应力应变测量-PPT..ppt

应力应变测量应力应变测量在工程中，应力、应变是很常用的机在工程中，应力、应变是很常用的机械参量。通过对机械零件和机械结构械参量。通过对机械零件和机械结构的应变、应力测量，可以分析其受力的应变、应力测量，可以分析其受力状况和工作状态，验证设计计算，确状况和工作状态，验证设计计算，确定工作过程和某些物理现象的机理。定工作过程和某些物理现象的机理。第一节第一节 应变与应力的测量应变与应力的测量应力是一重要的机械量，它表征了构件的受载状态，负载水应力是一重要的机械量，它表征了构件的受载状态，负载水平和强度能力，因此应力测量是其它力参数测量的基础。应平和强度能力，因此应力测量是其它力参数测量的基础。应力的测量，实质上是先测量应变，然后计算出应力的大小。力的测量，实质上是先测量应变，然后计算出应力的大小。一、应变的测量一、应变的测量 常用的力测量方法是用应变片和常用的力测量方法是用应变片和应变仪应变仪测量构件的表面应变。测量构件的表面应变。R电阻应变片电阻应变片U 测量电路测量电路 1 1 应变的测量的原理应变的测量的原理应变片粘贴在试件上应变片粘贴在试件上,当试件变形时应变片随之而变形，这当试件变形时应变片随之而变形，这时应变片的电阻值也发生变化。时应变片的电阻值也发生变化。显示与记录显示与记录第一节第一节电阻应变片电阻应变片第一节第一节 电阻应变片电阻应变片 电阻应变式传感器可以用于测量应变、力、位移、加速度、扭矩等参数。具有体积小、动态响应快、测量精确度高、使用简便等优点。在航空、船舶、机械、建筑等行业里获得广泛应用。电阻应变式传感器可分为金金属属电电阻阻应应变变片片式式与半导体应变片式半导体应变片式两类。第一节第一节电阻应变片电阻应变片 一、金属电阻应变片一、金属电阻应变片 常用的金属电阻应变片有丝丝式式和箔箔式式两种。其工作原理都是基于应变片发生机械变形时，其电阻值发生变化。金属丝电阻应变片(又 称电阻丝应变片)出现得 较早，现仍在广泛采用。其典型结构如图所示。把 一根具有高电阻率的金属丝(康铜或镍铬合金等)绕成栅形，粘贴在绝缘的基片和覆盖层之间，由引出导线接于电路上。第一节第一节电阻应变片电阻应变片金属箔式应变片则是用栅状金属箔片代替栅状金属丝。金属金属箔式应变片则是用栅状金属箔片代替栅状金属丝。金属箔栅系用光刻技术制造，适于大批量生产。其线条均匀，尺箔栅系用光刻技术制造，适于大批量生产。其线条均匀，尺寸准确，阻值一致性好。箔片厚约寸准确，阻值一致性好。箔片厚约1 110m10m，散热好，粘结，散热好，粘结情况好，传递试件应变性能好。因此目前使用的多系金属箔情况好，传递试件应变性能好。因此目前使用的多系金属箔式应变片。式应变片。电阻应变计(片)（1 1）直径为）直径为0.003mm0.01mm0.003mm0.01mm的合金丝绕成栅状制成的的合金丝绕成栅状制成的丝绕式电阻应变计；丝绕式电阻应变计；（2 2）箔材经光刻腐蚀工艺制成的栅状箔式电阻应变计。）箔材经光刻腐蚀工艺制成的栅状箔式电阻应变计。8电阻应变计种类按基片上敏感栅的个数划分：单轴应变计，多轴应变计。按基片上敏感栅的个数划分：单轴应变计，多轴应变计。单轴应变计单轴应变计双轴应变计双轴应变计 9090 应变花应变花双轴应变计（双轴应变计（9090 应变花）应变花）三轴应变计（三轴应变计（4545 应变花）应变花）单轴应变片敏感栅只有一根轴线，用于测量单向应变。