JJF 1046-1994 金属电阻应变计的工作特性技术规范.pdf

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1、JJF 中华人民共和国国家计量技术规范J J F 1046-34 金属电阻应变计的工作特性1994年4月8日批准1994华12月1日实施国家技术监督局目录技术要求. . . . ( 1 ) 二试验条件. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (3) 一试验项目和试验方法. . (川四试验结果处理.,. (7) 附录E附录1应变计结构. . 1 (10) 附录2出厂报告值与试验值比较举例. . (12) 附录3向用户推荐一种评价应变计性能试验的方法. .1.1 .川. . . . . US) 金属电阻应变计的工作特性技术规范Perfo

2、rmance Characteristics of Metall ic Resistance Strain Gauges ，啼啼啼啼啼啼呻噜、t i JJG 1046-94 t t 飞如如.本技术规范经国家技术监督局于1994年4月6日批准，并自1994年12月1日起施行.!目口单位E中国计量科学研究院起草单位s中国计量科学研究院本规范技术条文由起草单位负责解释，本规范主要起草人z李明明中国计暨科学研究院参加起草人s马良5呈北京航空航天太学比现林清华大学JJG 1046 94 共18页第1页金属电阻应变计的工作特性技术规范本J范适用于应力应变测量，以及各种测量仪器中作为敏感元件的金属电阻应变计

3、(以下简称应变计h本规范旨在用抽样试验和统计的方法，对金属f)H.吨变计定型鉴定和样机试验提供统一的技术要求和试验方法，以及作为评价使用者粘贴技术和检验厂家提供的主要工作特性的方法.本规范等效果用了国际法制计量组织(OIML)第62号国际建议金属电阻应变计的工作特性.-技术要求1 应变计的主要工作特性有aa.电阻，b.灵敏系数，C.横向放应系数，d.灵敏系数随、温度变化，e.热输出.1.1上述应变计工作特性a_._.e的不确定咛，r句该规定其榄率水平?Ffip为95.5%(也就是不少于2倍标准偏差) 1.2在不能重复使用的应变计上确定特性1、b-l，e，所以必须用统计方法处理数据.1.3测量每

4、个应变l在标准温度下的电阻，从电阻但接近的同一型号、同7批眼变计巾抽取若干应变计包装成一盒，每盒必须标出名义电阻恼和!不确定度.2 应变汁包装内应提供Ea.应变计l号;b. rh阻植及不确定出，C.灵敏系敖及不确定度，d，横向效应系数及不确定度$共18页第2页e.灵敏系数随温度的变化及不确远)立sf.平均热输出及分散度zg.栅民翻I宽，h.数量Ei. flt号及出厂日期zj.合格标记:k.制造厂名及标志，1.应变计使用方法.3 主要工作特性的技术要求3.1电阻(R)JJG 1046-94 电阻测量的不确定度应小于0.1%.重复性误差不大于测得值的土0.04%.测量电流所产生的影响应小于电阻值的

5、土0.1%.3.2灵敏系数(K)3.2.1灵敏系数测定时，电阻相对变化测量的不确定反应不超过2aja或实际值的土0.1%(取大者) 3.2.2在符合技术要求的试验装置上，该标定梁表面的平均主应变是在标称值的土50mjm内，在各个应变计位置上应变差不大于平均值的土0.5%.并且在同一个应变计位置内，其应变的不重复误差应不大于标称值的土0.5%.标定梁表面平均应变测量的不确定度应小于2mJm或者实际值的土0.2%(取其大者).3.3横向效应系数(H)3.3.1横向效应系数，电阻相对变化测量的不确定度应不超过5aja或不超过实际值的土0.1%.3.3.2在各个应变计位置上，应变差在试件标定梁的纵向应

6、不大于实际应变的土2%，在横向应不大干土5mjm.应变测量不确定)立在试件纵向不大于JOmJm，在横向不大于1mJm.3.4灵敏系敖盹温度的变化(Kt)3.4.1灵攸系数随温皮的变化电阻相对变化测量的不确定度应不大于5ajQ，或者不大于实际值的土0.1%(取其大者) 3.4.2际足梁表Il平均应变的W!U量不确定皮应小于5mjm，不JJG 1046-94 共18页第3页同应变计位置上应变差不大于实际应变的土2%.在一个应变计位置内的应变变化应不大于标称值的土2%.3.5热输出(e，)3.5.1平均热输出，电阻相对变化测量的不确定度应不大于5 uO/O，或不大于实际值的土0.1%(取其大者).3

