應(yīng)變片技術(shù)-力學(xué)基礎(chǔ)實驗課件-中國科技大學(xué)-05

1、第五章 應(yīng)變片技術(shù)（Strain Gages）參考書：1、實驗應(yīng)力分析實驗應(yīng)力分析張如一（10本）、趙清澄（8本）、潘少川（15本）、2，本校講義，本校講義5.1前言1、廣泛的應(yīng)用航空航天:飛機新型號測量、返回艙動載、火星登陸器伸入土壤中的長桿用應(yīng)變測密度鐵路：機車承力部件載荷測量、剎車時輪箍應(yīng)力橋梁:施工過程控制、車流載荷監(jiān)測、動載、固有頻率、動應(yīng)變工業(yè):石油管道應(yīng)力、大型切削刀具受力、壓力容器安全監(jiān)測與報警、.我國稱重傳感器的年需求量很大，家用電子秤用稱重傳我國稱重傳感器的年需求量很大，家用電子秤用稱重傳感器約為感器約為1 1億只，工業(yè)與商業(yè)電子秤用稱重傳感器約為億只，工業(yè)與商業(yè)電子秤用稱

2、重傳感器約為300300多萬只多萬只-20020406080100120140160180200024681012Ratio of Thrust over Transverse ForcePhase Difference / degree B 推力FT的平均值相近 ，但推力曲線在周期內(nèi)的特征存在明顯的不同 側(cè)向力FL的平均幅值隨p的增加而明顯減小雙尾鰭擺動實驗裝置舉例：UUV優(yōu)化實驗-1000-5000500100015002000 Force / mN 是重要參量，描述兩尾鰭流場的耦合效應(yīng) o 相互作用以抑制為主 1+12 1+121+12 o 無明顯相互作用 1+1=21+1=2不同間距雙

3、尾推力特性-1000-5000500100015002000 Force / mN -1500-1000-5000500100015002000250030003500 Thrust Force / mN = 0.7=1.5=0.7= 1.1問題：推力如何獲得？雙尾鰭擺動實驗裝置測力天平xyz側(cè)向力側(cè)向力信號推力推力信號 兩分量應(yīng)變天平半橋測量電路 應(yīng)變片位置數(shù)值模擬輔助設(shè)計0501001502002503000500100015002000V /mVW /g X-Direction Y-Direction050100150200250300050010001500200025003000V

4、/mVW /g X-Direction Y-Direction天平標(biāo)定曲線 三片式應(yīng)力元件 2、應(yīng)變片概述（歷史） 英國物理學(xué)家開爾文勛爵于英國物理學(xué)家開爾文勛爵于1856 1856 年在指導(dǎo)敷設(shè)大西洋海底年在指導(dǎo)敷設(shè)大西洋海底電纜時，利用金屬電阻值隨水壓而變化來測知海水深度，電纜時，利用金屬電阻值隨水壓而變化來測知海水深度，并通過對銅絲和鐵絲進行相應(yīng)的試驗，證實了金屬絲在機并通過對銅絲和鐵絲進行相應(yīng)的試驗，證實了金屬絲在機械應(yīng)變作用下會產(chǎn)生電阻變化械應(yīng)變作用下會產(chǎn)生電阻變化; ; 1923 1923 年布里奇曼（年布里奇曼（P.W.BridgmanP.W.Bridgman） 再次驗證了開爾文

5、的再次驗證了開爾文的試驗，并發(fā)明了用于測量水深的壓力計。在這一系列實驗試驗，并發(fā)明了用于測量水深的壓力計。在這一系列實驗中，確立了三個重要事實，即：中，確立了三個重要事實，即： （1 1） 金屬絲材的電阻變金屬絲材的電阻變化是應(yīng)變的函數(shù)；化是應(yīng)變的函數(shù)； （2 2） 不同的金屬材料具有不同的應(yīng)變不同的金屬材料具有不同的應(yīng)變靈敏度；靈敏度； （3 3） 惠斯頓電橋線路可用來精確地測量電阻變惠斯頓電橋線路可用來精確地測量電阻變化化; ; 1936- 1936- 19381938 年間，美國加利福尼亞理工學(xué)院教授西蒙斯年間，美國加利福尼亞理工學(xué)院教授西蒙斯（E.E.SimmonsE.E.Simmon

6、s） 和麻省理工學(xué)院教授魯奇（和麻省理工學(xué)院教授魯奇（A.C.RugeA.C.Ruge） 分別同時研制出電阻絲式紙基應(yīng)變片。分別同時研制出電阻絲式紙基應(yīng)變片。開爾文勛爵開爾文勛爵 應(yīng)變片技術(shù)是用應(yīng)變片測定構(gòu)件表面應(yīng)變，再根應(yīng)變片技術(shù)是用應(yīng)變片測定構(gòu)件表面應(yīng)變，再根據(jù)應(yīng)力應(yīng)變的關(guān)系式，確定構(gòu)件表面應(yīng)力狀態(tài)的一據(jù)應(yīng)力應(yīng)變的關(guān)系式，確定構(gòu)件表面應(yīng)力狀態(tài)的一種實驗應(yīng)力分析方法。種實驗應(yīng)力分析方法。 物體應(yīng)變的測量主要采用應(yīng)變片技術(shù)，應(yīng)變是在外物體應(yīng)變的測量主要采用應(yīng)變片技術(shù)，應(yīng)變是在外力和非均勻溫度場因素作用下物體局部的相對變形。力和非均勻溫度場因素作用下物體局部的相對變形。主要有線應(yīng)變和角應(yīng)變兩類。

7、線應(yīng)變又叫正應(yīng)變，主要有線應(yīng)變和角應(yīng)變兩類。線應(yīng)變又叫正應(yīng)變，它是某一方向上微小線段因變形產(chǎn)生的長度增量它是某一方向上微小線段因變形產(chǎn)生的長度增量（伸長時為正）與原長度的比值。（伸長時為正）與原長度的比值。 = = l l /l /l 這個量很小，常常使用這個量很小，常常使用1010-6-6作為單作為單位，稱為微應(yīng)變，記作位，稱為微應(yīng)變，記作。設(shè)想當(dāng)。設(shè)想當(dāng)= 100= 100， l l =1mm =1mm 時，時， l l = 0.1m , = 0.1m ,如何標(biāo)記和測量？如何標(biāo)記和測量？ 傳統(tǒng)測長度的方法顯然不行。傳統(tǒng)測長度的方法顯然不行。2、應(yīng)變片概述 由于電量的測量已經(jīng)相當(dāng)完善，絕大部

8、分非由于電量的測量已經(jīng)相當(dāng)完善，絕大部分非電量都是設(shè)法變成電量來測量。應(yīng)變片技術(shù)就是電量都是設(shè)法變成電量來測量。應(yīng)變片技術(shù)就是利用金屬電阻的應(yīng)變效應(yīng)把應(yīng)變變換成電阻的變利用金屬電阻的應(yīng)變效應(yīng)把應(yīng)變變換成電阻的變化（而且，電阻的變化與應(yīng)變成比例）測量出電化（而且，電阻的變化與應(yīng)變成比例）測量出電阻的變化即可計算出應(yīng)變。阻的變化即可計算出應(yīng)變。 應(yīng)變片技術(shù)是實驗力學(xué)的一個基本功，非常重要。應(yīng)變片技術(shù)是實驗力學(xué)的一個基本功，非常重要。這不僅因為應(yīng)變是力學(xué)的一個基本量；應(yīng)變片技這不僅因為應(yīng)變是力學(xué)的一個基本量；應(yīng)變片技術(shù)比較成熟，日趨完善，而且還因為其它物理量：術(shù)比較成熟，日趨完善，而且還因為其它物理

