高精度刚架梁式SK-1应变计参数测定装置的结构和精度评定

　　1　引言

　　为了实施[OIML]国际建设62号“金属电阻应变计工作特性”[1],沈阳仪器仪表工艺研究所1984年研制了一种SK-1刚架梁式应变计参数测定装置(下面简称SK-1装置),外型见图1,装置简图见图4,完成了对应变计灵敏系数K,机械滞后Zj,机械蠕变θ三项参数的测定,1988年又在SK-1装置上精确测出标定梁的泊松比,从而完成了增测应变计横向效应系数H值的测定项目。文献[2]也建议采用此法测H值。

　　1995年已发展到在SK-1装置上成功地实现了配置温场(-30~+80℃)和(室温~360℃)分别测试常温应变计和中温应变计灵敏系数的温度系数dk等要求温场条件的应变计参数的测试。SK-1装置现已载入电阻应变计中国国家标准GB/T13992-92附件C中,并且规定作为测定标准中精度最高的A级应变计的测定设备。中国测试技术研究院已于1995年将SK-1装置建成应变计参数测试院管标准设备,对全国应变计质量进行监控和测试。

　　目前在国际上这类装置一般都是试验室自制自用。除了瑞典FFA自制的一台应变计灵敏系数测定装置精度较高以外,这类装置的精度,按文献[3]提出的误差计算方法对其进行估算,其精度一般都低于0·5%,很难满足现代电测技术和传感器技术对高精度应变计质量的要求,本文主要是围绕这一目标按文献[3]从这类装置的误差源出发来分析SK-1装置的方案选择,设计思路和精度检定等各项技术的合理性和优化性。

　　2　方案选择

　　美国ASTM的E251[4]、美国NAS942[5]、瑞典FFA[6,7],英国BS 6888[8],西德HBM公司,中国的清华大学等,一般都是利用简支纯弯梁或等强度悬臂梁原理,采用砝码加载或机械连续加载,只有美国弗吉尼亚工业大学采用刚架梁原理[9],根据国际上9种不同的装置归纳成了3种原理4种结构的应变计灵敏系数K测定装置(下面总称K值仪以区别于SK-1装置)如图2所示。图2a为砝码加载式4点简支梁,国外:美国NAS942,日本,瑞典FFA;国内:冶金部建筑研究总院,清华大学。图2b为机械加载式4点简支梁,国外:英国BS6888,西德HBM;国内:沈阳仪器仪表工艺研究所,606研究所。图2c为等应力悬臂染,国内有十几个单位。图2d为刚架结构梁,国外:美国弗吉尼亚工业大学;国内:沈阳仪器仪表工艺研究所研制的SK-1装置。

　　沈阳仪器仪表工艺研究所根据文献[3]中提出的标定梁圆柱面形状误差和标定梁挠度误差两个概念及其误差理论对图2中3种原理4种结构的K值仪进行了全面的误差分析比较后[10]认为:用文献[3]误差理论对国际上几种K值仪方案存在的问题,进行综合分析是否能克服的可能性,决定新研制的SK-1装置采用误差源有条件消除或便于控制到可忽略的刚架梁原理,虽然与美国弗吉尼亚工业大学的K值仪原理一样,但结构大不一样。