温应变传感器16利用陶瓷胶粘贴在待测试验件14表面，将待测试验件14夹持在拉伸试验机的上夹具3和下夹具上10之间，其中下夹具10固定，上夹具3可上下移动，从而在待测试验件14上产生应变。待测试验件14中间部分粘贴高温应变传感器16，高温应变传感器16背后固定热电偶5监测待测试验件14的温度。高温引伸计12通过上杆13和下杆11顶在待测试验件14上，上杆13和下杆11之间为感受变形区域，高温应变传感器16粘贴在上杆13和下杆11之间，感受变形的敏感结构部分位于炉外，以减小温度变化对测量精度的影响。实验时，通过高温炉4加热，在高温引伸计12的上杆13下杆11之间的夹持区域产生近似均匀的温度场，上夹具3上移在待测试验件14上产生标准应变场，高温引伸计12实时监测应变的大小，高温引伸计12测得的应变值为加载在高温应变传感器6上的应变值，热电偶5实时监测待测试验件14的温度近似表示高温应变传感器16的温度。在室温、300℃、400℃、500℃和600℃下分别加载1000με，每个温度点下应变重复加载3轮，取高温应变传感器16三轮数据变化的平均值，获得各温度点下的应变灵敏度校准曲线，如图5所示。
高温应变传感器热输出标定步骤
在高温应变传感器热输出标定步骤中，在与所述高温应变传感器灵敏度标定步骤相同的安装条件下，在不同的温度点下，对高温应变传感器进行温升热输出测试，通过对不同温度点的温度与中心波长漂移进行线性拟合，得到高温应变传感器的热输出拟合曲线。
在一个实施例中，高温应变传感器热输出标定步骤可以通过图4的高温应变传感器保温应变参数标定装置来实现，即，在与所述高温应变传感器灵敏度标定步骤相同的安装条件下，在室温、300℃、400℃、500℃和600℃下，将同一个高温应变传感器16在相同的安装条件以及相同的温升速率条件下重复进行3次温升热输出测试，得到高温应变传感器整个测量范围内热输出的线性拟合曲线，拟合曲线为y=35.135x-2690.3，如图6所示。
以上分别说明了本发明实施方式的高温应变测试和校准方法中的高温引伸计精度标定步骤、高温引伸计温漂标定步骤、高温应变传感器灵敏度标定步骤以及高温应变传感器热输出标定步骤。优选地，本发明实施方式的高温应变测试和校准方法还可以包括高温应变传感器蠕变零漂标定步骤。
在高温应变传感器蠕变零漂标定步骤中，在与所述高温应变传感器灵敏度标定步骤相同的安装条件下，在预定的温度点下加载预定的力值，记录预定时间内高温应变传感器的波长变化，得到蠕变零漂综合值。
作为优选，可以在不同温度点下分别加载一定的力值，每个温度点下重复加载多次，取高温应变传感器多次数据变化的平均值，得到蠕变零漂综合值。
在一个实施例中，高温应变传感器蠕变零漂标定步骤可以通过图4的高温应变传感器保温应变参数标定装置来实现，即，在与所述高温应变传感器灵敏度标定步骤相同的安装条件下，高温应变传感器16在加载1000με的条件下，在600℃下保持温度恒定，记录1小时内高温应变传感器的波长变化，得到蠕变零漂综合值，如图7所示。
优选地，本发明实施方式的高温应变测试和校准方法还可以包括高温应变传感器灵敏度不确定度评定步骤。高温应变传感器灵敏度不确定度评定步骤对高温应变传感器灵敏度进行不确定度评定，根据评定结果可进一步提高高温应变测试和标定精度。在该步骤中，对主要的不确定度来源进行分析和评定，包括温度波动导致的热输出波长漂移、高温引伸计的精度、试验机上下夹具同轴度、高温应变传感器与待测试验件不同轴和高温引伸计应变片温度波动引起的示值变化，然后对各不确定度分量采用B类评定方法，获得高温应变结果的不确定度。
在一个实施例中，应变灵敏度
Figure 898355DEST_PATH_IMAGE020
是高温应变传感器16的中心波长漂移
Figure 30259DEST_PATH_IMAGE021
与试验件表面轴向应变
Figure 24760DEST_PATH_IMAGE004
之比，测量模型为：
Figure 900312DEST_PATH_IMAGE022
（1）
测量模型建立后，对公式中各个变量分别进行求导，得到B类不确定度评定公式为：
Figure 663868DEST_PATH_IMAGE023
（2）
其中
Figure 966674DEST_PATH_IMAGE024
和
Figure 714050DEST_PATH_IMAGE025
分别代表高温应变传感器16中心波长漂移