9、量：力，扭距，壓強，位移，溫度，加速度等都可以力，扭距，壓強，位移，溫度，加速度等都可以通過應(yīng)變片進行間接測量。因此在測試中應(yīng)用極通過應(yīng)變片進行間接測量。因此在測試中應(yīng)用極其廣泛。據(jù)統(tǒng)計，應(yīng)變片測量占力學(xué)量電測工作其廣泛。據(jù)統(tǒng)計，應(yīng)變片測量占力學(xué)量電測工作的的80%80%以上。以上。2、應(yīng)變片概述3 、應(yīng)變片技術(shù)的優(yōu)缺點 優(yōu)點：優(yōu)點：（1 1）非線性??；）非線性小；RR與與成線性關(guān)系成線性關(guān)系（2 2）尺寸?。┏叽缧?最小柵長僅有最小柵長僅有0 00.2mm, 0.2mm, 重量輕，因而慣性小，重量輕，因而慣性小，頻響高，可測頻響高，可測500KHz500KHz的動態(tài)應(yīng)變的動態(tài)應(yīng)變 。（3 3

10、）量程寬）量程寬 一般為一般為10-1010-104,半導(dǎo)體應(yīng)變片可以測半導(dǎo)體應(yīng)變片可以測1010-2-2；（4 4）系統(tǒng)誤差小測量精度高，動態(tài)達(dá)）系統(tǒng)誤差小測量精度高，動態(tài)達(dá)1%1%，靜態(tài)，靜態(tài)0.1%0.1%；（；（5 5）能）能適應(yīng)復(fù)雜或惡劣環(huán)境適應(yīng)復(fù)雜或惡劣環(huán)境 從從-270-+1000-270-+1000C C，從真空到超高壓，從真空到超高壓（幾千大氣壓），水下，強烈震動，離心力，強磁場，放射（幾千大氣壓），水下，強烈震動，離心力，強磁場，放射性，化學(xué)腐蝕等性，化學(xué)腐蝕等（6 6）輸出為電信號，便于實現(xiàn)數(shù)字化，自動化并能進行遠(yuǎn)距離）輸出為電信號，便于實現(xiàn)數(shù)字化，自動化并能進行遠(yuǎn)距離測

11、量及無線電遙測。測量及無線電遙測。缺點缺點： 只能測量局部表面應(yīng)變；當(dāng)應(yīng)變梯度很大時，測量不準(zhǔn)確只能測量局部表面應(yīng)變；當(dāng)應(yīng)變梯度很大時，測量不準(zhǔn)確。4、電阻應(yīng)變測量系統(tǒng) 現(xiàn)有各種不同規(guī)格及品種的電阻應(yīng)變片有數(shù)萬種，現(xiàn)有各種不同規(guī)格及品種的電阻應(yīng)變片有數(shù)萬種，測量儀器也有數(shù)百種。按其作用原理，電阻應(yīng)變測測量儀器也有數(shù)百種。按其作用原理，電阻應(yīng)變測量系統(tǒng)由三部分組成。量系統(tǒng)由三部分組成。其中金屬箔式（其中金屬箔式（metal foilmetal foil）是最基本、應(yīng)用最多的，國內(nèi)）是最基本、應(yīng)用最多的，國內(nèi)通常說電阻應(yīng)變片就是指金屬絲（箔）制成的應(yīng)變片。通常說電阻應(yīng)變片就是指金屬絲（箔）制成的應(yīng)

12、變片。其構(gòu)造簡單，一般是由金屬絲（又叫敏感柵），基底，粘結(jié)其構(gòu)造簡單，一般是由金屬絲（又叫敏感柵），基底，粘結(jié)劑組成。劑組成。用應(yīng)變片進行應(yīng)變測量時，首先必須搞清楚用應(yīng)變片進行應(yīng)變測量時，首先必須搞清楚與與RR的關(guān)系。的關(guān)系。5.2電阻應(yīng)變片引線覆蓋層基片電阻絲式敏感柵lb5.2.1 金屬絲的電阻應(yīng)變效應(yīng) 靈敏系數(shù) 實驗表明，絕大部分金屬絲受到拉伸（或縮短）實驗表明，絕大部分金屬絲受到拉伸（或縮短）時，電阻值會增大時，電阻值會增大( (或減小或減小) )。這種電阻隨變形發(fā)生。這種電阻隨變形發(fā)生變化的現(xiàn)象叫電阻應(yīng)變效應(yīng)。有不少金屬變化的現(xiàn)象叫電阻應(yīng)變效應(yīng)。有不少金屬( (包括合金包括合金) )的

13、絲材電阻應(yīng)變效應(yīng)曲線在一定的變形范圍內(nèi)為直的絲材電阻應(yīng)變效應(yīng)曲線在一定的變形范圍內(nèi)為直線，而且對拉應(yīng)變和壓應(yīng)變是一樣的。線，而且對拉應(yīng)變和壓應(yīng)變是一樣的。這種關(guān)系可以表達(dá)為：這種關(guān)系可以表達(dá)為：R/R = KR/R = K其中，其中，R R 長度為長度為l l的初始電阻；的初始電阻；RR受力后電阻值的變受力后電阻值的變化量；化量；l/ll/l 靈敏系數(shù)靈敏系數(shù) 是電阻絲的電阻變化率對應(yīng)是電阻絲的電阻變化率對應(yīng)變的靈敏度。變的靈敏度。物理意義是：單位應(yīng)變引起電阻值的相對變化，即電阻變化率。物理意義是：單位應(yīng)變引起電阻值的相對變化，即電阻變化率。K是應(yīng)變片技術(shù)的關(guān)鍵。是應(yīng)變片技術(shù)的關(guān)鍵。AlR影響

14、影響K K的關(guān)鍵因素的關(guān)鍵因素一段金屬絲的電阻可表達(dá)為：一段金屬絲的電阻可表達(dá)為：其中其中, , 為電阻率；為電阻率；A A 為截為截面積；面積；l l 為長度。為長度。RRK 當(dāng)電阻絲受到拉力F作用時， 將伸長l，橫截面積相應(yīng)減小A，電阻率因材料晶格發(fā)生變形等因素影響而改變了d，從而引起電阻值相對變化量為 dAdAldlRdR式中：dl/l長度相對變化量，用應(yīng)變表示為 ldl dA/A圓形電阻絲的截面積相對變化量，設(shè)r為電阻絲的半徑，微分后可得dA=2r dr，則 rdrAdA2由材料力學(xué)可知，在彈性范圍內(nèi)，金屬絲受拉力時，沿軸向伸長， 沿徑向縮短， 令dl/l=為金屬電阻絲的軸向應(yīng)變，那么

15、軸向應(yīng)變和徑向應(yīng)變的關(guān)系可表示為 ldlrdr式中, 為電阻絲材料的泊松比， 負(fù)號表示應(yīng)變方向相反。 或 通常把單位應(yīng)變能引起的電阻值變化稱為電阻絲的靈敏系數(shù)。其物理意義是單位應(yīng)變所引起的電阻相對變化量，其表達(dá)式為 dRdRK21dRdR)21 ( 靈敏系數(shù)K受兩個因素影響：一個是應(yīng)變片受力后材料幾何尺寸的變化， 即1+2；另一個是應(yīng)變片受力后材料的電阻率發(fā)生的變化， 即（d/）/。對金屬材料來說，電阻絲靈敏度系數(shù)表達(dá)式中1+2的值要比(d/)/大得多，而半導(dǎo)體材料的(d/)/項的值比1+2大得多。大量實驗證明，在電阻絲拉伸極限內(nèi)，電阻的相對變化與應(yīng)變成正比，即K為常數(shù)。 KdRdR)21 (

16、5.2.2 應(yīng)變片的工作特性1 1、 應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)應(yīng)變片的結(jié)構(gòu) 測量時加一定的電壓，就有電流，為防止電流測量時加一定的電壓，就有電流，為防止電流過大，應(yīng)變片應(yīng)有一定的初始電阻值，因此必須過大，應(yīng)變片應(yīng)有一定的初始電阻值，因此必須有一定的長度。同時為了使測得的應(yīng)變接近一點有一定的長度。同時為了使測得的應(yīng)變接近一點的真實應(yīng)變，又要盡的真實應(yīng)變，又要盡量縮短應(yīng)變片長度。量縮短應(yīng)變片長度。所以應(yīng)變片都做成柵所以應(yīng)變片都做成柵狀，稱為敏感柵。狀，稱為敏感柵。ls是應(yīng)變片使用面積，是應(yīng)變片使用面積，s是敏感柵橫向尺寸。是敏感柵橫向尺寸。問題：固定在構(gòu)件表面的應(yīng)變片靈敏系數(shù)與一段直的金屬絲的靈敏系數(shù)是否相同