7、.5.2符合技术要求的试件，在全部温度范围内的热膨胀系数，其不确定度小于0.2m/m)OC-1二试验条件4 总的环境要求4.1在室温下的环境条件试验必须在下述条件下进行Ea.标准温度23C，变化范围1S.Z50C，波动不超过土2C，b.标准相对湿度50%RH，变化范围为35%.60%RH，战动不跑过:t5%RH.4.2升温和降温时试验条件4.2.1温度调节误差应不超过:!:2C或偏离室温土2%(取其大者).4.2.2升温和降温时总的温度不确起皮不应超过2C或者偏离室温1%(取其大者).5 各项工作特性的试验条件5.1电阻反当应变计的平面度对电回测量的影响超过实际值的土0.1%时，必须将应变计放

8、在坚实的平板上，并用一个适当的加压机构与其接触.5.2应变计灵敏系数(K)5.2.1需要有一个在试件上产生均匀单轴向即力的加载装置，该提置能使试件产生标称值为0，土1000和土1100m/m的平均主应变.5.2.2需要有一个泊松比为0.28土0.01(可作适当修正的标共18页第4页JJG 104S一-94 定梁.5.3横向效应系数(H)需要有一个在纵向产生0，1000和1100mjm均匀的单如l向应变的装丘.该装置的调接民走应小于土50mjm.5.4灵敏系数随温!立变化(K，)5.4.1需要一套由试件、加载装置和产生所需温度的炉子所组成的测试设备.5.4.2加载装置作用在试样上的平均由变值，必

9、须能调整在0和+ 1000mjm，亦可产生-1000!-lmjm的应变.可用20至100Lmjm 间的小预应变来代替标准零应变.其调节误差应不大于土50mjm.5.5热输出(:t)5.5.1对测定热输出的试件有如下要求Ea.必须经过适当的热处理消除残余应力.b.尺寸、特别是厚度的选择必须防止产生任何变形.C.任意100C温差范围内所造成的热滞后不得大于土5!-lmjm. 6 存放和粘贴要求6.1试验用应变计应在4.1所述的条件下至少存放72h. 6.2试验用应变计必须准确符合制造厂所规定有关粘贴条件.6.3用于测试热输出的试件(已粘贴应变计最好存放在装有硅胶或(PzOa)的干燥器中.一试验项目

10、和试验方法7 试验项目及方法7.1进行外观检查7.2电阻(R)7.2.1记录。!;U:W.时的环境泪盯和1日，时，使用的仪器及其准确度.7.2.2洲电每个应变叶电阻值，按公差分档存放.7.3灵敏系数(K)7.3.1将被i则应变计分为数虽丰l口0Z. +甘近的两份，分别*I贴于标应梁去拉和安H二的工作段.JJG 1046-94 共18页第5页7.3.2应变计应严格按照规定工艺进行帖贴.应变计抽线与标定号是表面的应力方向平行.7.3.3将应变计与测量仪器连接，尽fn:ld小接触电阻.7.3.4对应变梁进行3次预加载，最大应变应比正式加载略高10%, IW土1100m/m.7.3.5进行正式加载试验

11、时可从以下3种加载方式中任选其一，加载3次取其平均值.a.第一种加载方法z0, + 1000m/m， -1000m/m的双向等幅附变循环$用+1000m/m和-1000m/m2个测量点之间直线的斜率来确定应变计灵敏系数.b.第二种加载方法z允许取样的一半采用。，+ 1100m/m的正院变循环，另一半采用0，-1100m/m的负应变循环F用测量点。与+1000m/m及0与-1000m/m 2根直线斜率的平均植来确定应变计灵敏系数.C.第三种加载方法，允许对全部取样施加正或负应变循环.7.3.6加载应变循环如不使用第一种方法时必须加以说明，对同一批应变计，施以不同的加载方法而测定结果不一致时，以第

12、一种加载方法为准.7.4横向效应系数rif)7.4.1按规定工艺将应变计枯贴于具有单向应变的标定梁上，使其轴线垂直于单向应变方向(称为横向或横向应变tJ另外粘贴2片或2片以上应变计，使其轴线平行于单向应变方向(称为纵向或纵向应变计) 7.4.2以最大纵向应变1100m/m预加载3次.7.4.3施加1000m/m试验应变，分别取纵向应变计和愤向成变计加载和卸载时的仪器读数.7，4，4连续加卸载3次，共18页第6页JJG 1046-94 7.4.5根时t二注试验结果，按照以下公式进行计算.单个应变计的横向效应系数(H，)的计算采用单向应变赞横向系数计算公式为z. 吨Hj=号X100%(1) 式中e