应变花：双轴二轴三轴三轴用于测量平面应变状态。电阻应变计种类FFFFll电阻应变计工作原理应变片感受到的应变应变片感受到的应变第一节第一节电阻应变片电阻应变片 RlA当当每每一一可可变变因因素素分分别别有有一一增增量量dl、dA和和d时时，所所引起的电阻增量为引起的电阻增量为:式中：式中：A=r2，r为电阻丝半径，为电阻丝半径，第一节第一节电阻应变片电阻应变片 电阻的相对变化率电阻的相对变化率式式中中-电电阻阻丝丝轴轴线线相相对对变变形形，或或称称纵纵向向应变应变-电阻丝轴线相对变形，或称横向应变电阻丝轴线相对变形，或称横向应变 当电阻丝沿轴向伸长时，必沿径向缩小，两者之间的关系为当电阻丝沿轴向伸长时，必沿径向缩小，两者之间的关系为 式中式中电阻丝材料的泊松比；电阻丝材料的泊松比；d电阻丝电阻率电阻丝电阻率相对变化，与电阻丝轴向所受正应力相对变化，与电阻丝轴向所受正应力有关。有关。第一节第一节电阻应变片电阻应变片 式中式中 E E 电阻丝材料的弹性模量；电阻丝材料的弹性模量；压阻系数，与材质有关。压阻系数，与材质有关。从而得到：从而得到：第一节第一节电阻应变片电阻应变片(1(1十十2)2)项是由电阻丝几何尺寸改变所引起的。对于同一电项是由电阻丝几何尺寸改变所引起的。对于同一电阻材料，阻材料，1 1十十22是常数。是常数。EE项是由电阻丝的电阻率随应变项是由电阻丝的电阻率随应变的改变而引起的。对于金属电阻丝来说，的改变而引起的。对于金属电阻丝来说，EE是很小的，可忽是很小的，可忽略。上式可简化为：略。上式可简化为：上式表明了电阻相对变化率与应变成正比上式表明了电阻相对变化率与应变成正比 电阻应变片的应变系数或灵敏度电阻应变片的应变系数或灵敏度。用用于于制制造造电电阻阻应应变变片片的的电电阻阻丝丝的的灵灵敏敏度度k k，多多在在1.71.73.63.6之间。之间。一一般般市市售售电电阻阻应应变变片片的的标标准准阻阻值值有有60、120、350、600和和1000等等。其其中中以以120为为最最常常用用。应应变变片的尺寸可根据使用要求来选定。片的尺寸可根据使用要求来选定。第一节第一节电阻应变片电阻应变片16电阻应变计电阻应变计主要性能参数主要性能参数l lb b 注意：注意：R R和和 k k 都是都是标称值标称值 电阻应变片的种类、材料和参数电阻应变片的种类、材料和参数1.电阻应变片的种类电阻应变片的种类电阻应变片的种类繁多，分类方法各异，如可电阻应变片的种类繁多，分类方法各异，如可分为：分为：丝式应变片丝式应变片箔箔式式应变片应变片薄膜应变片薄膜应变片半导体应变片半导体应变片（1）丝式应变片）丝式应变片回线式应变片回线式应变片将电阻丝绕制成敏感栅粘贴在各种绝缘基层上而将电阻丝绕制成敏感栅粘贴在各种绝缘基层上而制成的，是一种常用的应变片。制成的，是一种常用的应变片。短接式应变片短接式应变片敏感栅平行安放，两端用直径比栅丝直径大敏感栅平行安放，两端用直径比栅丝直径大510倍的镀银丝短接而构成。优点：克服了回线式应变倍的镀银丝短接而构成。优点：克服了回线式应变片的横向效应。片的横向效应。缺点：由于焊点多，在冲击、振动试验条件下，缺点：由于焊点多，在冲击、振动试验条件下，易在焊接点处出现疲劳破坏。易在焊接点处出现疲劳破坏。