17、？固定在構(gòu)件表面的應(yīng)變片其電阻變化不僅與柵軸線固定在構(gòu)件表面的應(yīng)變片其電阻變化不僅與柵軸線（敏感柵縱向中心線）的構(gòu)件應(yīng)變有關(guān)，而且與敏（敏感柵縱向中心線）的構(gòu)件應(yīng)變有關(guān)，而且與敏感柵彎頭圓弧方向的構(gòu)件應(yīng)變也有關(guān)。因此其感柵彎頭圓弧方向的構(gòu)件應(yīng)變也有關(guān)。因此其 靈敏系數(shù)與一段直靈敏系數(shù)與一段直 的金屬絲的靈敏系的金屬絲的靈敏系 數(shù)數(shù)K0是不相同的是不相同的。固定在試件表面受力固定在試件表面受力與直的金屬絲也不同與直的金屬絲也不同。2、 應(yīng)變片的受力情況 試件表面的變形（應(yīng)變）試件表面的變形（應(yīng)變）是通過膠層，基底以剪力的形是通過膠層，基底以剪力的形式傳給電阻絲的。見圖式傳給電阻絲的。見圖5-25

18、-2。 當(dāng)試件沿當(dāng)試件沿X X方向變形時，方向變形時，膠層下表面與試件一起移動和膠層下表面與試件一起移動和基底粘合的上表面是被動的；基底粘合的上表面是被動的；基底被帶動，膠層發(fā)生剪應(yīng)力基底被帶動，膠層發(fā)生剪應(yīng)力1，基底發(fā)生剪應(yīng)力，基底發(fā)生剪應(yīng)力2將應(yīng)將應(yīng)變傳到電阻絲上。應(yīng)變片兩端變傳到電阻絲上。應(yīng)變片兩端剪應(yīng)力最大，中間最小。剪應(yīng)力最大，中間最小。因此因此粘貼應(yīng)變片時要特別注意將應(yīng)粘貼應(yīng)變片時要特別注意將應(yīng)變片的兩端貼牢。變片的兩端貼牢。R1FF 電阻絲的電阻率隨溫度的變化而改變，所電阻絲的電阻率隨溫度的變化而改變，所以當(dāng)溫度變化時，應(yīng)變片的電阻也發(fā)生變化。叫以當(dāng)溫度變化時，應(yīng)變片的電阻也發(fā)生

19、變化。叫電阻溫度效應(yīng)；還由于試件和應(yīng)變片的線膨脹系電阻溫度效應(yīng)；還由于試件和應(yīng)變片的線膨脹系數(shù)不同而產(chǎn)生附加變形，也會引起電阻變化。溫數(shù)不同而產(chǎn)生附加變形，也會引起電阻變化。溫度的影響應(yīng)該消除，這是用電路中增加溫度補償度的影響應(yīng)該消除，這是用電路中增加溫度補償片的方法來解決。片的方法來解決。 安裝在試件表面的應(yīng)變片同時承受軸向應(yīng)安裝在試件表面的應(yīng)變片同時承受軸向應(yīng)變，橫向應(yīng)變和剪切應(yīng)變，由于應(yīng)變片對剪切應(yīng)變，橫向應(yīng)變和剪切應(yīng)變，由于應(yīng)變片對剪切應(yīng)變的靈敏系數(shù)很小，所以一般只考慮軸向和橫向。變的靈敏系數(shù)很小，所以一般只考慮軸向和橫向。3、 應(yīng)變片的靈敏系數(shù) 定義：將應(yīng)變片安裝在處于單向應(yīng)力狀態(tài)的

20、試件表面，定義：將應(yīng)變片安裝在處于單向應(yīng)力狀態(tài)的試件表面，使其軸線（敏感柵縱向中心線）與應(yīng)力方向平行時，應(yīng)使其軸線（敏感柵縱向中心線）與應(yīng)力方向平行時，應(yīng)變片電阻值的相對變化變片電阻值的相對變化( (R/R) )與沿其軸向的應(yīng)變與沿其軸向的應(yīng)變( (x x) )之比值定義為應(yīng)變片的靈敏系數(shù)之比值定義為應(yīng)變片的靈敏系數(shù), ,記為記為K 即：即： 應(yīng)變片的靈敏系數(shù)一般由制造廠實驗測定，應(yīng)變片的靈敏系數(shù)一般由制造廠實驗測定，稱為應(yīng)變片的標(biāo)定。由于應(yīng)變片不能重復(fù)安裝使用，因此稱為應(yīng)變片的標(biāo)定。由于應(yīng)變片不能重復(fù)安裝使用，因此標(biāo)定是采用抽樣方法，一批產(chǎn)品抽取標(biāo)定是采用抽樣方法，一批產(chǎn)品抽取1%1%（66

21、片）進行實片）進行實驗標(biāo)定，再取平均值。驗標(biāo)定，再取平均值。xRRK4、 應(yīng)變片的標(biāo)定 按照定義，將應(yīng)變片安裝在處于單向應(yīng)力狀態(tài)的按照定義，將應(yīng)變片安裝在處于單向應(yīng)力狀態(tài)的等彎矩梁或等強度梁的表面，使其軸線（敏感柵縱向中等彎矩梁或等強度梁的表面，使其軸線（敏感柵縱向中心線）與應(yīng)力方向平行，由理論方法計算出心線）與應(yīng)力方向平行，由理論方法計算出x x，用高，用高精度的經(jīng)嚴(yán)格校準(zhǔn)的電阻應(yīng)變儀測量精度的經(jīng)嚴(yán)格校準(zhǔn)的電阻應(yīng)變儀測量R/R，從而可得，從而可得K 。 然而問題并非如此簡單。即使是單向受力狀態(tài)，標(biāo)然而問題并非如此簡單。即使是單向受力狀態(tài)，標(biāo)定梁表面各點還存在橫向應(yīng)變定梁表面各點還存在橫向應(yīng)變

22、: :y y= = x x 是梁材料的泊松比；是梁材料的泊松比； 單向受力狀態(tài)并非單向應(yīng)變單向受力狀態(tài)并非單向應(yīng)變y= x 橫向應(yīng)變使敏感柵的直線部分與彎頭部分的應(yīng)變不同。橫向應(yīng)變使敏感柵的直線部分與彎頭部分的應(yīng)變不同。直線部分為直線部分為x x ，彎頭部分各點的應(yīng)變逐點變化。見圖，彎頭部分各點的應(yīng)變逐點變化。見圖，a a點為點為x ，b b點為點為-0 x 。應(yīng)變儀測得的。應(yīng)變儀測得的R是這兩是這兩部分應(yīng)變的綜合效果。但是計算部分應(yīng)變的綜合效果。但是計算K 時，時，卻只用卻只用x 。實際上把。實際上把彎頭部分的電阻應(yīng)變彎頭部分的電阻應(yīng)變效應(yīng)包含在效應(yīng)包含在K 的定義中。的定義中。因此，標(biāo)定得

23、到的應(yīng)變因此，標(biāo)定得到的應(yīng)變片的靈敏系數(shù)片的靈敏系數(shù)K與金屬與金屬絲的靈敏系數(shù)絲的靈敏系數(shù)K物理物理意義是不同的。意義是不同的。 如果應(yīng)變片是理想的轉(zhuǎn)換元件，就只如果應(yīng)變片是理想的轉(zhuǎn)換元件，就只對柵長方向應(yīng)變敏感，對柵寬方向應(yīng)變絕對對柵長方向應(yīng)變敏感，對柵寬方向應(yīng)變絕對遲鈍。盡管在制造工藝上盡量注意減小彎頭遲鈍。盡管在制造工藝上盡量注意減小彎頭電阻，（如短接式）但總不能完全消除橫向電阻，（如短接式）但總不能完全消除橫向應(yīng)變的影響，即橫向效應(yīng)。應(yīng)變的影響，即橫向效應(yīng)。 綜上所述，可以概括地說，廠方標(biāo)定綜上所述，可以概括地說，廠方標(biāo)定的靈敏系數(shù)并不是完全真實的，它把橫向效的靈敏系數(shù)并不是完全真實的

