電阻應(yīng)變測(cè)試儀器與技術(shù)

1、電阻應(yīng)變測(cè)試儀器與技術(shù)科學(xué)發(fā)展過(guò)程中，科學(xué)實(shí)驗(yàn)起著非常重要的作用。結(jié)構(gòu)在外力的作用下，內(nèi)部會(huì)產(chǎn) 生應(yīng)力，直接測(cè)定應(yīng)力比較困難，目前常應(yīng)用電阻應(yīng)變測(cè)試技術(shù)來(lái)測(cè)定應(yīng)變。本文主要是通過(guò)介紹電阻應(yīng)變片來(lái)檢驗(yàn)橋梁結(jié)構(gòu)的技術(shù)指標(biāo)以及相關(guān)參數(shù)是否符合 標(biāo)準(zhǔn)。1電阻應(yīng)變片的工作原理 電阻應(yīng)變測(cè)試技術(shù)是憑借安裝在試件上的電阻應(yīng)變片將應(yīng)變、位移等力學(xué)量轉(zhuǎn)換為 電阻變化，從而獲得應(yīng)變讀數(shù)的測(cè)試技術(shù)。電阻應(yīng)變片簡(jiǎn)稱應(yīng)變片或應(yīng)變計(jì)，電阻應(yīng)變片的測(cè)量原理為：金屬絲 的電阻值除了與材料的性質(zhì)有關(guān)之外，還與金屬絲的長(zhǎng)度L，橫截面積D有關(guān)。將金屬絲粘貼在構(gòu)件上，當(dāng)構(gòu)件受力變形時(shí)，金屬絲的長(zhǎng)度和 橫截面積也隨著構(gòu)件一起變化，進(jìn)而

2、發(fā)生電阻變化。dR/R=Ks*£其中，Ks為材料的靈敏系數(shù)，其物理意義是單位應(yīng)變的電阻變化 率，標(biāo)志著該類絲材電阻應(yīng)變片效應(yīng)顯著與否。£為測(cè)點(diǎn)處應(yīng)變，為無(wú)量綱的量，但習(xí)慣上仍給以單位微應(yīng)變，常用符號(hào)-表示。由此可知，金屬絲在產(chǎn)生應(yīng)變效應(yīng)時(shí)，應(yīng)變£與電阻變化率dR/R成線性關(guān)系，這就是利用金屬應(yīng)變片來(lái)測(cè)量構(gòu)件應(yīng)變的理論基礎(chǔ)。如圖1 :圖1 ：構(gòu)件受力變形2、電阻應(yīng)變片的構(gòu)造電阻應(yīng)變片的種類繁多，形式各樣。但基本結(jié)構(gòu)差異不大。由敏感柵，粘合 劑，基底，覆蓋層和引出線幾個(gè)主要部分組成。如圖2：圖2:電阻應(yīng)變片的基本構(gòu)造 3、電阻應(yīng)變片的工作性質(zhì)電阻應(yīng)變片的工作特性有許多

3、條，但我們必須著重了解以下幾條:（1 ）應(yīng)變片的電阻值：指應(yīng)變片沒(méi)有安裝，也不受外力情況下，在室溫下測(cè)定的 電阻值。我國(guó)生產(chǎn)的應(yīng)變片電阻系列為60， 120，200， 350， 500, 1000歐姆。制造廠家按阻值參數(shù)分裝成包，注明每包應(yīng)變片電阻的平均值及單個(gè)阻值與平 均阻值的最大偏差。（2）靈敏系數(shù)：應(yīng)變片安裝在單向應(yīng)力狀態(tài)的試件表面上，且其軸線與應(yīng)力方向 重合。在單向應(yīng)力作用下，應(yīng)變片電阻的相對(duì)變化與沿其軸向的應(yīng)變之比值稱為靈 敏系數(shù)。它經(jīng)抽樣標(biāo)定制造廠于包裝上注明其平均名義值和標(biāo)準(zhǔn)誤差。它是使用應(yīng) 變片的重要數(shù)據(jù)。（3）蠕變：在溫度不變的情況下，安裝有應(yīng)變片的試件表面產(chǎn)生某恒定的應(yīng)變,

4、 應(yīng)變片的指示應(yīng)變將時(shí)間稍有下降，此現(xiàn)象稱為應(yīng)變的蠕變。（4）機(jī)械滯后：在溫度不變的情況下，對(duì)安裝有應(yīng)變片的試件加載和卸載，當(dāng)試 件到達(dá)同一應(yīng)變水平時(shí)，來(lái)比較應(yīng)變片在相應(yīng)過(guò)程中的兩個(gè)指示應(yīng)變，它們的差 值，取在各種應(yīng)變水平下的最大值，作為這批應(yīng)變片的機(jī)械滯后量。機(jī)械滯后現(xiàn)象 總是存在，但經(jīng)多次加卸載之后就趨于穩(wěn)定。因此，在使用應(yīng)變片正式測(cè)量前，最 好預(yù)先加載幾次，以減少機(jī)械滯后的影響。絕緣電阻：指應(yīng)變片引出線與安裝應(yīng)變片的構(gòu)件之間的電阻值。它用低壓(30 100v )高阻(104 MQ)表測(cè)出。使用應(yīng)變片時(shí)，這個(gè)電阻值往往作為安裝應(yīng)變 片時(shí)粘結(jié)層固化程度和是否受潮的標(biāo)志。(6) 應(yīng)變極限：溫度