（2）箔式应变片）箔式应变片利用照相制版或光刻腐蚀的方法，将电阻箔材在利用照相制版或光刻腐蚀的方法，将电阻箔材在绝缘基底下制成各种图形而成。绝缘基底下制成各种图形而成。主要优点是：主要优点是：制造技术能保证敏感栅尺寸正确、线条均匀，可制造技术能保证敏感栅尺寸正确、线条均匀，可制成任意形状以适应不同的测量要求；制成任意形状以适应不同的测量要求；敏感栅界面为矩形，表面积对截面积之比远比圆敏感栅界面为矩形，表面积对截面积之比远比圆断面的大，故粘合面积大；断面的大，故粘合面积大；敏感栅薄而宽，粘结情况好，传递试件应变性能敏感栅薄而宽，粘结情况好，传递试件应变性能好；好；散热性能好，允许通过较大的工作电流，从而增散热性能好，允许通过较大的工作电流，从而增大输出信号；大输出信号；敏感栅弯头横向效应可忽略，蠕变、机械滞后较敏感栅弯头横向效应可忽略，蠕变、机械滞后较小，疲劳寿命高小，疲劳寿命高。（3）薄膜应变片）薄膜应变片薄膜应变片是采用真空蒸发或真空沉积等方法，薄膜应变片是采用真空蒸发或真空沉积等方法，将电阻材料在基底上制成一层各种形式敏感栅而形成将电阻材料在基底上制成一层各种形式敏感栅而形成其厚度在其厚度在0.1 m以下。以下。第一节第一节电阻应变片电阻应变片(4)半导体应变片半导体应变片 半导体应变片的工作原理是基于半导体材料的半导体应变片的工作原理是基于半导体材料的压阻效应压阻效应。所所谓谓压压阻阻效效应应是是指指单单晶晶半半导导体体材材料料在在沿沿某某一一轴轴向向受受到到外外力作用力作用时，时，其电阻率其电阻率发生变化的现象。发生变化的现象。从半导体物理可知，半导体在压力、从半导体物理可知，半导体在压力、温度及光辐射作用下，能使其电阻率温度及光辐射作用下，能使其电阻率发生很大变化。发生很大变化。分析表明，单晶半导体在外力作用下，分析表明，单晶半导体在外力作用下，原子点阵排列规律发生变化，导致载流原子点阵排列规律发生变化，导致载流子迁移率及载流子浓度的变化，从而引子迁移率及载流子浓度的变化，从而引起电阻率的变化。起电阻率的变化。分分析析表表明明，单单晶晶半半导导体体在在外外力力作作用用下下，原原子子点点阵阵排排列列规规律律发发生生变变化化，导导致致载载流流子子迁迁移移率率及及载载流流子子浓浓度度的的变变化化，从而引起电阻率的变化。从而引起电阻率的变化。(1(1十十2)2)项项是是由由几几何何尺尺寸寸变变化化引引起起的的，EE是是由由于于电电阻阻率率变变化化而而引引起起的的。对对半半导导体体面面言言，后后者者远远远远大大于于前前者者，它是半导体应变片电阻变化的主要部分，故上式可简化为它是半导体应变片电阻变化的主要部分，故上式可简化为 第一节第一节电阻应变片电阻应变片第一节第一节电阻应变片电阻应变片 半导体应变片灵敏度半导体应变片灵敏度这一数值比金属丝电阻应变片大这一数值比金属丝电阻应变片大50一一70倍。倍。半导体应变片半导体应变片优点：灵敏度高，机械滞后小、横向效应小、体积小等。优点：灵敏度高，机械滞后小、横向效应小、体积小等。缺点：温度稳定性能差、灵敏度分散度大缺点：温度稳定性能差、灵敏度分散度大(由于晶向、杂质由于晶向、杂质等因素的影响等因素的影响)以及在较大应变作用下，非线性误差大等，以及在较大应变作用下，非线性误差大等，这些缺点给使用带来一定困难。这些缺点给使用带来一定困难。应变片的后续电路为电桥电路。应变片的后续电路为电桥电路。