第5章電阻應(yīng)變計

1、5-1應(yīng)變及其測量應(yīng)變及其測量5-2電阻應(yīng)變計的工作原理及構(gòu)造電阻應(yīng)變計的工作原理及構(gòu)造5-3電阻應(yīng)變計的分類電阻應(yīng)變計的分類5-4電阻應(yīng)變計的工作特性電阻應(yīng)變計的工作特性5-5電阻應(yīng)變計的粘貼和防護電阻應(yīng)變計的粘貼和防護 一、線應(yīng)變定義一、線應(yīng)變定義 若線段若線段x的變形為的變形為u，則，則平均線應(yīng)變平均線應(yīng)變xux xuxx 0lim一點的線一點的線應(yīng)變應(yīng)變 二、線應(yīng)變測定二、線應(yīng)變測定 測量方法：用測量方法：用線段線段x上的平均線應(yīng)變代替上的平均線應(yīng)變代替x中點的應(yīng)變。中點的應(yīng)變。5-1應(yīng)變及其測量應(yīng)變及其測量1、應(yīng)變計、應(yīng)變計直接測量構(gòu)件的應(yīng)變。直接測量構(gòu)件的應(yīng)變。電阻應(yīng)變計電阻應(yīng)變計

2、應(yīng)變儀應(yīng)變儀2、引伸計直接、引伸計直接測量變形測量變形機械引伸計機械引伸計光學(xué)引伸計光學(xué)引伸計電學(xué)引伸計電學(xué)引伸計類類型型平均應(yīng)變平均應(yīng)變000ldxlxx 應(yīng)變函數(shù)應(yīng)變函數(shù)中點應(yīng)變中點應(yīng)變平均應(yīng)變平均應(yīng)變誤差誤差21kxkx 2012klkx 2012klkx 3221kxkxkx 30220124klklkx 30220123klklkx 12201lk0三三 、應(yīng)變測量精度、應(yīng)變測量精度測量誤差與應(yīng)變計標距有關(guān)測量誤差與應(yīng)變計標距有關(guān)金屬絲的電阻金屬絲的電阻 ALR 用對數(shù)形式表示，并微分得用對數(shù)形式表示，并微分得 AdALdLdRdR 式中式中 LdL對圓截面對圓截面 22DdDAdA

3、一、電阻應(yīng)變計的工作原理一、電阻應(yīng)變計的工作原理5-2 電阻應(yīng)變計的工作原理及構(gòu)造電阻應(yīng)變計的工作原理及構(gòu)造 )21(dRdR1 2ddVmm()V Ks稱為金屬絲的應(yīng)變靈敏系數(shù)稱為金屬絲的應(yīng)變靈敏系數(shù) 在一定范圍內(nèi)，對特定材料和加工方法，電阻在一定范圍內(nèi)，對特定材料和加工方法，電阻變化率與其應(yīng)變之間成線性關(guān)系（如康銅等）。變化率與其應(yīng)變之間成線性關(guān)系（如康銅等）。SdR RK 1212sdRmKR 二、電阻應(yīng)變計的構(gòu)造二、電阻應(yīng)變計的構(gòu)造 電阻應(yīng)變計由電阻應(yīng)變計由敏感柵敏感柵、基底基底、覆蓋層覆蓋層、粘接粘接劑劑、引出線引出線組成。組成。1、敏感柵、敏感柵 敏感柵由金屬絲（或金屬箔）制作而成

