无补偿式应变片在动、静叠加载荷下的应变参数测量

　　1　引　　言

　　应变参数(这里主要指的是应变片的电阻值)在测量过程中易于产生零漂,严重时会导致测量结果的无效。在长达几万次、几十万次及持续数天的腐蚀疲 劳试验过程中,应变片的应变参数一直在发生着变化。通常所用的补偿方法也由于受到试验工况的影响和限制而无法发挥其应有的作用。为抑制和消除零漂对应变参 数的测量影响,关键是正确识别零漂并将零漂从测量值中剔除出去,以获取真实的应变参数测量值。单纯在时域中考虑如何解决零漂对应变参数测量值的影响是很难 的,其难点在于应变参数测量值中存在着与零漂相同性质的成分。在动、静叠加载荷条件下,应变参数测量值中包含有动态应变分量和静态应变分量两部分。静态应 变分量易于受到零漂的干扰,而动态应变分量则由于其频率远远大于缓慢变化的零漂频率,因而零漂几乎不会对动态应变分量产生干扰,这也为下面讨论的零漂消除 算法提供了解决思路。

　　2　腐蚀疲劳试验参数及零漂

　　腐蚀疲劳试验是检验材料性能的一项重要手段。其试验参数为,压力范围:1～20MPa;疲劳频率:6～300次/分的正弦波、6～60次/分的梯形波和三角波。系统配置28路应变参数测量、8路压力参数测控、1路液压比例阀的信号控制。

　　腐蚀疲劳试验的加载压力是单方向的,即在静压上叠加交变压力,叠加后的最低压力大于1MPa。这就是说应变参数测量值中包含有动态应变分量和静 态应变分量。由于腐蚀疲劳试验的控制参数是压力,在系统设计时,需要选用温度稳定性好、零点漂移微小的压力变送器。这一点很重要,它不仅影响着系统压力的 测控精度,而且还影响着下面讨论的正转换系数KP的精确获得。

　　应变参数则不同,应变参数不仅受到应变片本身参数变化的影响,而且还受到引线电阻、焊接电阻、接插件接触电阻及使用环境的综合影响,因而应变参 数的零漂是不可避免的。在腐蚀疲劳试验中,通常工作应变片与补偿片又处于不同的测量环境下,因而产生的零漂就更加难以预测。图1为考虑到各种影响因素的应 变测量桥路等效原理图。图1中的R为4个测量桥臂电阻;ΔR对应于动态应变分量的电阻值;r0对应于静态应变分量的电阻值;re为各种原因引起的电阻 值,re实质上就是零漂。

　　由图1可得:

　　将式(2)按信号性质划分及按信号的动态、静态分量划分,得出式(3)、式(4):

　　由式(3)可知,零漂re是获取精确应变参数测量值的影响因素;由式(4)可知,零漂re与静态应变分量的电阻值r0具有相同的静态性质。