第二节第二节应变片的主要特性应变片的主要特性第二节第二节 应变片的主要特性应变片的主要特性一一横向效应横向效应二二温度误差及其补偿温度误差及其补偿第二节第二节应变片的主要特性应变片的主要特性（一）横向效应（一）横向效应敏感栅是由多条直线和圆弧部分组成直线段：沿轴向拉应变，电阻圆弧段：沿轴向压应变r 电阻 Kl lr回线式应变片敏感栅半圆弧形部分bOlrrdld0第二节第二节应变片的主要特性应变片的主要特性应变片的横栅部分将纵向丝栅部分的电阻变化抵消了一部应变片的横栅部分将纵向丝栅部分的电阻变化抵消了一部分，从而降低了整个电阻应变片的灵敏度，带来测量误差，分，从而降低了整个电阻应变片的灵敏度，带来测量误差，其大小与敏感栅的构造及尺寸有关。敏感栅的纵栅愈窄、愈其大小与敏感栅的构造及尺寸有关。敏感栅的纵栅愈窄、愈长，而横栅愈宽、愈短，则横向效应的影响愈小。长，而横栅愈宽、愈短，则横向效应的影响愈小。第二节第二节应变片的主要特性应变片的主要特性（二）温度误差及其补偿（二）温度误差及其补偿 1 1、敏敏感感栅栅电电阻阻随随温温度度的的变变化化引引起起的的误误差差。当当环环境境温温度度变变化化t t 时时，敏敏感感栅栅材材料料电电阻阻温温度度系系数数为为 ，则则引引起起的电阻相对变化为的电阻相对变化为2 2、试件材料的线膨胀引起的误差。当温度变化、试件材料的线膨胀引起的误差。当温度变化t t时，时，因试件材料和敏感栅材料的线膨胀系数不同，应变片将因试件材料和敏感栅材料的线膨胀系数不同，应变片将产生附加拉长（或压缩），引起的电阻相对变化产生附加拉长（或压缩），引起的电阻相对变化 温度温度误差误差 第二节第二节应变片的主要特性应变片的主要特性相应的虚假应变输出相应的虚假应变输出可得由于温度变化而引起的总电阻变化为可得由于温度变化而引起的总电阻变化为第二节第二节应变片的主要特性应变片的主要特性温度补偿温度补偿 单丝自补偿法 自补偿法 组合式自补偿法 线路补偿法电桥补偿法、热敏电阻温度补偿 第二节第二节应变片的主要特性应变片的主要特性 电桥补偿法电桥补偿法电桥补偿法电桥补偿法R1+RRb-RU0R1RR4R3URbR被测试件补偿块第二节第二节应变片的主要特性应变片的主要特性电桥补偿法电桥补偿法优点：简单、方便，在常温下补偿效果较好，优点：简单、方便，在常温下补偿效果较好，缺点：在温度变化梯度较大的条件下，很难做到工缺点：在温度变化梯度较大的条件下，很难做到工作片与补偿片处于温度完全一致的情况，因而影作片与补偿片处于温度完全一致的情况，因而影响补偿效果。响补偿效果。第二节第二节应变片的主要特性应变片的主要特性 应变片的自补偿法应变片的自补偿法应变片的自补偿法应变片的自补偿法 粘贴在被测部位上的是一种特殊应变片，当温度变化粘贴在被测部位上的是一种特殊应变片，当温度变化时，产生的附加应变为零或相互抵消，这种应变片称为温时，产生的附加应变为零或相互抵消，这种应变片称为温度自补偿应变片。利用这种应变片来实现温度补偿的方法度自补偿应变片。利用这种应变片来实现温度补偿的方法称为应变片自补偿法。称为应变片自补偿法。a.a.选择式自补偿应变片选择式自补偿应变片b.b.双金属敏感栅自补偿应变片双金属敏感栅自补偿应变片 第二节第二节应变片的主要特性应变片的主要特性a.a.选择式自补偿应变片选择式自补偿应变片实现温度补偿的条件为实现温度补偿的条件为当被测试件的线膨胀系数当被测试件的线膨胀系数g已知时，通过选择敏感栅材料，已知时，通过选择敏感栅材料，使下式成立使下式成立即可达到温度自补偿的目的。