4、，敏感柵由金屬絲（或金屬箔）制作而成，其作其作用是將被測構(gòu)件的表面應(yīng)變轉(zhuǎn)化為電阻變化量。用是將被測構(gòu)件的表面應(yīng)變轉(zhuǎn)化為電阻變化量。v 敏感柵材料應(yīng)具備的特性：敏感柵材料應(yīng)具備的特性： （1）靈敏系數(shù)）靈敏系數(shù)Ks大，且在較大范圍內(nèi)保持不變。大，且在較大范圍內(nèi)保持不變。 （2）電阻率高。）電阻率高。 （3）電阻溫度系數(shù)小且在較大范圍內(nèi)穩(wěn)定。）電阻溫度系數(shù)小且在較大范圍內(nèi)穩(wěn)定。 （4）彈性極限高于被測構(gòu)件彈性極限。）彈性極限高于被測構(gòu)件彈性極限。 （5）易于加工成絲或箔。）易于加工成絲或箔。Fe55.5,Ni36,Cr8,Mo0.5Pt92,W8Pt8090,Ir1020Pt100Ni74,Cr2

5、0,Al3,Fe3Ni80,Cr20Cu55,Ni45成分成分%主要用于動態(tài)應(yīng)主要用于動態(tài)應(yīng)變測量變測量3000.843.6鐵鎳鉻鐵鎳鉻合金合金2270.683.5鉑鎢鉑鎢8500.326鉑銥鉑銥貴金屬貴金屬及合金及合金主要用于高溫主要用于高溫應(yīng)變測量應(yīng)變測量39000.090.1146鉑鉑常用于高精度應(yīng)變常用于高精度應(yīng)變測量和制作傳感器測量和制作傳感器201.241.422.42.6卡瑪卡瑪適于動態(tài)應(yīng)變和適于動態(tài)應(yīng)變和制作小應(yīng)變計制作小應(yīng)變計1001301.01.12.12.3鎳鉻鎳鉻鎳鉻鎳鉻合金合金用于常、中溫靜用于常、中溫靜載及大應(yīng)變測量載及大應(yīng)變測量200.450.521.92.1康銅

6、康銅銅鎳銅鎳合金合金備注備注電阻溫度電阻溫度系數(shù)系數(shù)10-6/C電阻率電阻率W Wmm2/m靈敏靈敏系數(shù)系數(shù)牌號牌號或名稱或名稱材料材料名稱名稱敏感柵常用材料的物理性能敏感柵常用材料的物理性能2、基底、基底 基底基底的作用是將敏感柵和引出線定位，并保證的作用是將敏感柵和引出線定位，并保證敏感柵與構(gòu)件之間的絕緣電阻。敏感柵與構(gòu)件之間的絕緣電阻?；撞牧蠎?yīng)滿足的特性：基底材料應(yīng)滿足的特性： （1）厚度小，機械強度高，可撓性好。）厚度小，機械強度高，可撓性好。 （2）與粘接劑粘合能力強。）與粘接劑粘合能力強。 （3）抗潮濕，絕緣性能好。）抗潮濕，絕緣性能好。 （4）熱穩(wěn)定性好。）熱穩(wěn)定性好。 （5）

7、無機械滯后。）無機械滯后。 （6）稍透明，便于觀察應(yīng)變計安裝。）稍透明，便于觀察應(yīng)變計安裝。常用基底：常用基底：紙基、膠膜和玻璃纖維布紙基、膠膜和玻璃纖維布3、覆蓋層、覆蓋層 用于保護敏感柵，常采用和基底相同材料。用于保護敏感柵，常采用和基底相同材料。4、粘結(jié)劑、粘結(jié)劑 將敏感柵固結(jié)與基底和覆蓋層之間。將敏感柵固結(jié)與基底和覆蓋層之間。5、引出線、引出線 從敏感柵引出電信號的金屬絲或金屬箔帶。從敏感柵引出電信號的金屬絲或金屬箔帶。一、按敏感柵制造工藝分類一、按敏感柵制造工藝分類 1、絲式應(yīng)變計、絲式應(yīng)變計v絲繞式絲繞式 優(yōu)點優(yōu)點：工藝簡單，價格便宜，對溫度無限制。工藝簡單，價格便宜，對溫度無限制

