实验应力分析测量精度

对于非零点测量来说，零点测量是不必要的，关注的是测量量的变化。对于短时间测量来说，零点在测量过程中不会漂移，例如，碰撞试验、拉伸试验和短时载荷试验。

材料弹性后效和应变片蠕变在非零点相关测量中可能比较重要。另一方面，非零点相关测量中的热膨胀、胶膨胀、绝缘电阻下降、应变片温度响应和应变片疲劳等现象几乎完全无关。

当然，在绝缘电阻的短暂负载试验中，电阻不会急剧下降，因此测量点可能失效。

在许多材料中，机械加载后应变仍会进一步增加。这一现象一般在大约30分钟后（23°C下的钢），并且在移除负载时也会发生。这种附加应变很大程度上取决于材料。因此，材料弹性后效会产生额外（正）测量误差。因此，在许多测量任务中几乎可以完全避免这种偏差。

但是，如果在加载后很长时间后才进行测量，材料的应变将增加了1%（相对于自发应变），也就是材料应变的测量值增大了1%。

如果应变片未准确对准材料应力方向（单轴应力状态），则会产生负测量误差。测得的应变将小于材料应变。相对应变误差如下所示：

错位误差为 5 度，将导致泊松比为 0.3 的钢的应变误差为 -1%。

材料自发应变后，应变片的测量栅丝会有一定的回缩。这一过程主要取决于粘合剂的特性和应变片的几何结构以及温度。回程蠕变后，栅丝的应变略小于材料应变。在23°C温度下，使用 Z70 粘合剂，6 mm 栅丝长度的应变片在1小时内将产生 0.1% 的回程蠕变。这相当于测量应力 -0.1% 的负测量误差。当然，如果在自发加载后立即进行测量，则偏差会更小。因此一般在实验测试中经常被忽略。但是，在高温下使用其他粘合剂时应注意。例如，以2000μm/m 的应变在70°C下采用X60粘合剂，一小时后产生的误差为-5%。

应变片的滞后会对短测量栅丝产生更大的影响，例如 Z70 作为粘合剂时，应变计 LY11-6/120 的滞后影响仅为0.1%，因此可以忽略不计。而微型应变片(LY11-0.6/120) 测量栅丝仅为 0.6 mm，滞后产生的不确定性为 1%。

单方面的不确定性相互很难关联。一些方面，包括材料弹性后效和应变片蠕变、应变片线性偏差和四分之一桥电路，相互之间可相互抵消。因此，一般通过单个不确定性和的平方根来表示：

一般来说，应变测量的不确定度略低于3%。应力测量几乎达到测量值的6%。

弹性模量的不确定性通常是实验应力分析中非零点相关测量误差最大的原因。而零点相关测量必须考虑额外的不确定性。

在这些测量中，零点很重要。通常包括建筑物的长期测量和构件的疲劳试验。这种类型的测量任务中零点如果发生变化，将产生一个额外的测量误差。

被测对象的热膨胀，应变片的温度响应

被测材料具有热膨胀系数。热膨胀不会被测量，而只是作为温度对测量结果的影响量。测量栅丝还具有热膨胀系数以及特定电阻的温度系数。由于实验应力分析只对加载引起的应变感兴趣，因此提供的应变片适用于特定材料的热膨胀。然而，所有这些温度系数本身就是由温度引起的变化量，因此不可能完全补偿。无法完全补偿的偏差 ΔƐ 可通过多项式进行计算。由制造商将会在应变片包装标明此多项式的系数，并且每个批次之间会有差别。

这里采用 HBM  LY-6/120 作为示例： 

剩余偏差（表观应变）以 μm/m 为单位确定。对于30°C的温度，产生的表观应变为-4.4μm/m。

如果环境温度与参考温度（20°C）的偏差较大，或者应变片调整不当，则会出现更大的偏差。但可以通过计算（在线计算）消除。另一方面，该方程显示出每开尔文温差增加 0.3μm/m 的不确定性。在30°C的温度下，多项式的不确定性为3μm/m。