即可达到温度自补偿的目的。优点：容易加工，成本低，优点：容易加工，成本低，缺点：只适用特定试件材料，温度补偿范围也较窄。缺点：只适用特定试件材料，温度补偿范围也较窄。第二节第二节应变片的主要特性应变片的主要特性b.b.双金属敏感栅自补偿应变片双金属敏感栅自补偿应变片 敏感栅丝由两种不同温度系数的金属丝串接组成敏感栅丝由两种不同温度系数的金属丝串接组成R1R2组合自补偿法组合自补偿法选用两者具有不同符号的电阻温度系数选用两者具有不同符号的电阻温度系数调整调整R1和和R2的比例，使温度变化时产生的的比例，使温度变化时产生的电阻变化满足电阻变化满足通过调节两种敏感栅的长度来控制应变片通过调节两种敏感栅的长度来控制应变片的温度自补偿，可达的温度自补偿，可达0.45m/的高精度的高精度第二节第二节应变片的主要特性应变片的主要特性热敏电阻补偿热敏电阻补偿热敏电阻补偿热敏电阻补偿 T KRtUiR1RR4R3U0R2RtR5分流电阻分流电阻UURt U=Ui-URtK第五节第五节电阻应变片的应用电阻应变片的应用第五节第五节 电阻应变片的应用电阻应变片的应用第五节第五节电阻应变片的应用电阻应变片的应用一、拉弯联合作用下弯矩或拉力的测量一、拉弯联合作用下弯矩或拉力的测量 杆件受拉力杆件受拉力P P和弯矩和弯矩M M联合作用，在弹性范围内工作，联合作用，在弹性范围内工作，P P、M M的联合作用可看成是的联合作用可看成是P P、M M单独作用的叠加。单独作用的叠加。杆件在杆件在P P、M M单独作用下其上下表面的应变为：单独作用下其上下表面的应变为：A杆件的截面积杆件的截面积；W杆件的抗弯截面系数杆件的抗弯截面系数E被测件材料的弹性模量被测件材料的弹性模量第五节第五节电阻应变片的应用电阻应变片的应用根据叠加原理，杆件在根据叠加原理，杆件在P P、M M联合作用下，其上表面和下表面的联合作用下，其上表面和下表面的应变为：应变为：第五节第五节电阻应变片的应用电阻应变片的应用1、弯矩、弯矩M的测量的测量测弯矩的贴片与接桥如右图所示，测弯矩的贴片与接桥如右图所示，R1=R2=R，电阻增量，电阻增量R0：相对电阻的增量为：相对电阻的增量为：仪器的应变读数为：仪器的应变读数为：具有温度补偿功能具有温度补偿功能第五节第五节电阻应变片的应用电阻应变片的应用2、拉力、拉力P的测量的测量温度补偿需在补偿板上另贴两温度补偿需在补偿板上另贴两片月片月R R2 2、R R2 2”串联组成补偿桥臂串联组成补偿桥臂第五节第五节电阻应变片的应用电阻应变片的应用二、其他测量实例二、其他测量实例1 1 1 1 应变式力传感器应变式力传感器应变式力传感器应变式力传感器（a）实心圆柱；（）实心圆柱；（b）空心圆筒；）空心圆筒；柱柱式式力力传传感感器器第五节第五节电阻应变片的应用电阻应变片的应用R5R8R7R6R1R2R3R4R5R8R7R6R1R2R3R4UoUF第五节第五节电阻应变片的应用电阻应变片的应用2 2 梁式力传感器梁式力传感器等截面梁 结构简单，易加工，灵敏度高适合于测5000N以下的载荷 b0R1R1R2R2l l0 0l lF Fb bh 等截面悬臂梁第五节第五节电阻应变片的应用电阻应变片的应用b0R1R1R2R2X Xl lF Fb bh 等强度悬臂梁 