CN117890418A - 一种基于应变片测量材料热膨胀系数的方法 - Google Patents

一种基于应变片测量材料热膨胀系数的方法 Download PDF

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彭芳
任善
侯瑞
赵占文
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Abstract

本申请属于材料热膨胀系数测量技术领域，具体涉及一种基于应变片测量材料热膨胀系数的方法，设计利用标准试样为参考，利用应变片、热电偶连接相应的数据采集系统，测量标准试样、被测试样的应变、温度，比照计算得出被测试样的热膨胀系数，原理性强，无需借助高精度专用测量仪器，操作简单，对测量人员专业要求程度低，可方便的快速、准确测量得到被测试样的热膨胀系数，支持工程设计。

Description

一种基于应变片测量材料热膨胀系数的方法
技术领域
本申请属于材料热膨胀系数测量技术领域，具体涉及一种基于应变片测量材料热膨胀系数的方法。
背景技术
热膨胀系数是材料的一个重要特征，是进行工程设计的基础参数之一，当前，主要是以位移法，对材料的热膨胀系数进行测量，需要精度较高的专用测量仪器，且需要专业技术人员进行操作，对测量人员专业要求程度较高，测量效率低，测量成本高昂，鉴于此，提出本申请。
发明内容
本申请的目的是提供一种基于应变片测量材料热膨胀系数的方法，以实现对材料热膨胀系数快速、低成本的测量。
本申请的技术方案是：
一种基于应变片测量材料热膨胀系数的方法，包括：
步骤一、制作标准试样：选用热膨胀系数的各向同性材料制作标准试样；
步骤二、制作被测试样：被测试样侧尺寸与标准试样尺寸相同；
步骤三、在标准试样、被测试样上布置应变片及其热电偶：以相同的胶粘剂、工艺条件及方法，在标准试样、被测试样上粘贴应变片，以检测标准试样、被测试样的应变；以相同的胶粘剂、工艺条件及方法，在标准试样、被测试样上粘贴热电偶；
步骤四、测量标准试样、被测试样在不同温度下的应变：将标准试样、被测试样置于温控箱中，以温控器，调节温控箱内温度，改变标准试样、被测试样的温度；以温度数据采集系统，连接热电偶，采集标准试样、被测试样的温度；以应变数据采集系统，连接应变片，采集标准试样、被测试样的应变；记录标准试样、被测试样在不同温度下的应变；
步骤五、计算被测试样在不同温度下的热膨胀系数：比照测量标准试样、被测试样在不同温度下的应变，计算被测试样的在不同温度下的热膨胀系数。
根据本申请的至少一个实施例，上述的基于应变片测量材料热膨胀系数的方法中，步骤五，具体为：
其中，
Tt为被测试样的温度；
T0为参照温度；
αtt被测试样在Tt下的热膨胀系数；
εtt0为被测试样在T0下的应变；
εts为标准试样在Ts下的应变，Ts与Tt相等或相近，最大偏差不超过1°；
εts0为标准试样在T0下的应变；
αts为标准试样在Ts下的热膨胀系数。
根据本申请的至少一个实施例，上述的基于应变片测量材料热膨胀系数的方法中，标准试样以石英制作；
αts取5×10-7。
根据本申请的至少一个实施例，上述的基于应变片测量材料热膨胀系数的方法中，步骤五，具体为：
拟合标准试样应变εts与温度Ts的关系，以及拟合被测试样应变εtt与温度Tt的关系；
利用拟合的关系，计算得到标准试样在温度T下应变vtsT，被测试样在温度T下应变εttT；
计算测试样在温度T下的热膨胀系数αttT：
其中，
T0为参照温度；
εtt0为被测试样在T0下的应变；
εts0为标准试样在T0下的应变；
αtsT为标准试样在T下的热膨胀系数。
根据本申请的至少一个实施例，上述的基于应变片测量材料热膨胀系数的方法中，标准试样以石英制作；
αtsT取5×10-7。
根据本申请的至少一个实施例，上述的基于应变片测量材料热膨胀系数的方法中，标准试样、被测试样的尺寸为100×100mm或150×150mm。
本申请至少存在以下有益技术效果：
提供一种应变片测量材料热膨胀系数的方法，设计利用标准试样为参考，利用应变片、热电偶连接相应的数据采集系统，测量标准试样、被测试样的应变、温度，比照计算得出被测试样的热膨胀系数，原理性强，无需借助高精度专用测量仪器，操作简单，对测量人员专业要求程度低，可方便的快速、准确测量得到被测试样的热膨胀系数，支持工程设计。