13、.一垂直于纵向应变方向的单个应变计加卸载3次读敖芹的平均值Fe.了-平行于纵向应变方向的两个或两个以上应变计加卸挟3次读数差的平均值.7.4.6将各个应变计的横向效应系数取平均值，即得到该型号各批应变计的横向效应系数.7.5灵敏系数随温度的变化(K，)7.5.1按测试灵敏系数K的操作步骤安装应变计，并尽量用20至100mjm间的小预应变来代替标准零应变，7.5.2以应变计样品的一半用最大应变+1000m/m，应变计样品的另一半用-1000mjm在室温下预应变3次.7.5.3调节试验温度(不应少于3级试验温度)，每级温度应在15 min内达到平衡.7.5.4温度平衡后对应变计的一半施加0，100

14、0mjm， 0，另-半施加0，-1000mjm， 0的应变循环进行试验.7.5.5连续加卸载3次7.5.6以室温作标准，按以下步骤求出相应的技术指标.a.计算各温度下应变计的平均灵敏系数与室温平均灵敏系数的比但K.jK o.即为该温度下的相对灵敏系数.给出K，-t曲线或方程b.计算工作温度范围内每1000C灵敏系数的变化d，.100(K,m - K) t = v:，m .:/ x 100% (2) Ko(tm-to 式中Ko室温平均灵敏系数，K，!-一般限工作温度的平均灵敏系数fJJG 1046- 94 共18页第7页t。一一室温ztm一一极限工作温度.7.6热输出。7.6.1热输出试件应符合

15、5.S所提各项规定s环境条件应与4.2所提要求相一致.7.6.2将粘贴应变计的试件置于加热装置内.应变计采用三线输出，以消除导线热输出影响.7.6.3在0-100C范围内，大约以20CC温度间隔(最大不超过300C温度间隔测试为宜z超过1000C或低于OOC时，大约以250C温度间隔(最大不超过400C温度间隔)为宜进行升温或降温，测试点-般不少于5点，待最终达到充分热平衡后，方可进行测试.注:(1)若是自补偿应变计，必须i兑明补偿材料的热应K系数.(2)选用试件材料时，必须知道其线膨胀系数和热肚胀的养线性部分.(3)如果热输出变化迅速，1年增加测量点，7.6.4根据每一温反级下各应变计热输出

16、读数绘制出热输出温度曲线，或列出方程.注2推荐一种列方程的方法，在不同的温度点上可求得不间的5个输出，利用4次方程求出它们的系数，即可麦达输出与温度的关系.超过5个以1:.就Jlj层小二乘法求解.线.Y 1 =ao +ajX j +a2x j2 +a3xj3十a4万14Y 2 = a 0 + a I X 2 + a 2 X 2 2 + a 3 X 2 a + a ,X 2 Yg =ao +ajxa +a 2x32 +a3x33 +a，万34(3) Y, =a o +a jx 4 +2x，2+agx，3+a，X， Y = a 0 + a 1 X 5 + a 2 X 5 2 + a aX 6 a

17、+ a ,X 5 由此可列出热输出温度的方程，并绘制出Xv-tj，巳.e.曲四试验结果处理8 数据整理因为应变计具有批量生产和不能重复使用的特点，所以应变计工作特性的测定，只能采用抽样试验和统计的方法.在一批应变计中，一般抽样30片左右，做每项特、趾试验时，抽样数不少r6片.统计共18页第8页JJG 1046 94 方法的草础是z随意从-Jlt产品中取样做试验，通常假设试验的结果具有正态分布，也即高斯分布，而且这些出厂报告值的系统提差可以忽略不计，或已被修正.9 统计方法从一个应变计上得到若干次试验结果，取1主平同值，将这些市变计的平均值代入下列计算式中，以确起民验样品的平均性能或变动性偏离出

18、广报告值是否在95%的置信度内.t值是t分布的置信系数.双边t试验用来比较VR(生产厂在应变计包装上所表示的值)和Vo(由试验得到的平均恒).So (试验值的标准偏差)可用常规的夫系式，由试验数据计算获得zI :L;(Xi-X) So=.I .2 -1 (4) J n-l 式中XI-第i个应变计的平均值2X一-试验样品中全部应变计的平均值，n一一作试验样品用的应变计数目.如果Vn已被验证认为是正确的.贝tl，iV R - V 0 I .t,.! r 29S + (n-1)S川xr旦土旦1+e v L 28 + n J l 30 n J (5) 式中t.-与抽样数n相对应的置信系数值(去1);e