第五节第五节电阻应变片的应用电阻应变片的应用 双端固定梁第五节第五节电阻应变片的应用电阻应变片的应用3 3 3 3 薄壁圆环式力传感器薄壁圆环式力传感器薄壁圆环式力传感器薄壁圆环式力传感器在外力作用下，各点的应力差别较大在外力作用下，各点的应力差别较大第五节第五节电阻应变片的应用电阻应变片的应用BK-2SBK-2S称重传感器称重传感器产品品详细介介绍采用国际流行的双梁式或剪切S梁结构，拉、压输出对称性好、测量精度高、结构紧凑，安装方便，广泛用于机电结合秤、料斗秤、包装秤等各种测力、称重系统中 供桥电压 12VDC 输入阻抗 38020 输出阻抗 35010 绝缘电阻 2000M 工作温度-10+50 第五节第五节电阻应变片的应用电阻应变片的应用BKBK4 4轮辐式传感器系列轮辐式传感器系列 采用采用轮辐式式结构，高度低，抗偏构，高度低，抗偏抗抗侧能力能力强，测量精度高，性能量精度高，性能稳定定可靠安装方便，是大、中量程精度可靠安装方便，是大、中量程精度传感器中的最佳形式，广泛用于各种感器中的最佳形式，广泛用于各种电子衡器和各种力子衡器和各种力值测量，如汽量，如汽车衡、衡、轨道衡、吊勾秤、料斗秤道衡、吊勾秤、料斗秤技术参数 量程（t）1，2，5，10，20，30，50 供桥电压 12VDC 灵敏度 152mV/V 输入阻抗 73020 非线性（%FS）0.03,0.05,0.1 输出阻抗 70010 重复性（%FS）0.03,0.05,0.1 绝缘电阻 2000M 滞后（%FS）0.03,0.05,0.1 工作温度-10+50 允许过负荷 120%FS 热零点偏移（%FS/10）第五节第五节电阻应变片的应用电阻应变片的应用4.4.应变式压力传感器应变式压力传感器tr膜片P P r r t tR1R2 R3R4rrtt膜片式压力传感器 R4R3R1R2 UU0第五节第五节电阻应变片的应用电阻应变片的应用5.5.筒式压力传感器筒式压力传感器 测较大压力测较大压力 机床液压系统的压力（106107Pa），枪炮的膛内压力（108Pa），动态特性和灵敏度主要由材料的E值和尺寸决定 第五节第五节电阻应变片的应用电阻应变片的应用6.6.组合式压力传感器组合式压力传感器应变片不直接粘贴在压力感受元件上压力敏感元件为膜片或膜盒、波纹管、弹簧管等 通常用于测量小压力。其缺点是固有频率低，不适于测量瞬态过程。第五节第五节电阻应变片的应用电阻应变片的应用7.AK-17.AK-1型应变式脉动压力传感器型应变式脉动压力传感器产品品特点：采用外壳和膜片为一体的圆膜片结构 尺寸小，安装方便 频响高，精度高，性能稳定可靠 适用于各种动，静态、气、液体介质的压力测量第五节第五节电阻应变片的应用电阻应变片的应用8.8.容器内液体重量（液位）传感器容器内液体重量（液位）传感器第五节第五节电阻应变片的应用电阻应变片的应用液位传感器液位传感器式中式中A1、A2传感器的传输系数；传感器的传输系数；g重力加速度重力加速度(m/s2)；被测溶液的密度被测溶液的密度(Kg/m3)。溶液重量溶液重量式中式中Q容器内感压膜上面溶液的重量容器内感压膜上面溶液的重量(N)；D柱形容器的截面积柱形容器的截面积(m2)。第五节第五节电阻应变片的应用电阻应变片的应用9.9.应变式加速度传感器应变式加速度传感器在低频（在低频（1060Hz）振动测量中得到广泛的应用）振动测量中得到广泛的应用,但不适用但不适用于频率较高的振动和冲击。