基于准动态校准的测压铜柱温度修正方法研究

　　以塑性变形原理工作的测压铜柱具有价格低、使用方便、一致性好等优点,至今仍被世界各国广泛采用。塑性测压的敏感元件———铜柱的固体力学特性和温度有关,其瞬时应力随温度升高而降低[1]。温度高,材料变软,在受同一压力作用下产生的塑性变形将偏大;反之则偏小。如果测压时的环境温度和组织标定时的环境温度不一样,就会引入系统误差,据笔者多年的实践经验表明,在不同的环境温度下可能引起的压力测定误差每摄氏度(℃)为0.1 %~0.2 %,显然当环境温度变化较大时,必须对铜柱测压法的常温查表压力进行温度修正。本文利用落锤液压动标装置设计了保温装置及温控系统,进行了不同的温度环境下的铜柱准动态实验,利用回归技术,获得了铜柱的温度修正公式。

　　1　测压铜柱准动态校准

　　静标铜柱用于动态压力测量存在着“静动差”,为提高铜柱测压精度,世界各国广泛采用准动态校准[2]。即用经过标定的标准电测压力系统和铜柱测压系统同时承受类似于膛压波形的瞬态压力脉冲,用压电测压系统测得的压力峰值对铜柱的变形量进行比对标定,以获取铜柱变形量与电测压力峰值之间的函数关系。目前国内外准动态校准均在落锤液压动标装置上进行,该装置产生的压力信号类似于半正弦波。在该装置的压力发生器之油缸四周安装4只标准电测压力传感器及4只铜柱测压器,可同时测出4只压力传感器的压力峰值及相应铜柱的变形量。为探讨铜柱测压的温度影响,在压力发生器之油缸四周加装了保温箱,以形成恒温环境,同时保温箱内的温度在温控设备的控制下可模拟高温环境及低温环境,温控精度为±1℃[3]。在铜柱的测压量程中均匀地设定若干个压力点,分别在+50℃的高温环境、22℃的常温及-20℃的低温环境下对铜柱进行准动态校准。根据校准数据对,运用回归技术,可得到3种不同工作温度下的铜柱变形量y对应压力p的回归方程。该方程即是不同温度下压力与变形量的编表依据。

　　2　变温度的铜柱准动态校准实验

　　利用南京理工大学研制开发的DP-1 GPa动标设备,对国产2001-02批次的3·5 mm×8·75 mm铜柱进行了常温(22℃)、高温(50℃)、低温(-20℃)3种环境温度的准动态标定实验。该批次铜柱的预压量为215.7 MPa。根据标定得到的压力和铜柱变形量数据对,运用多项式回归技术,得到3种不同工作温度下的铜柱变形量y对压力p的回归方程。如图1所示,回归方程具有二次多项式的形式,即

　　回归结果如表1所列。表中,R表示相关系数,σs表示剩余标准偏差。

　　3　温度修正公式建立及应用