第5章電阻應(yīng)變計(jì)

第5章電阻應(yīng)變計(jì)§5-1應(yīng)變及其測量

§5-2電阻應(yīng)變計(jì)的工作原理及構(gòu)造

§5-3電阻應(yīng)變計(jì)的分類

§5-4電阻應(yīng)變計(jì)的工作特性

§5-5電阻應(yīng)變計(jì)的粘貼和防護(hù)

一、線應(yīng)變定義

若線段Δx的變形為Δu，則平均線應(yīng)變一點(diǎn)的線應(yīng)變二、線應(yīng)變測定

測量方法：用線段Δx上的平均線應(yīng)變代替Δx中點(diǎn)的應(yīng)變?！?-1應(yīng)變及其測量1、應(yīng)變計(jì)直接測量構(gòu)件的應(yīng)變。電阻應(yīng)變計(jì)應(yīng)變儀2、引伸計(jì)直接測量變形機(jī)械引伸計(jì)光學(xué)引伸計(jì)電學(xué)引伸計(jì)類型平均應(yīng)變應(yīng)變函數(shù)中點(diǎn)應(yīng)變平均應(yīng)變誤差三、應(yīng)變測量精度測量誤差與應(yīng)變計(jì)標(biāo)距有關(guān)金屬絲的電阻用對數(shù)形式表示，并微分得

式中對圓截面一、電阻應(yīng)變計(jì)的工作原理§5-2電阻應(yīng)變計(jì)的工作原理及構(gòu)造Ks——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，電阻變化率與其應(yīng)變之間成線性關(guān)系（如康銅等）。二、電阻應(yīng)變計(jì)的構(gòu)造

電阻應(yīng)變計(jì)由敏感柵、基底、覆蓋層、粘接劑、引出線組成。1、敏感柵

敏感柵由金屬絲（或金屬箔）制作而成，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。敏感柵材料應(yīng)具備的特性：（1）靈敏系數(shù)Ks大，且在較大范圍內(nèi)保持不變。（2）電阻率高。（3）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。（5）易于加工成絲或箔。Fe55.5,Ni36,Cr8,Mo0.5Pt92,W8Pt80~90,Ir10~20Pt100Ni74,Cr20,Al3,Fe3Ni80,Cr20Cu55,Ni45成分%主要用于動(dòng)態(tài)應(yīng)變測量3000.843.6鐵鎳鉻合金2270.683.5鉑鎢8500.326鉑銥貴金屬及合金主要用于高溫應(yīng)變測量39000.09~0.114~6鉑常用于高精度應(yīng)變測量和制作傳感器±201.24~1.422.4~2.6卡瑪適于動(dòng)態(tài)應(yīng)變和制作小應(yīng)變計(jì)100~1301.0~1.12.1~2.3鎳鉻鎳鉻合金用于常、中溫靜載及大應(yīng)變測量±200.45~0.521.9~2.1康銅銅鎳合金備注電阻溫度系數(shù)10-6/°C電阻率Wmm2/m靈敏系數(shù)牌號或名稱材料名稱敏感柵常用材料的物理性能2、基底

基底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。基底材料應(yīng)滿足的特性：（1）厚度小，機(jī)械強(qiáng)度高，可撓性好。（2）與粘接劑粘合能力強(qiáng)。（3）抗潮濕，絕緣性能好。（4）熱穩(wěn)定性好。

（5）無機(jī)械滯后。（6）稍透明，便于觀察應(yīng)變計(jì)安裝。常用基底：紙基、膠膜和玻璃纖維布3、覆蓋層用于保護(hù)敏感柵，常采用和基底相同材料。4、粘結(jié)劑將敏感柵固結(jié)與基底和覆蓋層之間。5、引出線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1、絲式應(yīng)變計(jì)絲繞式

優(yōu)點(diǎn)：工藝簡單，價(jià)格便宜，對溫度無限制。

缺點(diǎn)：橫向效應(yīng)大，尺寸較大（不能小于2mm）。短接式

優(yōu)點(diǎn)：橫向效應(yīng)小。

缺點(diǎn)：不耐疲勞，不適宜高溫。§5-3電阻應(yīng)變計(jì)的分類2、箔式應(yīng)變計(jì)制作尺寸準(zhǔn)確，分散度小，可用于小應(yīng)變計(jì)（柵長小于0.2mm）。橫向效應(yīng)小.應(yīng)變傳遞更準(zhǔn)確，散熱性能好。蠕變、機(jī)械滯后小，疲勞壽命高。應(yīng)變極限高。二、按敏感柵結(jié)構(gòu)分類1、單軸應(yīng)變計(jì)用于測量單向應(yīng)力。2、平行軸（同軸）多柵應(yīng)變計(jì)用于測量應(yīng)力分布。3、多軸應(yīng)變計(jì)（應(yīng)變花）用于測量平面應(yīng)力狀態(tài)。三、按敏感柵標(biāo)距分類1、小應(yīng)變計(jì)L＜2mm的應(yīng)變計(jì)

。適用于均質(zhì)材料、應(yīng)力梯度大的區(qū)域。2、大應(yīng)變計(jì)