19、s.-试验值VQ中的系数误差估计值.同等跟随(equal tail)试验用以比较应变计出厂悄告值和试验值的变动性.若A(SS) .B (6) 则出厂报告的公差TR应认为是被验证了.式中SR =T R/2 So-试验样品的标准偏差pA，B-_.表l中对应n片!泣变计试验样品的敬饵，详鬼附录2JJG 1043 -94 共18贞第9页费1比较安变计平均性能和变动性时所用的出广报告值和试验僵f乍检验样品的F比较卒均值的系数赞比较变动性的数俑铃铃应变计数量t A B n 5 2.036 0.306 8.41 10 2.025 0.386 3.57 1, 2.018 。.4242.74 20 2.013

20、0.448 2.t 一一一一一一(1 2.002 0.476 2.10 假定S，是基于30片摔品，用t分布的百分数袤对t.tI由内插法得到.*.假定SII是基于事。片样品，用F分布的百分数表对Po.由内插法得到.第10页共18页JJG 1046-94 附录1基底边角标记测量轴对准标记端部构变i计结吨基底.-r十一430对准标记!/横轴对准标m-叫一-横轴| 敏感栅1.1.1. 接头片寻|线连接(或焊点-dl 应旁边基底边H:顶部基底边距阳也半MH副也旧旧怪桦底部基底边距号|线长度，寻|线栅引线当提供时)接头片保护层密封(当提供时一一一基底样品表面胶粘jIJ典型的馅式w.变计图1安装、栅基!底取

21、精剂典型的应变计安装叫至试帕西的明s=Ha +H饲+Hg因2JJG 1046 -94 共18贝弟11贝! 阳宽囔斗敏感栅I横轴I I ./敏感栅H纵铀正/敏感栅日横铀图3典型的复合栅式应变计ME半在缸阳EUAU拗*栅端部纵向丝栅对准标记号|线连接密封底引线o 0 图4典型的丝式应变计共18页第12页JJG 1046-94 附录2出广报告值与试验值比较举例本倒是如何对一批应变计的tf:厂拙作且有l试验值作比较，以确定出厂报告值的准确性.本例是对灵敏系数K特性的研讨.1tUt步骤与方法，同样也适用于其它几项特性.、h可打1 假设样品的应变计灵敏系数K值为2.024士0.5%，出厂报告值与本建议相符

22、.2 从应变计样品中任选10片应变t-.3 按照第三章各步骤对应变计样品进行试基:每片应变计做拉仲和压缩试验，并分别对拉伸和压缩结果制成表1.4 对每一片应变计计算出灵敏系数平均值几，在以干的计算中均使用平均植.5 计算出这些样品的平均灵敏系数KOJKo=士Zka计算结果列于走1中.b 计JJl这批样品标准偏差的估算值So.=忡川n-l -;. (2) 钟贺!结果列于去1中.与从仪器特问:、试验设备、试验过程和操作人员等影响因素估针K的系统误差.对己作过修正如仪器校准修正的恒不再包括在系统误差之内.本例估计系统误趋向为0.05%. 8 从式(1)算得的灵敏系数Kc，与应变计IH厂报告1FtK

23、/1作比较，用H程式表示ftllF I 、二jJ(; l4S-94 共18页第i3页IK I!7. Ko I t) I 2_sL+机-1)叫11旦旦些I+es v l 28十月J L 30月j (3) 将表1的数值代入，可得如F方程z2.0川0202.025_J豆豆豆豆豆工33正画习团I+ 0.001 0.004;:二0.005在95%置信度内，由上式验证了Kn俏，9 用第四章公式(6)比较应变计出厂报告值与样品试验值的变动性sA(SS)B 选取表1中的A和B(n=10)得zrO.005P _(/., 1 0.3861 一一一一丁=0.63513.57. - - - -l 0.006 4 Z

24、- - - j - - -在95%置信度内由上式验证了变功性TlI值襄1宣言计号1次2次3次4次5次、V-JJK，K主-Kc 1 2.039 2.040 2.012 2.040 2.005 2.027 +-0.068 2 2.008 2.015 2.013 2.022 2.019 2.015 -0.052 3 2.038 2.039 2.001 2.040 2.000 2.024 +0.038 4 2.002 2.014 2.036 2.003 2.005 2.012 - 0.082 5 2.013 2.022 2.027 2.037 2.048 2.029 +0.088 KI-KcJ 4.6

25、24 X 10-5 2.704x 10-5 1.444 X 10-5 6.724 X 10-5 7.744 X 10-5 6 2.000 2.021 2.046 2.008 2.034 2.022 +0.01日，飞0.324x 10 7 2.001 .027 2.004 2.03 2.011 7.018 一0.022-, 0.484 x 10-5 8 2.04 2.005 2.047 2, 001 2.02? 7.026 +0.058 3.%410 9 2.013 2.00R 2.007 ?015 2.011 2.011 -0.092 只.464X 10-5 10 2.005 2.010 2.