24、，它把橫向效應(yīng)包含在了應(yīng)包含在了x中。當(dāng)我們使用應(yīng)變片去測量中。當(dāng)我們使用應(yīng)變片去測量未知應(yīng)變時，使用廠方標(biāo)定的靈敏系數(shù)計算未知應(yīng)變時，使用廠方標(biāo)定的靈敏系數(shù)計算應(yīng)變只能在使用條件與標(biāo)定條件完全相同才應(yīng)變只能在使用條件與標(biāo)定條件完全相同才是準(zhǔn)確的。是準(zhǔn)確的。5 5、 應(yīng)變片的橫向效應(yīng)應(yīng)變片的橫向效應(yīng) 橫向效應(yīng)的存在使得：橫向效應(yīng)的存在使得：1 1）廠家提供的靈敏系數(shù)僅當(dāng)使用條件與標(biāo)定條件完全）廠家提供的靈敏系數(shù)僅當(dāng)使用條件與標(biāo)定條件完全相同才是準(zhǔn)確的；相同才是準(zhǔn)確的；2 2）用于雙向應(yīng)力場時，沿柵寬方向的應(yīng)變可能導(dǎo)致明）用于雙向應(yīng)力場時，沿柵寬方向的應(yīng)變可能導(dǎo)致明顯的讀數(shù)誤差。橫向效應(yīng)是應(yīng)變片

25、的性能的重要指標(biāo)顯的讀數(shù)誤差。橫向效應(yīng)是應(yīng)變片的性能的重要指標(biāo)之一。之一。 橫向效應(yīng)的大小用橫向效應(yīng)系數(shù)來表示。橫向效應(yīng)的大小用橫向效應(yīng)系數(shù)來表示。定義：把一個單向應(yīng)變分別沿柵寬方向和柵長方向作用于同一定義：把一個單向應(yīng)變分別沿柵寬方向和柵長方向作用于同一應(yīng)變片（實際是同一批的兩片），前一個電阻變化率與后一應(yīng)變片（實際是同一批的兩片），前一個電阻變化率與后一個電阻變化率之比用百分?jǐn)?shù)表示，作為這批應(yīng)變片的橫向效個電阻變化率之比用百分?jǐn)?shù)表示，作為這批應(yīng)變片的橫向效應(yīng)系數(shù)，計作應(yīng)系數(shù)，計作H。H 也是由實驗測定的。也是由實驗測定的。 敏感柵的直線部分越長，柵越密，敏感柵的直線部分越長，柵越密，H 值

26、越小。值越小。bbbbblllllRRKKHRKKR,bllbRRllllRRKbbbbRRK因為是同一應(yīng)變分別作用于兩個方向的應(yīng)變片，所以有：因為是同一應(yīng)變分別作用于兩個方向的應(yīng)變片，所以有：(1)bl lb blllRKKKHR6 6、橫向效應(yīng)的影響、橫向效應(yīng)的影響在雙向應(yīng)變場中，忽略了剪切應(yīng)變的影響后，電阻變化在雙向應(yīng)變場中，忽略了剪切應(yīng)變的影響后，電阻變化率：率：應(yīng)變片總是用于測量軸向應(yīng)變的，即應(yīng)變片總是用于測量軸向應(yīng)變的，即l l 是待測應(yīng)變是待測應(yīng)變，則實際的靈敏系數(shù)為則實際的靈敏系數(shù)為: : 根據(jù)靈敏系數(shù)的定義，廠家提供的靈敏系數(shù)是單向應(yīng)力根據(jù)靈敏系數(shù)的定義，廠家提供的靈敏系數(shù)是

27、單向應(yīng)力狀態(tài)，設(shè)為狀態(tài)，設(shè)為x x 方向，即：方向，即：代入上式得：代入上式得： 0 0是標(biāo)定梁的泊松比。是標(biāo)定梁的泊松比。比較兩個靈敏系數(shù)可知比較兩個靈敏系數(shù)可知 只有當(dāng)只有當(dāng)H H=0=0時，時，K K* *= K= K*(1)bllKKH0(1)lKKH0,lxbl dK21？*關(guān)于靈敏系數(shù)的小結(jié)關(guān)于靈敏系數(shù)的小結(jié)：1 1 均質(zhì)金屬絲的電阻應(yīng)變均質(zhì)金屬絲的電阻應(yīng)變效應(yīng)的靈敏系數(shù)效應(yīng)的靈敏系數(shù)2 2應(yīng)變片的靈敏系數(shù)應(yīng)變片的靈敏系數(shù) 定義定義單向應(yīng)力單向應(yīng)力3 3廠家標(biāo)定應(yīng)變片的廠家標(biāo)定應(yīng)變片的靈敏系數(shù)靈敏系數(shù)4 4 一般意義下測量一般意義下測量l l 等效的靈敏系數(shù)等效的靈敏系數(shù) 00*(

28、1)(1)xlbllRRKRRKKKHKKH5 5 僅對軸向應(yīng)變敏感的僅對軸向應(yīng)變敏感的 應(yīng)變片軸向靈敏系數(shù)應(yīng)變片軸向靈敏系數(shù) 6 6 僅對橫向向應(yīng)變敏感的僅對橫向向應(yīng)變敏感的 應(yīng)變片橫向靈敏系數(shù)應(yīng)變片橫向靈敏系數(shù) llbbRRKRRK練習(xí)題1 使用應(yīng)變片的H=5%, 標(biāo)定梁0=0.33測量試件 表面應(yīng)變x，若試件材料分別為鋼（ =0.28），鑄鐵（=0.24），有機玻璃（=0.40），混凝土（=0.17），試求測量的相對誤差。bl0(1)(1)liliKKHKKH*(1)(1)blllKKHKH解：由于是單向應(yīng)力狀態(tài)，所以有解：由于是單向應(yīng)力狀態(tài)，所以有設(shè)應(yīng)用于不同材料的實際靈敏系數(shù)為設(shè)應(yīng)用

29、于不同材料的實際靈敏系數(shù)為Ki，則有：，則有：12345%(0.280.33)5% 0.051 0.28 5%5% 0.095% 0.075% 0.16001(1)()11iiiiiiKKHHHKHH0(1)(1)liliKKHKKH7、 應(yīng)變片的其它工作性能1 1應(yīng)變電阻應(yīng)變電阻 指沒有安裝，不受力的情況下在室溫下測量的指沒有安裝，不受力的情況下在室溫下測量的電阻值。有電阻值。有60,120，250, 350 ,500, 1k等。按阻值分包，標(biāo)明平均阻值，最大偏差值。等。按阻值分包，標(biāo)明平均阻值，最大偏差值。應(yīng)變片工作電流有限，幾十應(yīng)變片工作電流有限，幾十- - 500mA。相同工作電流。相

30、同工作電流下，阻值愈大，工作電壓也愈大，可提高測量靈敏度。下，阻值愈大，工作電壓也愈大，可提高測量靈敏度。2 2 機械滯后機械滯后 保持溫度不變，對安裝有應(yīng)變片的試件加載，保持溫度不變，對安裝有應(yīng)變片的試件加載，卸載，當(dāng)應(yīng)變達(dá)到同一水平時不同過程的指示應(yīng)變不卸載，當(dāng)應(yīng)變達(dá)到同一水平時不同過程的指示應(yīng)變不同。取在各種應(yīng)變水平下的最大差值作為這批應(yīng)變片同。取在各種應(yīng)變水平下的最大差值作為這批應(yīng)變片的機械滯后量。機械滯后總是存在，但經(jīng)多次加、卸的機械滯后量。機械滯后總是存在，但經(jīng)多次加、卸載后便趨于穩(wěn)定。載后便趨于穩(wěn)定。3 蠕變?nèi)渥?溫度不變，使安裝有應(yīng)變片的試件表面產(chǎn)生某恒定溫度不變，使安裝有應(yīng)變