8、。 缺點缺點：橫向效應(yīng)大，尺寸較大（不能小于橫向效應(yīng)大，尺寸較大（不能小于2mm）。）。v短接式短接式 優(yōu)點優(yōu)點：橫向效應(yīng)小。橫向效應(yīng)小。 缺點缺點：不耐疲勞，不適宜高溫。不耐疲勞，不適宜高溫。5-3 電阻應(yīng)變計的分類電阻應(yīng)變計的分類 2、箔式應(yīng)變計、箔式應(yīng)變計v制作尺寸準確，分散度小，可用于小應(yīng)變計制作尺寸準確，分散度小，可用于小應(yīng)變計（柵長小于（柵長小于0.2mm）。）。v橫向效應(yīng)小橫向效應(yīng)小.v應(yīng)變傳遞更準確，散熱性能好。應(yīng)變傳遞更準確，散熱性能好。v蠕變、機械滯后小，疲勞壽命高。蠕變、機械滯后小，疲勞壽命高。v應(yīng)變極限高。應(yīng)變極限高。二、按敏感柵結(jié)構(gòu)分類二、按敏感柵結(jié)構(gòu)分類 1、單軸應(yīng)

9、變計、單軸應(yīng)變計 用于測量單向應(yīng)力。用于測量單向應(yīng)力。2、平行軸（同軸）多柵應(yīng)變計、平行軸（同軸）多柵應(yīng)變計 用于測量應(yīng)力分布。用于測量應(yīng)力分布。3、多軸應(yīng)變計（應(yīng)變花）、多軸應(yīng)變計（應(yīng)變花） 用于測量平面應(yīng)力狀態(tài)。用于測量平面應(yīng)力狀態(tài)。 三、按敏感柵標距分類三、按敏感柵標距分類1、小應(yīng)變計、小應(yīng)變計 L2mm的應(yīng)變計的應(yīng)變計 。適用于均質(zhì)材料、應(yīng)力。適用于均質(zhì)材料、應(yīng)力梯度大的區(qū)域。梯度大的區(qū)域。2、大應(yīng)變計、大應(yīng)變計 L30mm的應(yīng)變計。適用于非均質(zhì)材料，要的應(yīng)變計。適用于非均質(zhì)材料，要求求L4d（d為骨料直徑）為骨料直徑）3、普通應(yīng)變計、普通應(yīng)變計 2L30mm的應(yīng)變計，用于的應(yīng)變計，用

10、于均質(zhì)材料、應(yīng)力均質(zhì)材料、應(yīng)力梯度不大的區(qū)域。梯度不大的區(qū)域。 L四、按使用溫度分類四、按使用溫度分類 1、常溫應(yīng)變計：、常溫應(yīng)變計：工作溫度范圍工作溫度范圍-3060C2、中溫應(yīng)變計：、中溫應(yīng)變計：最高溫度在最高溫度在60 300 C范圍范圍3、高溫應(yīng)變計：、高溫應(yīng)變計：最高溫度高于最高溫度高于300 C4、低溫應(yīng)變計：、低溫應(yīng)變計：最低溫度低于最低溫度低于-30 C210.6%室溫下室溫下橫向效應(yīng)橫向效應(yīng)105106107疲勞壽命疲勞壽命室溫下室溫下疲勞壽命疲勞壽命362413%/100C%工作溫度內(nèi)平均工作溫度內(nèi)平均變化變化1度對平均分散度對平均分散靈敏系數(shù)的靈敏系數(shù)的溫度系數(shù)溫度系數(shù)8