Figure 127714DEST_PATH_IMAGE021
和待测试验件14表面轴向应变测量
Figure 745777DEST_PATH_IMAGE004
引入的不确定度分量。从误差溯源的角度出发，中心波长漂移
Figure 953904DEST_PATH_IMAGE021
的不确定度来源主要是温度波动导致的热输出波长漂移
Figure 657418DEST_PATH_IMAGE026
；待测试验件14表面轴向应变
Figure 877702DEST_PATH_IMAGE004
的不确定度来源主要有高温引伸计12的精度
Figure 615851DEST_PATH_IMAGE027
、试验件上下夹具3和10之间的同轴度偏差
Figure 994880DEST_PATH_IMAGE028
、高温应变传感器16安装与待测试验件14不同轴
Figure 451269DEST_PATH_IMAGE029
和引伸计12应变片温度波动引起的示值变化
Figure 941156DEST_PATH_IMAGE030
等。各个不确定度来源无相关性，基于方差合成定理，不确定度分量分别可表示为：
Figure 799391DEST_PATH_IMAGE031
将公式（3）和（4）代入公式（2）中，可得应变灵敏度
Figure 614900DEST_PATH_IMAGE032
校准的不确定度为
Figure 293006DEST_PATH_IMAGE033
将各分量逐一分析量化。
（1）温度波动导致的热输出波长漂移
Figure 852164DEST_PATH_IMAGE034
，对应于所述高温应变传感器热输出标定步骤中得到的热输出拟合曲线的斜率
由热输出测试结果曲线图6可知，热输出引起的波长的波动斜率为35.1pm/℃，因此波长波动范围
Figure 564905DEST_PATH_IMAGE034
处于
Figure 285736DEST_PATH_IMAGE035
，按均匀分布，温度波动导致的热输出波长漂移不确定度为：
Figure 716717DEST_PATH_IMAGE036
（6）
（2）高温引伸计的精度
Figure 813986DEST_PATH_IMAGE037
，对应于所述高温引伸计精度标定步骤中得到的应变偏差
高温引伸计的精度采用分离石英杆配合引伸计标定器在不同温度下标定，在600℃时的最大误差为±0.5μm，高温引伸计的标距为25mm，因此600℃时测得的应变最大误差为（±0.5μm）/25mm，计算得到±20με，按均匀分布，高温引伸计精度引入的不确定度为：
Figure 381234DEST_PATH_IMAGE038
（7）
（3）试验机上下夹具同轴度
Figure 272967DEST_PATH_IMAGE039
，
由于设计、制作、安装和使用等多种因素的影响，试验机的框架在使用过程中的变形以及每次试验试验件的夹持与夹具的同轴度等，存在同轴度误差。
经检定，本次试验中材料试验机的上下夹持装置的中轴线之间最大有±0.4mm的同轴度偏差，针对试验件上10mm的传感器粘贴长度，在1000με加载情况下，截线内平均应变最大为±18.1με，同轴度误差满足均匀分布，不确定度为：
Figure 925665DEST_PATH_IMAGE040
（8）
（4）高温应变传感器与待测试验件的不同轴
Figure 826625DEST_PATH_IMAGE041
高温应变传感器利用胶层按拉伸方向粘贴在拉伸试验件表面，不可避免产生偏轴误差。经检测，试验中高温应变传感器轴线与待测试验件拉伸轴向同轴的最大相对倾角小于5°，由不同倾角的应变传递效率公式
Figure 248379DEST_PATH_IMAGE042
，计算得到此时应变传递效率为0.9985，当加载1000με时，引入最大1.5με的误差，按均匀分布，高温应变传感器与待测试验件不同轴的不确定度为：
Figure 576592DEST_PATH_IMAGE043
（9）
（5）高温引伸计应变片温度波动引起的示值变化
Figure 719516DEST_PATH_IMAGE044
，对应于所述高温引伸计温漂标定步骤中得到的温漂校准曲线的斜率
由高温引伸计的热输出测试可知，温度导致的高温引伸计示值斜率为-2.003μm/℃，对于25mm标距的引伸计，由(-2.003μm/℃)/25mm计算可得示值变化为-80.1με/℃。因此，对于0.1℃的温度波动，引伸计示值的波动为±8.01με，按均匀分布，引伸计应变片温度波动引起的示值变化的不确定度为