校正计算仅需要材料的热膨胀系数和环境温度。

自热

这是指应变片在测量过程中，由供电导致的测量栅丝的温度升高，热输出量方程如下：:

对于均方根值 5 V 的桥路激励电压和120Ω 应变片，产生的热输出为52 mW。对于涂了一层薄薄的粘合剂，测量栅丝长度为6 mm的应变片能够充分散发热量。然而，应变片和测量对象之间会产生一个小的温差，这将导致一个明显的应变（见上文）：

如果应变片温度仅比材料温度高一开尔文，则会产生 -11μm/m（铁素体钢）或-23μm/m（铝）的表观应变。测量的不确定度可以通过一个简单的实验粗略确定——在施加负载的情况下连接励磁电压。在温度升高阶段，测量值将略微漂移（零漂）。在热补偿过程中，测量值之间的最大差异大致对应于最大预期偏差。

较低的激励电压产生的热量更低（1 V只产生2 mW）。高电阻的应变片在这方面具有优势。

对于导热性差的部件（塑料等），当使用非常小的应变片时，降低激励电压是必不可少的。在快速变化的温度下工作时，务必小心。

主要原因是水分子的高迁移率以及粘合剂和载体材料的吸湿性。这种效应是一种零漂，无法清楚地辨别。这种寄生应变只是部分可逆的。测量值漂移的速度取决于测量点保护和环境条件。时间常数可能是很多小时。高温和高相对湿度尤其重要。不幸的是，这里没有具体的公式和数字。

助焊剂的残留物也能吸收水分子。通常因气流或类似原因而导致的测量值波动。经验丰富的测试人员会仔细清洁所有接触点。在某些情况下，也可对残留物进行“烘烤”残留物。因此，对于潮湿环境，对测量点封闭保护是有必要的。当测量点准备封闭覆盖时，将其加热几度然后覆盖，能够排除在保护罩下形成冷凝的可能性。如果绝缘电阻太低，测量值会出现零点漂移。在这种情况下，电桥电路内的绝缘电阻是非常关键的。应变片触点之间的电气绝缘故障相当于电阻分流器。它不能直接测量，但由于其性质，其大小与绝缘电阻相似。表观应变与电阻分流器的关系如下：

该公式表明，高电阻应变片更易受到影响。对于120Ω应变片（应变系数=2），确定以下测量误差：

在“正常”情况下，可达到大于 50 MΩ 的绝缘电阻，小于1.2μm/m 的偏差可忽略不计。

如果绝缘电阻为 500 kΩ 时，测量值为 1000μm/m。零点误差达到 -12%！这清楚地表明，绝缘电阻的显著下降可能导致测量点失效。基于应变传感器的绝缘电阻为几GΩ。

高温高湿环境下会有较高的水蒸气压力。微小的水分子有时会突破防护罩的保护，因此必须进行测试，防止失效。

本系列第 3 部分 偏差是乘积关系，并表示为测量值的百分比，但本节中的偏差具有附加效应。测量单位为 μm/m，与测量值无关。用以下公式表示：

该值与上一部分中的值类似。

上述值采用勾股定理则结果为 16.01μm/m。由于测量不确定度不应四舍五入，零点的不确定度为17μm/m。当应变为1000μm/m时，以百分比表示的偏差为1.7%，这当然是合理的。对于小应变 100μm/m 来说偏差将达到 17%。

加上上一部分不确定度，现在零点的不确定度采用

勾股定理的结果是:

应变值 1000 μm/m 为 4% ,
应变值 100 μm/m 为18%

通常机械应力是实际测量值，因此必须估计其不确定性。上一部分计应力测量不确定度为6%。加上勾股定理中零点(1.7%或17%)的不确定性，结果为:

应变值 1000 μm/m 为 7% with a strain of 1000 μm/m,
应变值 100 μm/m 为 19%

零点相关测量会产生较大的相对测量误差，特别是在应变较小的情况下。