11、1031042104m mm/m室溫下室溫下應(yīng)變極限應(yīng)變極限1032103104MW W室溫下室溫下絕緣電阻絕緣電阻420021001.560m mm/mC-1m mm/m平均熱輸出系數(shù)平均熱輸出系數(shù)對平均熱輸出的分散對平均熱輸出的分散熱輸出熱輸出1053m mm/m室溫下一小時室溫下一小時蠕變?nèi)渥?53m mm/m室溫下室溫下機械滯后機械滯后321%對平均值的分散對平均值的分散靈敏系數(shù)靈敏系數(shù)2.00.81.50.51.00.3%對標稱值的偏差對標稱值的偏差對平均值的允差對平均值的允差應(yīng)變計電阻應(yīng)變計電阻CBA級別級別說明說明工作特性工作特性用于應(yīng)變分析的應(yīng)變計單項技術(shù)指標（用于應(yīng)變分析的應(yīng)

12、變計單項技術(shù)指標（GB/T13992-2010） （ P.84 ）（單柵）（單柵）一、應(yīng)變計電阻（一、應(yīng)變計電阻（R） 應(yīng)變計在未安裝、不受外力，且在室溫情況應(yīng)變計在未安裝、不受外力，且在室溫情況下測定的電阻值。下測定的電阻值。 推薦電阻可用推薦電阻可用60W W，120W120W，350W350W，600W600W，100W100W。常用。常用120W120W。5-4 應(yīng)變計的工作特性應(yīng)變計的工作特性二、靈敏系數(shù)（二、靈敏系數(shù)（K） 1、定義、定義 在單向應(yīng)力狀態(tài)點在單向應(yīng)力狀態(tài)點 ，將應(yīng)變計軸向沿非零應(yīng)，將應(yīng)變計軸向沿非零應(yīng)力方向粘貼，則力方向粘貼，則 RRK 應(yīng)變計的靈敏系數(shù)應(yīng)變計的靈敏

13、系數(shù)2、測定方法、測定方法CDE裝置為純彎梁（或等強度梁），保證測點是單向應(yīng)力裝置為純彎梁（或等強度梁），保證測點是單向應(yīng)力材料力學(xué)材料力學(xué) yx2hR fllRRCDE)cos1( Rf22 R2lfh 22lR CDE應(yīng)變儀可測應(yīng)變儀可測 R/R，撓度計可測，撓度計可測 x 撓度計撓度計應(yīng)變計應(yīng)變計3、K值的確定值的確定 抽樣法確定，樣本應(yīng)變計分別貼在梁上、下抽樣法確定，樣本應(yīng)變計分別貼在梁上、下兩側(cè)，雙向等幅加載，分別記錄，重復(fù)三次。若兩側(cè)，雙向等幅加載，分別記錄，重復(fù)三次。若用應(yīng)變儀測量用應(yīng)變儀測量 niiKnK11靈敏系數(shù)靈敏系數(shù) di 同一應(yīng)變計三次受拉、受壓時應(yīng)變儀讀數(shù)同一應(yīng)變計

14、三次受拉、受壓時應(yīng)變儀讀數(shù) 與應(yīng)變儀初讀數(shù)之差的平均值與應(yīng)變儀初讀數(shù)之差的平均值 2 00diixK. 單只應(yīng)變計靈敏系數(shù)單只應(yīng)變計靈敏系數(shù) x 梁受拉、受壓時表面應(yīng)變絕對值的平均值梁受拉、受壓時表面應(yīng)變絕對值的平均值 三、機械滯后（三、機械滯后（Z） 已安裝應(yīng)變計，在恒定溫度時，增加和減少機已安裝應(yīng)變計，在恒定溫度時，增加和減少機械應(yīng)變過程中，同一機械應(yīng)變下指示應(yīng)變的差值械應(yīng)變過程中，同一機械應(yīng)變下指示應(yīng)變的差值Z。指示應(yīng)變指示應(yīng)變真實應(yīng)變真實應(yīng)變Z 標定機械滯后裝置與標定靈敏系數(shù)裝置相同，反標定機械滯后裝置與標定靈敏系數(shù)裝置相同，反復(fù)加卸載三次，取其中絕對值最大的作為單只應(yīng)變計復(fù)加卸載三次