26、036 2.003 2.034 C.01S -0.022 0.484 x 10 20.202 36.:6 X 10-5 注=奇数的应变计编号-1，2和3次受拉伸，4在J5次受压缩.侣，数的应变计编号-1，2和3受压缩I4和5次受拉申.共18页第14页JJG 104G一94计算得到的检验值zKc=亨丁ka20.202 -二=一-=:V =2.0202 10 -. /(Kj - Ko) 2 ，一十一一sp=v-n-1=J 6;io-zo.0064 e. = 0.000 5 Ko = 0.0010 应变计包装上的出厂值，K. = 2.024 设变动性T.=2 SlI SII=!-= O.005_.0

27、24 11 = .-=一一一一十一一!_.0.0051 2 JJC l46-4 共18页第lS贞附录3向用户推荐一种评价应变计性能试验的方法由于应变计具有多用邃，并与周围环境和其使用条件密切有关，所以在类似于使用条件的试验装置上作抽样试验是必要和合理的.用经过校准的参考应变计与被测应变计在标准检验条件下作比对试验亦是可行的.为保证购进的每批应变计质量，下面推荐一种比对试验程序.试验在一个简单的悬臂梁上进行，用砖码力日载保证重复性，将被测应酬受计与参考应变计进行比对试验.1 设备图1为应变计抽样试验装置.因2为试验装置上的标定梁.由底座框架夹紧标定梁，借助于硅码在悬臂的标定梁上加载，使其产生大约

28、1000mjm的应奕.注意力H载时妥求标寇梁表面产生均匀的线性应变.在每根梁上粘贴一个用作比对的参考应变计，该应变计与标定梁组合在一起，整个装置的标准系数及不确定度已预先经过标寇.2 程序2.1按图2说明的标准定位，并尽可能用接近现场试验的粘贴工艺，将被检应变计粘贴于标定梁上.2.2在室温下，比较加载和卸载时被测应变计和参考应变计的输出，以确定灵敏系数K.对应变计由于粘贴位置不准及粘贴厚皮带来的误差必须加以修正.注z如果己对参考应变计进行过严格地校?筐，就没有必要修正.2.3在试验装置上翻转标定梁，对应变计作拉伸和压缩试验.计及应变计试验装置的不确皮之后，被测应变计灵敏系数应在厂家的公主范围之

29、内.2.4按照第3条及附录2整理试验数据，并与预知结果进行比较.在认真细致的典型试验中，试验装置的系统误差和随机误差将1超过11mjm.如在同样的巧、境条件下用相同的陆码重复加载，H. i:占共l岳贞捐16页JJG 1046-94 正视图75 N 图1应变计抽样试验装置两边的应变计对准划线标记两边的中心孔盯.H450 图2抽样试脸装置的标定果倒现因土卡3第17页JJG 1046-94 共18页果与参考应变计的指示差应不大于5m/m.达不到k述要求时，应研亢眩应变计的性能，桔贴工艺和试验技术.寸气、-二主12XV川啊阳MM吼峪主1200a试验应变t的应变m/m)典型的系统准确度曲线图固3注，标E

30、染的材料等议为.6mm厚的工具纲，四面磨光，在洋火之前做中，c，孔标语和J线，洋火硬度不小于HRC4S.对图1图2的说明sk图中所有尺寸单位是mm，b.设计时选材租尺寸可N修改，但若缩小梁的厚度误差将会迅座增加.C.在标足梁的成验段，麦丽应变的近似计算盘II下s，6.M =-:一-一-一c b.h且.1.二e一-吨变(mjm); 声-应力(Njm2), 式中共18页第18页E-一弹性模量(N/m1), M一-弯距(N.m)J b-一梁宽(m)Jh-一厚度(m) JJG 1046-94 e= 6.(75 N)(0.3 m) (0.018 m). (0. 0061ml J( 207 .109N/m2) . 0.001006 m/m = 1006m/m (京新登字024号中华人民共和国国家计量技术规范金属电阻应蛮计的工作特性JJG 1046-94 国家技术监督局颁布. 中国计量出版肚出版北章怕事且自由申2号中国计量出版社印刷厂印刷新华书店北京发行所发行剖开本850x 1168/32 印张0.625字数16千字1994年11月第1版1994年11月第1次印刷印数1-1500统一部号155026-772惠价3.00元吗沪?飞之hHh