于频率较高的振动和冲击。应变式加速度传感器结构示意图应变式加速度传感器结构示意图1等强度梁等强度梁2质量块质量块3壳体壳体4电阻应变片电阻应变片第五节第五节电阻应变片的应用电阻应变片的应用YHX12-WBD-30型型百分表式电阻应变位移传感器百分表式电阻应变位移传感器10.10.应变式位移传感器应变式位移传感器第五节第五节电阻应变片的应用电阻应变片的应用11.11.应变式称重仪表应变式称重仪表工作原理工作原理选择电阻应变片材料的要求选择电阻应变片材料的要求（1）敏感栅）敏感栅灵敏系数灵敏系数k和电阻率和电阻率 要尽可能高而稳定；要尽可能高而稳定；电阻温度系数小，电阻电阻温度系数小，电阻-温度间的线性关系和重复温度间的线性关系和重复性好；性好；机械强度高，碾压及焊接性能好，与其它金属之间机械强度高，碾压及焊接性能好，与其它金属之间接触热电势小；接触热电势小；抗氧化、耐腐蚀性能强，无明显机械滞后抗氧化、耐腐蚀性能强，无明显机械滞后。（2）应变片基底材料）应变片基底材料应变片基底材料有纸和聚合物两大类，纸基逐渐应变片基底材料有纸和聚合物两大类，纸基逐渐被胶基取代。被胶基取代。对基底材料性能有如下要求：对基底材料性能有如下要求：机械强度好，挠性好；机械强度好，挠性好；粘贴性能好；粘贴性能好；绝缘性能好；绝缘性能好；热稳定性和抗湿性好；热稳定性和抗湿性好；无滞后和蠕变。无滞后和蠕变。（3）引线材料）引线材料康铜丝敏感栅应变片，引线采用直径为康铜丝敏感栅应变片，引线采用直径为0.050.18mm的银铜丝，采用点焊焊接。的银铜丝，采用点焊焊接。3电阻应变片特性及粘贴电阻应变片特性及粘贴3.1变片的主要工作参数变片的主要工作参数（1）应变片的尺寸）应变片的尺寸标距标距l：顺着应变片轴向敏感栅两端转向处之间：顺着应变片轴向敏感栅两端转向处之间的距离的距离。栅宽栅宽b：敏感栅的横向尺寸称为栅宽，以：敏感栅的横向尺寸称为栅宽，以b表示。表示。使用面积：使用面积：l b称为应变片的使用面积。应变片称为应变片的使用面积。应变片的基底长的基底长LS和宽度和宽度W要比敏感栅大一些。要比敏感栅大一些。（2）应变片的电阻值）应变片的电阻值指应变片没有安装且不受力的情况下，在室温时指应变片没有安装且不受力的情况下，在室温时测定的电阻值。测定的电阻值。应变片在相同的工作电流下，电阻值愈大，允许应变片在相同的工作电流下，电阻值愈大，允许的工作电压亦愈大，可提高测量灵敏度。的工作电压亦愈大，可提高测量灵敏度。（3）机械滞后）机械滞后机械滞后：对已安装的应变片，在恒定的温度环机械滞后：对已安装的应变片，在恒定的温度环境中，加载和卸载过程中同一载荷下指示应变的最大境中，加载和卸载过程中同一载荷下指示应变的最大差数差数。产生的原因：如应变片本身特性不好；试件本身产生的原因：如应变片本身特性不好；试件本身的材质不好；粘结剂选择不当；固化不良；粘接技术的材质不好；粘结剂选择不当；固化不良；粘接技术不佳，部分脱落和粘结层太厚等。不佳，部分脱落和粘结层太厚等。采取的措施：为了减小应变片的机械滞后给测量采取的措施：为了减小应变片的机械滞后给测量结果带来的误差，可对新粘贴应变片的试件反复加、结果带来的误差，可对新粘贴应变片的试件反复加、卸载卸载35次。次。