Figure 158587DEST_PATH_IMAGE045
（10）
上述分量代入公式（5），得到高温应变传感器在600℃下高温应变灵敏度校准的不确定度为：
Figure 700427DEST_PATH_IMAGE046
综上所述，本发明实施方式的高温应变传感器的高温应变测试和校准方法，采用材料试验机，通过标定高温引伸计在高温下的精度和温漂，以高温引伸计为高温下应变的溯源方式，对高温应变传感器的高温应变参数（应变灵敏度、热输出、蠕变零漂综合值等）进行测试和校准，并对校准结果进行不确定度评定。
利用本发明实施方式的高温应变测试和校准方法，可以对高温应变传感器进行抽样测定，确保高温应变传感器在测试应用之前达到预设的指标要求，且对主要的不确定度来源进行分析和评定，获得高温应变测量的不确定度，实现对校准结果进行不确定度评定，根据评定结果进一步高温应变测试和标定精度。
本发明实施方式的高温应变测试和校准方法可以应用但不限于光纤传感器的高温应变特性的测试和标定，采用通用设备材料试验机，能够降低成本、提高精度，快速便捷地对高温应变传感器高温应变特性进行测试和标定，拓宽了材料试验机的应用领域。
以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施方式，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施方式进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明保护范围的限制。

Claims (10)

1.一种高温应变传感器的高温应变测试和校准方法，其特征在于，利用材料试验机和高温引伸计对高温应变传感器的高温应变特性进行测试和校准，所述方法包括以下步骤：
高温引伸计精度标定步骤：将引伸计标定器与材料试验机的上夹具连接，将第一棒材连接在引伸计标定器与材料试验机的下夹具之间，将高温引伸计夹持在第一棒材上，通过材料试验机在第一棒材上加载应力，利用引伸计标定器产生标准位移，通过比较引伸计标定器的标准位移与高温引伸计测量的位移，计算得到高温引伸计的应变偏差作为高温引伸计的精度；
高温引伸计温漂标定步骤：将第二棒材连接到材料试验机的上夹具与下夹具之间，将高温引伸计夹持在第二棒材上，通过材料试验机在第二棒材上加载应力，根据高温应变测试需求设定不同的温度点，对高温引伸计进行高温加热，得到高温引伸计在不同温度点的应变值，通过对不同温度点的温度与应变值进行线性拟合得到高温引伸计的温漂校准曲线；
高温应变传感器灵敏度标定步骤：将待测试验件连接在材料试验机的上夹具与下夹具之间，将高温引伸计夹持在待测试验件上，将高温应变传感器设置于待测试验件表面并放置于高温引伸计的标距之内，通过材料试验机在待测试验件上加载应力，根据高温应变测试需求设定不同的温度点，对待测试验件进行高温加热，通过高温引伸计实时检测加载在高温应变传感器上的应变值，获得高温应变传感器在各温度点下的应变灵敏度曲线；
高温应变传感器热输出标定步骤：在与所述高温应变传感器灵敏度标定步骤相同的安装条件下，在不同的温度点下，对高温应变传感器进行温升热输出测试，通过对不同温度点的温度与中心波长漂移进行线性拟合，得到高温应变传感器的热输出拟合曲线。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：高温应变传感器蠕变零漂标定步骤：在与所述高温应变传感器灵敏度标定步骤相同的安装条件下，在预定的温度点下加载预定的力值，记录预定时间内高温应变传感器的波长变化，得到蠕变零漂综合值。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括高温应变传感器灵敏度不确定度评定步骤：根据如下公式对高温应变传感器灵敏度不确定度进行评定：
Figure 547396DEST_PATH_IMAGE001
其中，
Figure 380223DEST_PATH_IMAGE002
是高温应变传感器的应变灵敏度，
Figure 537535DEST_PATH_IMAGE003
是高温应变传感器灵敏度不确定度，
Figure 190233DEST_PATH_IMAGE004
是待测试验件的表面轴向应变，