31、片的試件表面產(chǎn)生某恒定的應(yīng)變，指示應(yīng)變將隨時間稍有下降，稱為蠕變。的應(yīng)變，指示應(yīng)變將隨時間稍有下降，稱為蠕變。4絕緣電阻絕緣電阻 引出線與安裝應(yīng)變片的構(gòu)件之間的電阻值，用絕緣引出線與安裝應(yīng)變片的構(gòu)件之間的電阻值，用絕緣電阻測量儀測量。是黏結(jié)層固化和是否受潮的標(biāo)志。電阻測量儀測量。是黏結(jié)層固化和是否受潮的標(biāo)志。5應(yīng)變極限應(yīng)變極限 溫度不變，使試件的應(yīng)變逐漸加大，當(dāng)指示應(yīng)變溫度不變，使試件的應(yīng)變逐漸加大，當(dāng)指示應(yīng)變與實際應(yīng)變的相對誤差達(dá)到某規(guī)定值（例如與實際應(yīng)變的相對誤差達(dá)到某規(guī)定值（例如10%10%）時，時，此時的應(yīng)變即為應(yīng)變片的應(yīng)變極限。此時的應(yīng)變即為應(yīng)變片的應(yīng)變極限。6 疲勞壽命疲勞壽命 已

32、安裝的應(yīng)變片，在一定幅值的交變應(yīng)變作用下，已安裝的應(yīng)變片，在一定幅值的交變應(yīng)變作用下，不致發(fā)生機械的或電氣的損壞，而且其指示應(yīng)變與不致發(fā)生機械的或電氣的損壞，而且其指示應(yīng)變與實際應(yīng)變的差值不超過某一規(guī)定值的應(yīng)變循環(huán)次數(shù)實際應(yīng)變的差值不超過某一規(guī)定值的應(yīng)變循環(huán)次數(shù)為該應(yīng)變片的疲勞壽命。為該應(yīng)變片的疲勞壽命。8、 應(yīng)變片的動態(tài)響應(yīng)特性 敏感柵對構(gòu)件表面應(yīng)變的響應(yīng)時間約為敏感柵對構(gòu)件表面應(yīng)變的響應(yīng)時間約為1010-7-7秒，對大多數(shù)動態(tài)測量可以忽略。但應(yīng)變片有一定秒，對大多數(shù)動態(tài)測量可以忽略。但應(yīng)變片有一定基長，它所測到的是基長范圍內(nèi)的平均應(yīng)變。對準(zhǔn)基長，它所測到的是基長范圍內(nèi)的平均應(yīng)變。對準(zhǔn)靜態(tài)或

33、低頻應(yīng)變，能反映真實情況，但對高頻應(yīng)變，靜態(tài)或低頻應(yīng)變，能反映真實情況，但對高頻應(yīng)變，應(yīng)變片測得的信號與真實信號可能相差很大，因此應(yīng)變片測得的信號與真實信號可能相差很大，因此有必要討論其動態(tài)響應(yīng)。有必要討論其動態(tài)響應(yīng)。1 ）對階躍波的響應(yīng)因為應(yīng)變片有一定基長，應(yīng)變波掠過應(yīng)變片需要時間，因為應(yīng)變片有一定基長，應(yīng)變波掠過應(yīng)變片需要時間，即應(yīng)變片總電阻變化有一個固定的建立時間即應(yīng)變片總電阻變化有一個固定的建立時間tptp=l/C0 l 是基長，是基長， C0是應(yīng)變波速是應(yīng)變波速定義上升時間定義上升時間t tk為應(yīng)變片的響應(yīng)從穩(wěn)態(tài)值的為應(yīng)變片的響應(yīng)從穩(wěn)態(tài)值的10%10%上升到上升到90%90%的建立時

34、間即：的建立時間即：tk0.8tp= 0.8l/C0響應(yīng)的波形為響應(yīng)的波形為應(yīng)變片的可測頻率為：應(yīng)變片的可測頻率為：f=0.35/ tk= 0.44 C0/l 以鋼材為例，以鋼材為例，C0= 5000m/s，則，則當(dāng)當(dāng)l l=1mm,f=2MHz, , 基長越短，高頻響應(yīng)越好。基長越短，高頻響應(yīng)越好。2） 對正弦波的響應(yīng)設(shè)正弦波的角頻率設(shè)正弦波的角頻率= 2f 波速為波速為C0 ，應(yīng)變片基長應(yīng)變片基長l ，在在時刻時刻t 應(yīng)變波與應(yīng)變片的關(guān)系如圖。應(yīng)變波與應(yīng)變片的關(guān)系如圖。 通常認(rèn)為應(yīng)變片所測應(yīng)變是其中點處的，應(yīng)變片中點處應(yīng)通常認(rèn)為應(yīng)變片所測應(yīng)變是其中點處的，應(yīng)變片中點處應(yīng)變?yōu)椋鹤優(yōu)椋簃Sin

35、 t應(yīng)變片反映的實際應(yīng)變是應(yīng)變平均值為：（用角度表示波長、位置和基長）12tavmmtSinSin td tSin t1avSinmSin t應(yīng)變片測量的相對誤差應(yīng)變片測量的相對誤差 當(dāng)當(dāng)值較小時值較小時可見可見誤差與誤差與l,f 的平方成正比。的平方成正比。 例例 若要求若要求2%，使用基長為使用基長為1mm 的應(yīng)變片，可的應(yīng)變片，可測量的鋼材的正弦波最高頻率多少？測量的鋼材的正弦波最高頻率多少？由上式得由上式得 按鋼材的按鋼材的C0=5km/s代入得：代入得：即基長為即基長為1mm的應(yīng)變片，測量的鋼材的正弦波頻率的應(yīng)變片，測量的鋼材的正弦波頻率為為0.5MHz時，相對誤差不超過時，相對誤差

36、不超過2%。220011 3.12%()()66lflfCC 2001()226lLllflfLCC 1avSin60.5 10()()f Hzl mm 5.35.3其它類型的應(yīng)變片其它類型的應(yīng)變片半導(dǎo)體應(yīng)變片是根據(jù)半導(dǎo)體材半導(dǎo)體應(yīng)變片是根據(jù)半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)制成的。其敏料的壓阻效應(yīng)制成的。其敏感元件是一根細(xì)條狀的單晶感元件是一根細(xì)條狀的單晶硅半導(dǎo)體，對于不同的型（硅半導(dǎo)體，對于不同的型（P P型或型或N N型）的半導(dǎo)體，沿不同型）的半導(dǎo)體，沿不同方向切片，經(jīng)過研磨，拋光方向切片，經(jīng)過研磨，拋光和腐蝕制成。右圖為結(jié)構(gòu)示和腐蝕制成。右圖為結(jié)構(gòu)示意圖。意圖。半導(dǎo)體應(yīng)變半導(dǎo)體應(yīng)變片片一一 、半導(dǎo)體

37、應(yīng)變片、半導(dǎo)體應(yīng)變片 彈性元件 壓阻效應(yīng)壓阻效應(yīng) 對半導(dǎo)體某一軸向施加壓力時電阻率會發(fā)生變化， 與所受壓力成正比 e為壓阻系數(shù)；為壓阻系數(shù)；為沿晶軸方向的應(yīng)力；為沿晶軸方向的應(yīng)力；E是半導(dǎo)體是半導(dǎo)體材料的彈性模量；材料的彈性模量；是沿晶軸方向的應(yīng)變。是沿晶軸方向的應(yīng)變。P P型硅壓阻效應(yīng)最大的方向是型硅壓阻效應(yīng)最大的方向是111111，N N型硅壓阻效應(yīng)型硅壓阻效應(yīng)最大的方向是最大的方向是100100。壓阻系數(shù)。壓阻系數(shù)e取決于半導(dǎo)體材取決于半導(dǎo)體材料的類型，攙雜濃度，受力方向，電阻率等因素。料的類型，攙雜濃度，受力方向，電阻率等因素。dedEed 硅條在其軸向受力變形時，電阻相對變化率為：硅