附图说明
图1是本申请实施例提供的基于应变片测量材料热膨胀系数的方法的流程图；
图2是本申请实施例提供的基于应变片测量材料热膨胀系数的方法的示意图。
为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸，此外，附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。
具体实施方式
为使本申请的技术方案及其优点更加清楚，下面将结合附图对本申请的技术方案作进一步清楚、完整的详细描述，可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅是本申请的部分实施例，其仅用于解释本申请，而非对本申请的限定。需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本申请相关的部分，其他相关部分可参考通常设计。
此外，除非另有定义，本申请描述中所使用的技术术语或者科学术语应当为本申请所属领域内一般技术人员所理解的通常含义。本申请描述中所使用的表示方位的词语，仅用以表示相对的方向或者位置关系，当被描述对象的绝对位置发生改变后，其相对位置关系也可能发生相应的改变。本申请描述中所使用的“包括”指出现在该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。
此外，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，在本申请的描述中使用的“安装”、“连接”等类似词语应做广义理解，例如，连接可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，领域内技术人员可根据具体情况理解其在本申请中的具体含义。
下面结合附图1至图2对本申请提供的基于应变片测量材料热膨胀系数的方法做进一步详细说明。
步骤一、制作标准试样。
标准试样选用热膨胀系数的各向同性材料，具体可选用石英，也可以选用铝合金等。
步骤二、制作被测试样。
被测试样侧尺寸与标准试样尺寸相同，具体可选用100×100mm或150×150mm。
步骤三、在标准试样、被测试样上布置应变片及其热电偶。
以相同的胶粘剂、工艺条件及方法，在标准试样、被测试样上粘贴应变片，以检测标准试样、被测试样的应变。
以相同的胶粘剂、工艺条件及方法，在标准试样、被测试样上粘贴热电偶。
步骤四、测量标准试样、被测试样在不同温度下的应变。
将标准试样、被测试样置于温控箱中，以温控器，调节温控箱内温度，改变标准试样、被测试样的温度。
以温度数据采集系统，连接热电偶，采集标准试样、被测试样的温度。
以应变数据采集系统，连接应变片，采集标准试样、被测试样的应变。
记录标准试样、被测试样在不同温度下的应变，具体可列表如下：
步骤五、计算被测试样在不同温度下的热膨胀系数。
标准试样在各个温度下的应变变化可表示为：
Δεts＝εts-εts0；
ΔTs＝Ts-T0；
其中：
Ts为标准试样的温度；
T0为参照温度，具体可选为25°；
ΔTs为标准试样温度相对于参照温度的变化值；
Δεts为标准试样在Ts下的应变变化；
εts为标准试样在Ts下的应变；
εts0为标准试样在T0下的应变；
αR为应变片的电阻温度系数；
K为应变片的灵敏系数；
αts为标准试样在Ts下的热膨胀系数；
αg为应变片的热膨胀系数。
被测试样在各个温度下的应变变化可表示为：
Δεtt＝εtt-εtt0；
ΔTt＝Tt-T0；
其中：
Tt为被测试样的温度；
T0为参照温度，具体可选为25°；
ΔTt为被测试样温度相对于参照温度的变化值；
Δεtt为被测试样在Tt下的应变变化；
εtt为被测试样在Tt下的应变；
εtt0为被测试样在T0下的应变；
αR为应变片的电阻温度系数；
K为应变片的灵敏系数；
αtt为被测试样在Ts下的热膨胀系数；
αg为应变片的热膨胀系数。
在ΔTs与ΔTt相等或相近时，有：
进一步有：
因此计算被测试样在不同温度下的热膨胀系数，具体可如下：
其中，
Tt为被测试样的温度；
T0为参照温度，具体可选为25°；
αtt被测试样在Tt下的热膨胀系数；
εtt0为被测试样在T0下的应变，可通过测量得到；