Figure 825614DEST_PATH_IMAGE005
为高温应变传感器的中心波长漂移，
Figure 512947DEST_PATH_IMAGE006
是高温应变传感器的中心波长漂移
Figure 844090DEST_PATH_IMAGE005
引入的不确定度分量，
Figure 984084DEST_PATH_IMAGE007
是待测试验件的表面轴向应变
Figure 423156DEST_PATH_IMAGE004
引入的不确定度分量。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述公式中，
Figure 964996DEST_PATH_IMAGE008
其中，
Figure 464110DEST_PATH_IMAGE009
为高温应变传感器的热输出波长漂移，对应于所述高温应变传感器热输出标定步骤中得到的热输出拟合曲线的斜率，
Figure 91400DEST_PATH_IMAGE010
是高温应变传感器的热输出波长漂移引入的不确定度分量；
Figure 68584DEST_PATH_IMAGE011
为高温引伸计的精度，对应于所述高温引伸计精度标定步骤中得到的应变偏差，
Figure 464930DEST_PATH_IMAGE012
是高温引伸计的精度引入的不确定度分量；
Figure 134946DEST_PATH_IMAGE013
为材料试验机的上夹具与下夹具的中轴线之间的同轴度偏差，
Figure 249532DEST_PATH_IMAGE014
是材料试验机的上夹具与下夹具的中轴线之间的同轴度偏差引入的不确定度分量；
Figure 30406DEST_PATH_IMAGE015
为高温应变传感器与待测试验件的同轴度偏差，
Figure 546838DEST_PATH_IMAGE016
是高温应变传感器与待测试验件的同轴度偏差引入的不确定度分量；
Figure 387756DEST_PATH_IMAGE017
为高温引伸计的温度波动引起的示值变化，对应于所述高温引伸计温漂标定步骤中得到的温漂校准曲线的斜率，
Figure 724059DEST_PATH_IMAGE018
是高温引伸计的温度波动引起的示值变化引入的不确定度分量。
5.如权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于，在所述高温引伸计精度标定步骤中，在高温引伸计的标定范围内设定多个应力加载点，在每个加载点加载预定次数，记录在每个加载点的每次加载时引伸计标定器的标准位移和高温引伸计测量的位移，计算得到高温引伸计的应变偏差。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，在所述高温引伸计精度标定步骤中，将每个加载点的预定次数的标定结果的平均值与引伸计标定器的标准位移相减得到位移偏差，将整个标定范围内的多个加载点的位移偏差取平均值，并根据高温引伸计的标距，换算得到高温引伸计的应变偏差。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，在所述高温引伸计精度标定步骤中，所述第一棒材由上石英杆和下石英杆构成，引伸计标定器的下端与上石英杆固定连接，材料试验机的下夹具与下石英杆固定连接。
8.如权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于，在所述高温引伸计温漂标定步骤中，所述第二棒材为氧化铝棒材，将高温引伸计夹持在氧化铝棒材上，并在氧化铝棒材上布置热电偶，实时监测高温引伸计的温度。
9.如权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，在所述高温应变传感器灵敏度标定步骤中，将高温应变传感器粘贴在待测试验件表面上，并使粘贴了高温应变传感器的区域位于高温引伸计的标距内。
10.如权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，在所述高温应变传感器灵敏度标定步骤中，在不同温度点下分别加载预定的力值，每个温度点下重复加载预定次数，取预定次数的应变值的平均值，获得各温度点下的应变灵敏度校准曲线。
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