38、條在其軸向受力變形時，電阻相對變化率為： 由于半導(dǎo)體材料的由于半導(dǎo)體材料的 所以電阻變化主要是由電阻率的變化引起。所以有所以電阻變化主要是由電阻率的變化引起。所以有 其中，其中，Kc是靈敏系數(shù)。是靈敏系數(shù)。半導(dǎo)體應(yīng)變片的突出優(yōu)點是：靈敏系數(shù)大，比金屬式的大半導(dǎo)體應(yīng)變片的突出優(yōu)點是：靈敏系數(shù)大，比金屬式的大5050倍以上，信噪比高，因而測量精度高，橫向效應(yīng)和機械滯倍以上，信噪比高，因而測量精度高，橫向效應(yīng)和機械滯后也小。后也小。(12 )RR ecREKR12d（）dRdRK21明顯的缺點：明顯的缺點： 靈敏系數(shù)僅在不大的范圍內(nèi)保持常數(shù)，在此范靈敏系數(shù)僅在不大的范圍內(nèi)保持常數(shù)，在此范圍外，拉與壓

39、應(yīng)變的靈敏系數(shù)不同。因此在較大圍外，拉與壓應(yīng)變的靈敏系數(shù)不同。因此在較大應(yīng)變場合使用時必須采取專門的補償措施。應(yīng)變場合使用時必須采取專門的補償措施。 單晶硅中攙雜濃度強烈地影響其特性，可單晶硅中攙雜濃度強烈地影響其特性，可使電阻率有上千倍的差異。因此攙雜濃度不均勻使電阻率有上千倍的差異。因此攙雜濃度不均勻會使切出的硅條之間靈敏系數(shù)離散較大。會使切出的硅條之間靈敏系數(shù)離散較大。 溫度穩(wěn)定性差溫度穩(wěn)定性差 靈敏系數(shù)隨溫度增加而減少，靈敏系數(shù)隨溫度增加而減少，電阻隨溫度變化也很大，所以一定要有補償措施。電阻隨溫度變化也很大，所以一定要有補償措施。 使用時特別注意：使用時特別注意：相同應(yīng)變水平下半導(dǎo)體

40、相同應(yīng)變水平下半導(dǎo)體應(yīng)變片的電阻變化比金屬式的大很多，如果仍然應(yīng)變片的電阻變化比金屬式的大很多，如果仍然使用后者的測量電路將會出現(xiàn)明顯的非線性。使用后者的測量電路將會出現(xiàn)明顯的非線性。 例 一種金屬金屬箔式電阻應(yīng)變片（一種金屬金屬箔式電阻應(yīng)變片（R=120R=120，K=2.00K=2.00）粘貼于軸向拉伸試件表面，應(yīng)變片）粘貼于軸向拉伸試件表面，應(yīng)變片軸線與試件軸線平行，試件材料為碳鋼，彈軸線與試件軸線平行，試件材料為碳鋼，彈性模量性模量E=2.1E=2.110101111N/mN/m2 2試問：試問： 若加載到應(yīng)力若加載到應(yīng)力=3000=300010105 5N/mN/m2 2應(yīng)變片的應(yīng)變

41、片的的阻值變化多少？的阻值變化多少？ 若粘貼于彈性變形大的試件若粘貼于彈性變形大的試件, ,當(dāng)應(yīng)變從當(dāng)應(yīng)變從0 0增加到增加到50005000時阻值變化是多少？時阻值變化是多少？ 另一半導(dǎo)體應(yīng)變片（另一半導(dǎo)體應(yīng)變片（R=120R=120，K=100K=100）也粘貼于該碳鋼試件表面，當(dāng)試件應(yīng)力為也粘貼于該碳鋼試件表面，當(dāng)試件應(yīng)力為=3000=300010105 5N/mN/m2 2時，應(yīng)變片的的阻值變化時，應(yīng)變片的的阻值變化多少？多少？電阻應(yīng)變片（電阻應(yīng)變片（120120，K=2.00K=2.00）彈性模量）彈性模量E=2.1E=2.110101111N/mN/m2 2加載到加載到=3000=

42、300010105 5N/mN/m2 2應(yīng)變片的的阻值變化多少？應(yīng)變片的的阻值變化多少？ 0.340.34若彈性變形大，從若彈性變形大，從0 0增加到增加到50005000時阻值變化多少？時阻值變化多少？ 0-1.20-1.2半導(dǎo)體應(yīng)變片（半導(dǎo)體應(yīng)變片（R=120R=120，K=100K=100）當(dāng)試件應(yīng)力為）當(dāng)試件應(yīng)力為=3000=300010105 5N/mN/m2 2時，時，應(yīng)變片的的阻值變化多少？應(yīng)變片的的阻值變化多少？ 17 17 533113000 101.43 101.4 102.1 10E3,120 2.00 1.4 100.34RKRRKR 6120 2.00 5000 10

43、1.2RRK3120 100 1.4 1016.817RRK 前面所述都是單軸式前面所述都是單軸式, ,即一個基底上只有即一個基底上只有一個敏感柵，只能用于測量柵軸方向上的一個敏感柵，只能用于測量柵軸方向上的應(yīng)變。為了能測量同一點幾個方向上的應(yīng)應(yīng)變。為了能測量同一點幾個方向上的應(yīng)變，在同一基底上按一定角度安置幾個敏變，在同一基底上按一定角度安置幾個敏感柵，稱為多軸應(yīng)變片，或稱應(yīng)變花。二感柵，稱為多軸應(yīng)變片，或稱應(yīng)變花。二軸應(yīng)變花（軸應(yīng)變花（Two-element rectangular Two-element rectangular rosetterosette）用于主應(yīng)力已知的場合，三軸）用

44、于主應(yīng)力已知的場合，三軸和四軸應(yīng)變花則用于主應(yīng)力未知的場合，和四軸應(yīng)變花則用于主應(yīng)力未知的場合，主方向應(yīng)變的大小和方向可以用三軸和四主方向應(yīng)變的大小和方向可以用三軸和四軸應(yīng)變花的敏感柵測得的應(yīng)變按公式計算軸應(yīng)變花的敏感柵測得的應(yīng)變按公式計算得出。得出。二 、應(yīng)變花(Strain rosette; rosette gage)或或稱多軸應(yīng)變片（Bonded Resistance Strain gages）敏感柵型式單軸應(yīng)變片敏感柵只有一根軸線。 用于測量單向應(yīng)變。應(yīng)變花：雙軸二軸90三軸三軸45用于測量平面應(yīng)力狀態(tài)。應(yīng)變片的圖案電阻應(yīng)變片的常規(guī)使用技術(shù)（一）電阻應(yīng)變片的選擇1、測試環(huán)境：溫度、濕度

45、、磁場4、測試精度2、應(yīng)變性質(zhì)靜態(tài)應(yīng)變選擇H小的應(yīng)變片動態(tài)應(yīng)變選擇疲勞壽命好的應(yīng)變片。3、應(yīng)變梯度 應(yīng)變場均勻?qū)?yīng)變片柵長沒要求，可 選柵長大的應(yīng)變片，容易貼。應(yīng)變梯度變化大選柵長小的應(yīng)變片。5.4 應(yīng)變片的粘貼與維護 應(yīng)變片的粘貼是測量準(zhǔn)備工作最重要的項目，應(yīng)變片的粘貼是測量準(zhǔn)備工作最重要的項目，靠手工操作，主要步驟：靠手工操作，主要步驟： （1 1）檢查分選應(yīng)變片，（）檢查分選應(yīng)變片，（2 2）清洗，磨光構(gòu)）清洗，磨光構(gòu)件測點的表面（件測點的表面（3 3）用應(yīng)變膠粘貼。由于變形）用應(yīng)變膠粘貼。由于變形是通過黏結(jié)層傳給敏感柵的，因此黏結(jié)層必是通過黏結(jié)層傳給敏感柵的，因此黏結(jié)層必須均勻牢固才能