L＞30mm的應(yīng)變計(jì)。適用于非均質(zhì)材料，要求L≥4d（d為骨料直徑）3、普通應(yīng)變計(jì)2≤L≤30mm的應(yīng)變計(jì)，用于均質(zhì)材料、應(yīng)力梯度不大的區(qū)域。L四、按使用溫度分類

1、常溫應(yīng)變計(jì)：工作溫度范圍-30°~60°C2、中溫應(yīng)變計(jì)：最高溫度在60°~300°C范圍3、高溫應(yīng)變計(jì)：最高溫度高于300°C4、低溫應(yīng)變計(jì)：最低溫度低于-30°C210.6±%室溫下橫向效應(yīng)105106107疲勞壽命室溫下疲勞壽命362413±%/100°C±%工作溫度內(nèi)平均變化1度對平均分散靈敏系數(shù)的溫度系數(shù)8×1031042×104mm/m室溫下應(yīng)變極限1032×103104MW室溫下絕緣電阻420021001.560mm/mC-1±m(xù)m/m平均熱輸出系數(shù)對平均熱輸出的分散熱輸出1053mm/m室溫下一小時(shí)蠕變853mm/m室溫下機(jī)械滯后321±%對平均值的分散靈敏系數(shù)2.00.81.50.51.00.3±%±%對標(biāo)稱值的偏差對平均值的允差應(yīng)變計(jì)電阻CBA級別說明工作特性用于應(yīng)變分析的應(yīng)變計(jì)單項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)（GB/T13992-2010）（P.84

）（單柵）一、應(yīng)變計(jì)電阻（R）

應(yīng)變計(jì)在未安裝、不受外力，且在室溫情況下測定的電阻值。推薦電阻可用60W，120W，350W，600W，100W。常用120W?！?-4應(yīng)變計(jì)的工作特性二、靈敏系數(shù)（K）1、定義

在單向應(yīng)力狀態(tài)點(diǎn)，將應(yīng)變計(jì)軸向沿非零應(yīng)力方向粘貼，則——應(yīng)變計(jì)的靈敏系數(shù)2、測定方法CDE裝置為純彎梁（或等強(qiáng)度梁），保證測點(diǎn)是單向應(yīng)力材料力學(xué)θfllRRθCDECDE應(yīng)變儀可測DR/R，撓度計(jì)可測ex

撓度計(jì)應(yīng)變計(jì)3、K值的確定抽樣法確定，樣本應(yīng)變計(jì)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。若用應(yīng)變儀測量

靈敏系數(shù)

—同一應(yīng)變計(jì)三次受拉、受壓時(shí)應(yīng)變儀讀數(shù)與應(yīng)變儀初讀數(shù)之差的平均值

單只應(yīng)變計(jì)靈敏系數(shù)

—梁受拉、受壓時(shí)表面應(yīng)變絕對值的平均值

三、機(jī)械滯后（Z）已安裝應(yīng)變計(jì)，在恒定溫度時(shí)，增加和減少機(jī)械應(yīng)變過程中，同一機(jī)械應(yīng)變下指示應(yīng)變的差值Z。指示應(yīng)變真實(shí)應(yīng)變Z標(biāo)定機(jī)械滯后裝置與標(biāo)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(jì)的機(jī)械滯后量。樣本平均值為整批應(yīng)變計(jì)的機(jī)械滯后。四、蠕變（q）已安裝應(yīng)變計(jì)在某一恒定的機(jī)械應(yīng)變作用下，且溫度不變時(shí)，指示應(yīng)變隨時(shí)間變化的現(xiàn)象稱為蠕變。減小機(jī)械滯后的措施：（1）采用高質(zhì)量的應(yīng)變計(jì)；（2）固化完全；（3）在正式測量前，預(yù)先加、卸載3～5次。五、橫向效應(yīng)系數(shù)（H）1、定義單向應(yīng)變狀態(tài)下，應(yīng)變計(jì)的橫向靈敏系數(shù)Ky與軸向靈敏系數(shù)Kx之比。xy——應(yīng)變計(jì)的橫向效應(yīng)系數(shù)FyR1x2、橫向效應(yīng)系數(shù)的測定FR2標(biāo)定時(shí)，在y方向粘貼被測應(yīng)變計(jì)，另在x向粘貼兩枚以上的應(yīng)變計(jì)作為標(biāo)示應(yīng)變計(jì)。單只應(yīng)變計(jì)橫向效應(yīng)系數(shù)—單只應(yīng)變計(jì)加卸載三次應(yīng)變讀數(shù)差的平均值

—全部標(biāo)示應(yīng)變計(jì)加卸載三次應(yīng)變讀數(shù)差的總平均值

六、靈敏系數(shù)的溫度系數(shù)（）

反映應(yīng)變計(jì)在工作范圍，靈敏系數(shù)隨溫度變化的規(guī)律。每100度靈敏系數(shù)變化率七、熱輸出（et）已安裝于構(gòu)件上的應(yīng)變計(jì)，由于構(gòu)件和應(yīng)變計(jì)溫度變化，而產(chǎn)生的應(yīng)變計(jì)輸出值。八、漂移（P）

已安裝應(yīng)變計(jì)在溫度恒定、試件不受力條件下，指示應(yīng)變隨時(shí)間的變化。九、絕緣電