5、不變，使試件應(yīng)變逐漸加大。當(dāng)應(yīng)變片的指示應(yīng)變與實(shí)際應(yīng) 變的相對(duì)誤差達(dá)到某規(guī)定值(10%時(shí)，此時(shí)的試件應(yīng)變?yōu)樵搼?yīng)變片的應(yīng)變極限(7) 疲勞壽命：已安裝的應(yīng)變片，在一定幅值的交應(yīng)變作用下，不致發(fā)生機(jī)械的 或電氣的損壞，而且其指示應(yīng)變和真實(shí)應(yīng)變的差值不超過(guò)某一規(guī)定數(shù)值的循環(huán)次 數(shù)，為該應(yīng)變片的疲勞壽命。(8) 橫向效應(yīng)系數(shù)：對(duì)于同一個(gè)單向應(yīng)變值，應(yīng)變片在與此應(yīng)變方向垂直安裝時(shí) 的指示應(yīng)變與沿此應(yīng)變方向安裝時(shí)的應(yīng)變的比值(以百分?jǐn)?shù)表示，稱為橫向效應(yīng)系 數(shù))。由于箔式應(yīng)變片的獨(dú)特設(shè)計(jì)及廣泛使用，在一般測(cè)量精度下，橫向效應(yīng)系數(shù) 可以不予考慮。4、電阻應(yīng)變片的分類根據(jù)不同的用途和特點(diǎn)，應(yīng)變片的類型很多。下面

6、介紹幾種常用的應(yīng)變片。(1)絲繞式應(yīng)變片：它是最早出現(xiàn)的一種應(yīng)變片。敏感柵用繞絲機(jī)繞成，基底多 為紙，并以硝化纖維素粘結(jié)劑為制片膠。由于敏感柵存在圓角部分，故橫向效應(yīng)比 較大，特別是短標(biāo)準(zhǔn)距應(yīng)變片，由于圓弧形狀不易保證，故阻值分散度較大。使用 范圍一20C + 60C。(2)箔式應(yīng)變片：與絲繞應(yīng)變片相比，箔式片有下列優(yōu)點(diǎn)。箔式片能保證尺寸準(zhǔn) 確、線條均勻、靈敏系數(shù)分散性小，且能制成柵長(zhǎng)小的敏感柵及圖案特殊的應(yīng)變 片，故柵絲周表面積大，散熱好允許通過(guò)的電流大。表面積大使附著能力加強(qiáng)，有 利于變形傳遞，增加了測(cè)量的準(zhǔn)確性；箔式片敏感柵橫向部分的線條比縱向部分的 大的多，因而單位長(zhǎng)度的電阻也小的多，

7、使箔式片橫向效應(yīng)很??；箔式片均為膠 基，故絕緣性好，蠕變和機(jī)械滯后小，耐濕性好；便于成批生產(chǎn)，生產(chǎn)率高。目前，箔式片已取代了絲繞式和其他多種應(yīng)變片如圖3：1圖3:絲式應(yīng)變片和箔式應(yīng)變片的比較5、電阻應(yīng)變片的選用及粘貼應(yīng)變片的選用：根據(jù)工作環(huán)境（構(gòu)件的外形尺寸及構(gòu)件的材質(zhì)、溫度、濕度、電磁 場(chǎng)、機(jī)械撞擊等因素）；根據(jù)被測(cè)量應(yīng)變的性質(zhì)（應(yīng)力梯度的大小、應(yīng)變頻率的高 低）；根據(jù)測(cè)點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)（單向、平面）；根據(jù)測(cè)量精度要求。應(yīng)變片的粘貼：包括粘結(jié)劑的選用、粘貼工藝和防護(hù)措施三方面。電阻應(yīng)變片的粘貼步驟：僉查：外觀、電阻值、修整式件表面處理：光潔度要求、劃定位線粘貼：厚度、方法固化處理破線端子的焊接、

8、固定粘貼質(zhì)量的檢查：電阻值和絕緣電阻值防潮處理如圖4 :圖4:電阻應(yīng)變片的粘貼占6、電阻應(yīng)變測(cè)試技術(shù)在 橋梁工程中的應(yīng)用應(yīng)變片電測(cè)作為一種無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在橋梁工程結(jié)構(gòu)中得到廣泛應(yīng)用。但是電阻應(yīng)變片的測(cè) 試結(jié)果受溫度、濕度、導(dǎo)線長(zhǎng)短等環(huán)境因素的影響極大。如何處理好這些問(wèn)題是電阻應(yīng)變片在 橋梁工程中應(yīng)用的關(guān)鍵。應(yīng)變片電測(cè)使用電阻應(yīng)變片可分為兩種方法，一種是將應(yīng)變片直接粘貼在某一受載零件表 面上進(jìn)行測(cè)量。這種方法簡(jiǎn)單，但不夠精確。另一種方法是將應(yīng)變片粘貼在彈性元件上制成傳 感器，受載后建立載荷與電阻變化間的函數(shù)關(guān)系，通過(guò)預(yù)先確定的載荷標(biāo)定曲線獲得橋梁結(jié)構(gòu) 的載荷值。所獲的的測(cè)量結(jié)果比較準(zhǔn)確。7、小結(jié)以上從大體上介紹