15、，取其中絕對值最大的作為單只應(yīng)變計的機械滯后量。樣本平均值為整批應(yīng)變計的機械滯后。的機械滯后量。樣本平均值為整批應(yīng)變計的機械滯后。四、蠕變（四、蠕變（ ） 已安裝應(yīng)變計在某一恒定的機械應(yīng)變作用下，且已安裝應(yīng)變計在某一恒定的機械應(yīng)變作用下，且溫度不變時，指示應(yīng)變隨時間變化的現(xiàn)象稱為蠕變溫度不變時，指示應(yīng)變隨時間變化的現(xiàn)象稱為蠕變。v減小機械滯后的措施：減小機械滯后的措施：（1）采用高質(zhì)量的應(yīng)變計；）采用高質(zhì)量的應(yīng)變計；（2）固化完全；）固化完全；（3）在正式測量前，預(yù)先加、卸載）在正式測量前，預(yù)先加、卸載35次。次。五、橫向效應(yīng)系數(shù)（五、橫向效應(yīng)系數(shù)（H） 1、定義、定義 單向應(yīng)變狀態(tài)下，應(yīng)變計

16、的橫向靈敏系數(shù)單向應(yīng)變狀態(tài)下，應(yīng)變計的橫向靈敏系數(shù)Ky與與軸向靈敏系數(shù)軸向靈敏系數(shù)Kx之比。之比。xy100yxKH%K 應(yīng)變計的橫向效應(yīng)系數(shù)應(yīng)變計的橫向效應(yīng)系數(shù)yxRRRRRR yyxxKK )1(HKxyxx 1xxxRRKRR 2yxyRRKRR FyR1x2、橫向效應(yīng)系數(shù)的測定、橫向效應(yīng)系數(shù)的測定FR2100yxKH%K 21100R R%R R 1dxRKR 儀儀2dyRKR 儀儀100dydxH% 標定時，在標定時，在y方向粘貼被測應(yīng)變計，另在方向粘貼被測應(yīng)變計，另在x向粘向粘貼兩枚以上的應(yīng)變計作為標示應(yīng)變計。貼兩枚以上的應(yīng)變計作為標示應(yīng)變計。 單只應(yīng)變計橫向效應(yīng)系數(shù)單只應(yīng)變計橫向

17、效應(yīng)系數(shù)100idydxH% idy 單只應(yīng)變計加卸載三次應(yīng)變讀數(shù)差的平均值單只應(yīng)變計加卸載三次應(yīng)變讀數(shù)差的平均值 dx 全部標示應(yīng)變計加卸載三次應(yīng)變讀數(shù)差的總?cè)繕耸緫?yīng)變計加卸載三次應(yīng)變讀數(shù)差的總 平均值平均值 11niiHHn 六、靈敏系數(shù)的溫度系數(shù)（六、靈敏系數(shù)的溫度系數(shù)（ ） 反映應(yīng)變計在工作范圍，靈敏系數(shù)隨溫度變化反映應(yīng)變計在工作范圍，靈敏系數(shù)隨溫度變化的規(guī)律。每的規(guī)律。每100度靈敏系數(shù)變化率度靈敏系數(shù)變化率七、熱輸出（七、熱輸出（ t） 已安裝于構(gòu)件上的應(yīng)變計，由于構(gòu)件和應(yīng)變計已安裝于構(gòu)件上的應(yīng)變計，由于構(gòu)件和應(yīng)變計溫度變化，而產(chǎn)生的應(yīng)變計輸出值。溫度變化，而產(chǎn)生的應(yīng)變計輸出值。八、漂移（八、漂移（P） 已安裝應(yīng)變計在溫度恒定、試件不受力條件下，已安裝應(yīng)變計在溫度恒定、試件不受力條件下，指示應(yīng)變隨時間的變化。指示應(yīng)變隨時間的變化。 00101001100nitmKimKKd%nttK kd九、絕緣電阻（九、絕緣電阻（Rm） 已