46、使應(yīng)變真實再現(xiàn)。（須均勻牢固才能使應(yīng)變真實再現(xiàn)。（4 4）固化。）固化。（5 5）檢查。（）檢查。（6 6）固定引出線，導(dǎo)線等）固定引出線，導(dǎo)線等 防護：實際測量中，應(yīng)變片可能處于多防護：實際測量中，應(yīng)變片可能處于多樣的環(huán)境，為保證它的安全可靠，應(yīng)采取保樣的環(huán)境，為保證它的安全可靠，應(yīng)采取保護措施使它與外界有害因素隔離。如水蒸氣，護措施使它與外界有害因素隔離。如水蒸氣，機油等，有時還需要機械保護。機油等，有時還需要機械保護。2 2萬用表（測量應(yīng)變片電阻值等用）。萬用表（測量應(yīng)變片電阻值等用）。一、備用工具材料一、備用工具材料1 1常溫用電阻應(yīng)變片，電阻應(yīng)變花。常溫用電阻應(yīng)變片，電阻應(yīng)變花。電阻

47、應(yīng)變片的粘貼技術(shù)電阻應(yīng)變片的粘貼技術(shù)3 3兆歐表（測量應(yīng)變片絕緣電阻用）。兆歐表（測量應(yīng)變片絕緣電阻用）。4 4等強度梁試件，同質(zhì)溫度補償塊。等強度梁試件，同質(zhì)溫度補償塊。5 5電烙鐵，鑷子，銼刀等工具。電烙鐵，鑷子，銼刀等工具。6 6丙酮，脫酯棉等清洗器材。丙酮，脫酯棉等清洗器材。7 7測量導(dǎo)線，接線端子若干。測量導(dǎo)線，接線端子若干。粘貼應(yīng)變片的工具二、粘貼方法和步驟二、粘貼方法和步驟1 1試件準(zhǔn)備試件準(zhǔn)備 以等強度梁的應(yīng)變片粘貼為例。以等強度梁的應(yīng)變片粘貼為例。在等強度梁在等強度梁及溫度及溫度補償塊上粘貼應(yīng)變片、應(yīng)變花，為后續(xù)實驗做準(zhǔn)備，貼片質(zhì)補償塊上粘貼應(yīng)變片、應(yīng)變花，為后續(xù)實驗做準(zhǔn)備，

48、貼片質(zhì)量的好壞直接影響到后續(xù)實驗成敗，所以貼片的每一環(huán)節(jié)，量的好壞直接影響到后續(xù)實驗成敗，所以貼片的每一環(huán)節(jié)，都要認(rèn)真仔細(xì)。都要認(rèn)真仔細(xì)。 等強度梁試件及溫度補償塊尺寸及應(yīng)變片分布（正反面等強度梁試件及溫度補償塊尺寸及應(yīng)變片分布（正反面相同）如圖一所示：相同）如圖一所示：應(yīng)變花應(yīng)變花應(yīng)變片應(yīng)變片固定孔固定孔等強度梁等強度梁4545溫度補溫度補償塊償塊加力孔加力孔5050160160200200330330 圖一圖一 等強度梁、補償塊布片圖等強度梁、補償塊布片圖 (1)(1)先用銼刀、砂布等工具將試件待貼位置進行打磨，仔細(xì)先用銼刀、砂布等工具將試件待貼位置進行打磨，仔細(xì)地除去銹斑、氧化皮、污垢等

49、覆蓋層，到表面平整有光澤地除去銹斑、氧化皮、污垢等覆蓋層，到表面平整有光澤。最后再用砂布輕輕磨成與應(yīng)變片粘貼方向成。最后再用砂布輕輕磨成與應(yīng)變片粘貼方向成4545的一些的一些條紋。條紋。(2)(2)按圖一所示布片位置用直尺、鋼針畫出應(yīng)變片定位線。按圖一所示布片位置用直尺、鋼針畫出應(yīng)變片定位線。(3)(3)用脫酯棉球蘸丙酮清洗待貼表面以除去油脂、灰塵等用脫酯棉球蘸丙酮清洗待貼表面以除去油脂、灰塵等。表面清洗應(yīng)至棉球沒有污跡為止。表面清洗應(yīng)至棉球沒有污跡為止。2 2 應(yīng)變片的準(zhǔn)備應(yīng)變片的準(zhǔn)備(1)(1)檢查應(yīng)變片（花）的外觀，剔除那些敏感柵有形狀缺檢查應(yīng)變片（花）的外觀，剔除那些敏感柵有形狀缺 陷

50、，片內(nèi)夾有氣泡、銹點等應(yīng)變片（花）。陷，片內(nèi)夾有氣泡、銹點等應(yīng)變片（花）。(2)(2)用萬用表測量各應(yīng)變片（花）的電阻值，每小組選擇用萬用表測量各應(yīng)變片（花）的電阻值，每小組選擇電阻值差在電阻值差在0.50.5歐姆內(nèi)的應(yīng)變片歐姆內(nèi)的應(yīng)變片6 6枚，應(yīng)變花枚，應(yīng)變花2 2枚供枚供貼片用。貼片用。3 3 貼片貼片(1)(1)一手捏住應(yīng)變片（花）引出線，一手拿一手捏住應(yīng)變片（花）引出線，一手拿502502粘合劑小瓶，將瓶粘合劑小瓶，將瓶口向下在應(yīng)變片基底底面涂抹一層（一滴即可）粘合劑，涂口向下在應(yīng)變片基底底面涂抹一層（一滴即可）粘合劑，涂粘合劑后立即將應(yīng)變片底面向下平放在試件貼片部位上，并粘合劑后立

51、即將應(yīng)變片底面向下平放在試件貼片部位上，并使應(yīng)變片底基準(zhǔn)線與試件上的定位線對齊，將一小片使應(yīng)變片底基準(zhǔn)線與試件上的定位線對齊，將一小片 玻璃玻璃紙（包應(yīng)變片的袋紙（包應(yīng)變片的袋聚四氯乙烯薄膜）蓋在應(yīng)變片上，用聚四氯乙烯薄膜）蓋在應(yīng)變片上，用手指按壓擠出多余粘合劑（注意按壓時不要將應(yīng)變片移動）手指按壓擠出多余粘合劑（注意按壓時不要將應(yīng)變片移動），手指保持不動約一分鐘再放開，輕輕掀開玻璃紙膜，檢查，手指保持不動約一分鐘再放開，輕輕掀開玻璃紙膜，檢查有無氣泡、翹曲、脫膠現(xiàn)象。有無氣泡、翹曲、脫膠現(xiàn)象。(2)(2)再將玻璃紙蓋在應(yīng)變片上，一手指按壓在應(yīng)變片引出線端上再將玻璃紙蓋在應(yīng)變片上，一手指按壓在

52、應(yīng)變片引出線端上，另一手指捏住引出線輕輕提起使之與試件脫離。，另一手指捏住引出線輕輕提起使之與試件脫離。(3)(3)用萬用表檢查應(yīng)變片兩引線間電阻是否良好，如屬焊點用萬用表檢查應(yīng)變片兩引線間電阻是否良好，如屬焊點與引出線脫開可補焊。與引出線脫開可補焊。4 4 接線接線（1 1）在應(yīng)變片引出線下方的試件上粘貼膠帶紙（寬度）在應(yīng)變片引出線下方的試件上粘貼膠帶紙（寬度10mm10mm）使引線與試件絕緣。使引線與試件絕緣。（2 2）將浮銅板制成的接線端子用膠水粘在各應(yīng)變片引出線的）將浮銅板制成的接線端子用膠水粘在各應(yīng)變片引出線的前方，如圖二所示。在接線端子上上好焊錫，用鑷子輕輕前方，如圖二所示。在接線