εts为标准试样在Ts下的应变，Ts与Tt相等或相近，最大偏差不超过1°；
εts0为标准试样在T0下的应变，可通过测量得到；
αts为标准试样在Ts下的热膨胀系数。
在一些可选的实施例中，可拟合标准试样应变εts与温度Ts的关系，以及拟合被测试样应变εtt与温度Tt的关系，以此计算得到标准试样在温度T下应变εtsT，被测试样在温度T下应变εttT，则测试样在温度T下的热膨胀系数αttT可表示为：
其中，
αtsT为标准试样在T下的热膨胀系数。
在一个具体的实施例中，设计以石英制作标准试样，其热膨胀系数小，且各向同性，可提高对被测试样在各温度下热膨胀系数的计算精度，在具体计算时，上述的αts、αtsT，可取5×10-7。
上述实施例公开的应变片测量材料热膨胀系数的方法，设计利用标准试样为参考，利用应变片、热电偶连接相应的数据采集系统，测量标准试样、被测试样的应变、温度，比照计算得出被测试样的热膨胀系数，原理性强，无需借助高精度专用测量仪器，操作简单，对测量人员专业要求程度低，可方便的快速、准确测量得到被测试样的热膨胀系数，支持工程设计。
说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的技术特征可以相互组合得到新的实施例。
至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本申请的技术方案，领域内技术人员应该理解的是，本申请的保护范围显然不局限于这些具体实施方式，在不偏离本申请的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本申请的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于应变片测量材料热膨胀系数的方法，其特征在于，包括：
步骤一、制作标准试样：选用热膨胀系数的各向同性材料制作标准试样；
步骤二、制作被测试样：被测试样侧尺寸与标准试样尺寸相同；
步骤三、在标准试样、被测试样上布置应变片及其热电偶：以相同的胶粘剂、工艺条件及方法，在标准试样、被测试样上粘贴应变片，以检测标准试样、被测试样的应变；以相同的胶粘剂、工艺条件及方法，在标准试样、被测试样上粘贴热电偶；
步骤四、测量标准试样、被测试样在不同温度下的应变：将标准试样、被测试样置于温控箱中，以温控器，调节温控箱内温度，改变标准试样、被测试样的温度；以温度数据采集系统，连接热电偶，采集标准试样、被测试样的温度；以应变数据采集系统，连接应变片，采集标准试样、被测试样的应变；记录标准试样、被测试样在不同温度下的应变；
步骤五、计算被测试样在不同温度下的热膨胀系数：比照测量标准试样、被测试样在不同温度下的应变，计算被测试样的在不同温度下的热膨胀系数。
2.根据权利要求1所述的基于应变片测量材料热膨胀系数的方法，其特征在于，
步骤五，具体为：
其中，
Tt为被测试样的温度；
T0为参照温度；
αtt被测试样在Tt下的热膨胀系数；
εtt0为被测试样在T0下的应变；
εts为标准试样在Ts下的应变，Ts与Tt相等或相近，最大偏差不超过1°；
εts0为标准试样在T0下的应变；
αts为标准试样在Ts下的热膨胀系数。
3.根据权利要求2所述的基于应变片测量材料热膨胀系数的方法，其特征在于，
标准试样以石英制作；
αts取5×10-7。
4.根据权利要求1所述的基于应变片测量材料热膨胀系数的方法，其特征在于，
步骤五，具体为：
拟合标准试样应变εts与温度Ts的关系，以及拟合被测试样应变εtt与温度Tt的关系；
利用拟合的关系，计算得到标准试样在温度T下应变εtsT，被测试样在温度T下应变εttT；
计算测试样在温度T下的热膨胀系数αttT：
其中，
T0为参照温度；
εtt0为被测试样在T0下的应变；
εts0为标准试样在T0下的应变；
αtsT为标准试样在T下的热膨胀系数。
5.根据权利要求4所述的基于应变片测量材料热膨胀系数的方法，其特征在于，
标准试样以石英制作；
αtsT取5×10-7。
6.根据权利要求1所述的基于应变片测量材料热膨胀系数的方法，其特征在于，
标准试样、被测试样的尺寸为100×100mm或150×150mm。
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