53、端子上上好焊錫，用鑷子輕輕將應(yīng)變片引出線與接線端子靠近，再用電烙鐵把引出線焊將應(yīng)變片引出線與接線端子靠近，再用電烙鐵把引出線焊在端子上，焊接要迅速，時間不能過長，焊點要求光滑，在端子上，焊接要迅速，時間不能過長，焊點要求光滑，不能虛焊，多余的引出線可剪斷。不能虛焊，多余的引出線可剪斷。5.5.檢查、防護檢查、防護(1)(1)膠層固化后，用萬用表測量，應(yīng)變片阻值應(yīng)無明顯變化。膠層固化后，用萬用表測量，應(yīng)變片阻值應(yīng)無明顯變化。 (2)(2)用兆歐表檢查各應(yīng)變片（一根引線）與試件之間的絕用兆歐表檢查各應(yīng)變片（一根引線）與試件之間的絕 緣電阻，一般測量電阻應(yīng)大于緣電阻，一般測量電阻應(yīng)大于100M100

54、M。(3)(3)如需要防潮，可用烙鐵融化石蠟覆蓋應(yīng)變片區(qū)域即可，如需要防潮，可用烙鐵融化石蠟覆蓋應(yīng)變片區(qū)域即可， 還可在石蠟層上用絕緣帶纏起來，以防測量中機械損壞。還可在石蠟層上用絕緣帶纏起來，以防測量中機械損壞。 圖二 應(yīng)變片與導(dǎo)線的連接膠帶紙接線端子導(dǎo)線應(yīng)變片焊錫6.6.結(jié)束工作結(jié)束工作（1 1）將貼好應(yīng)變片的試件、補償塊妥善保存，以備后用。）將貼好應(yīng)變片的試件、補償塊妥善保存，以備后用。 （2 2）清理現(xiàn)場，物品歸位。）清理現(xiàn)場，物品歸位。 應(yīng)變片的測量電路是把變形引起的應(yīng)變片的測量電路是把變形引起的RR變換為變換為V(I)V(I)。一般地說，。一般地說，RR很小，測量電路的很小，測量電

55、路的輸出信號比較微弱，需要進行放大并變成輸出信號比較微弱，需要進行放大并變成VV (I(I ) )才能進行記錄。在電阻應(yīng)變測量系才能進行記錄。在電阻應(yīng)變測量系統(tǒng)中這兩個功能是由電阻應(yīng)變儀來完成的。測統(tǒng)中這兩個功能是由電阻應(yīng)變儀來完成的。測量電路是應(yīng)變儀的輸入回路，一般有兩種，電量電路是應(yīng)變儀的輸入回路，一般有兩種，電位計式和惠斯登電橋。電源可采用恒壓源也可位計式和惠斯登電橋。電源可采用恒壓源也可采用恒流源。恒流源供電的特點是聯(lián)結(jié)導(dǎo)線的采用恒流源。恒流源供電的特點是聯(lián)結(jié)導(dǎo)線的電阻對電路的輸出交變分量沒有影響，適合長電阻對電路的輸出交變分量沒有影響，適合長距離傳輸，不需進行長線修正。距離傳輸，不需

56、進行長線修正。5.5電阻應(yīng)變片的測量電路一、 電位計式電路（恒壓源）1 1，電路組成，電路組成 應(yīng)為分壓電路，由電應(yīng)為分壓電路，由電源源UsUs，鎮(zhèn)流電阻，鎮(zhèn)流電阻R R1 1( (可為可為固定電阻也可為另一不受固定電阻也可為另一不受力的應(yīng)變片力的應(yīng)變片) )，應(yīng)變片電，應(yīng)變片電阻阻R Rg串聯(lián)；在串聯(lián)；在R Rg兩端并聯(lián)兩端并聯(lián)由開關(guān)由開關(guān)K K、標(biāo)定電阻、標(biāo)定電阻RcRc串串聯(lián)的標(biāo)定支路。聯(lián)的標(biāo)定支路。2,2,測量原理測量原理 未變形時電路未變形時電路輸出：輸出： 應(yīng)變片變形時電路輸出應(yīng)變片變形時電路輸出 兩式相減，令兩式相減，令= R= R1 1/R/Rg g，一般有，一般有RRg g

57、/ R / Rg g 1 f fmaxmax，對調(diào)幅波的放大，對調(diào)幅波的放大就可以用窄帶放大器解決。就可以用窄帶放大器解決。因此載波放大被電阻應(yīng)變儀廣因此載波放大被電阻應(yīng)變儀廣泛采用。泛采用。四、載波放大電阻應(yīng)變儀的基本構(gòu)成四、載波放大電阻應(yīng)變儀的基本構(gòu)成 載波放大原理既可用于動態(tài)應(yīng)變也可用于靜態(tài)應(yīng)變，目前常規(guī)的應(yīng)變儀一般都采用交流電橋。載波放大電阻應(yīng)變儀的基本構(gòu)成如下：五、電阻應(yīng)變儀的電橋電路五、電阻應(yīng)變儀的電橋電路 1 1 應(yīng)變電橋應(yīng)變電橋 電橋盒 2予調(diào)平衡電路予調(diào)平衡電路 應(yīng)變片未變應(yīng)變片未變形時，應(yīng)變電橋應(yīng)保持平衡。形時，應(yīng)變電橋應(yīng)保持平衡。但實際上很難保證，因為應(yīng)變但實際上很難保證

58、，因為應(yīng)變片阻值不完全相同，導(dǎo)線長度片阻值不完全相同，導(dǎo)線長度有差異，接觸電阻不一致，橋有差異，接觸電阻不一致，橋源頻率較高時分布電容的作用源頻率較高時分布電容的作用顯著等因素常使電橋在測量之顯著等因素常使電橋在測量之前就失去了平衡，而且前就失去了平衡，而且不平衡不平衡度往往大于應(yīng)變片變形所引起度往往大于應(yīng)變片變形所引起的改變量，的改變量，從而使儀器無法正從而使儀器無法正常工作，所以必須設(shè)法使電橋常工作，所以必須設(shè)法使電橋能予調(diào)平衡。能予調(diào)平衡。 通常是由電阻平衡器和電容平衡通常是由電阻平衡器和電容平衡器來實現(xiàn)的。見圖。器來實現(xiàn)的。見圖。Rs 為大電阻，為大電阻，調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)RB1的滑動臂可改變的

59、滑動臂可改變AB和和BC電阻的比例，使電阻平衡條件得電阻的比例，使電阻平衡條件得以滿足；調(diào)節(jié)以滿足；調(diào)節(jié)R RB2的滑動臂可使的滑動臂可使AD和和 DC兩臂上的電容得到平衡。兩臂上的電容得到平衡。 對交流電橋而言，由于測量導(dǎo)線對交流電橋而言，由于測量導(dǎo)線和應(yīng)變片都有分布電容，所以電橋平衡條件不再是電和應(yīng)變片都有分布電容，所以電橋平衡條件不再是電阻平衡而應(yīng)該是阻平衡而應(yīng)該是阻抗平衡阻抗平衡：Z1Z3=Z2Z4阻抗包括實部和虛部，分別相等，可得出兩個平衡條阻抗包括實部和虛部，分別相等，可得出兩個平衡條件，根據(jù)電路的不同而不同。有一點可以肯定：實件，根據(jù)電路的不同而不同。有一點可以肯定：實部相等就是

60、電阻平衡條件，與電容無關(guān)；虛部的不部相等就是電阻平衡條件，與電容無關(guān)；虛部的不但包括電容也包括電阻，所以兩個平衡的調(diào)節(jié)互相但包括電容也包括電阻，所以兩個平衡的調(diào)節(jié)互相有影響，有影響，需要交替調(diào)節(jié)才能實現(xiàn)電阻、電容都平衡。需要交替調(diào)節(jié)才能實現(xiàn)電阻、電容都平衡。 用在橋臂上并聯(lián)電阻來模擬變形產(chǎn)生的電阻變化叫用在橋臂上并聯(lián)電阻來模擬變形產(chǎn)生的電阻變化叫電標(biāo)定。動態(tài)應(yīng)變測量記錄儀器得到應(yīng)變波形圖。電標(biāo)定。動態(tài)應(yīng)變測量記錄儀器得到應(yīng)變波形圖。為了方便從圖上測取應(yīng)變值，設(shè)計了標(biāo)定裝置，向為了方便從圖上測取應(yīng)變值，設(shè)計了標(biāo)定裝置，向記錄器提供一標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)變信號作為讀圖的比例尺。上記錄器提供一標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)變信號作為讀圖