（4）热滞后）热滞后热滞后：对已安装的应变片试件可自由膨胀并不热滞后：对已安装的应变片试件可自由膨胀并不受外力作用，在室温与极限工作温度之间增加或减少受外力作用，在室温与极限工作温度之间增加或减少温度，同一温度下指示应变的差数。温度，同一温度下指示应变的差数。产生的原因：这主要由粘结层的残余引力、干燥产生的原因：这主要由粘结层的残余引力、干燥程度、固化速度和屈服点变化等引起。程度、固化速度和屈服点变化等引起。采取的措施：应变片粘贴后进行采取的措施：应变片粘贴后进行“二次固化处理二次固化处理”可使热滞后值减小。可使热滞后值减小。（5）零点漂移）零点漂移零漂：对已安装的应变片，在温度恒定试件不零漂：对已安装的应变片，在温度恒定试件不受力的条件下，指示应变随时间的变化称为零点漂移受力的条件下，指示应变随时间的变化称为零点漂移（简称零漂）。（简称零漂）。产生原因：这是由于应变片的绝缘电阻过低及产生原因：这是由于应变片的绝缘电阻过低及通过电流而产生热量等原因造成。通过电流而产生热量等原因造成。（6）蠕变）蠕变定义：对已安装的应变片，在温度恒定并承受恒定义：对已安装的应变片，在温度恒定并承受恒定的机械应变时，指示应变随时间的变化称为蠕变。定的机械应变时，指示应变随时间的变化称为蠕变。产生的原因：主要是由胶层引起，如粘结剂种类产生的原因：主要是由胶层引起，如粘结剂种类选择不当、粘贴层较厚或固化不充分以及在粘结剂接选择不当、粘贴层较厚或固化不充分以及在粘结剂接近软化温度下进行测量等。近软化温度下进行测量等。（7）应变极限）应变极限温度不变时使试件的应变逐渐加大，应变片的指温度不变时使试件的应变逐渐加大，应变片的指示应变与真实应变的相对误差（非线性误差）小于规示应变与真实应变的相对误差（非线性误差）小于规定值（一般为定值（一般为10%）情况下所能达到的最大应变值为）情况下所能达到的最大应变值为该应变片的应变极限。该应变片的应变极限。（8）绝缘电阻）绝缘电阻应变片引线和安装应变片的试件之应变片引线和安装应变片的试件之间的电阻值，间的电阻值，此值常作为应变片粘结层固化程度此值常作为应变片粘结层固化程度和是否受潮的标志。绝缘电阻下降会带和是否受潮的标志。绝缘电阻下降会带来零漂和测量误差来零漂和测量误差。（9）疲劳寿命）疲劳寿命定义：对已安装的应变片在一定的交变机械应变定义：对已安装的应变片在一定的交变机械应变幅值下，可连续工作而不致产生疲劳损坏的循环次数，幅值下，可连续工作而不致产生疲劳损坏的循环次数，称为疲劳寿命。称为疲劳寿命。疲劳寿命的循环次数与动载荷的特性及大小有密疲劳寿命的循环次数与动载荷的特性及大小有密切的关系。切的关系。（10）最大工作电流）最大工作电流定义：允许通过应变片而不影响其工作特性的最定义：允许通过应变片而不影响其工作特性的最大电流值，称为最大工作电流。大电流值，称为最大工作电流。应变片的粘贴应变片的粘贴1.应变片的工作情况应变片的工作情况贴在试件上的应变片，其敏感部分基本上可和试件贴在试件上的应变片，其敏感部分基本上可和试件一起变形。一起变形。分析：是因为电阻丝的直径很细，中间物质很薄，分析：是因为电阻丝的直径很细，中间物质很薄，由于电阻丝全部埋在粘结剂里，其粘结表面积相当大，由于电阻丝全部埋在粘结剂里，其粘结表面积相当大，因此说基本上可和试件一起变形。因此说基本上可和试件一起变形。试件表面的变形（应变）是通过胶层、基底以剪试件表面的变形（应变）是通过胶层、基底以剪力的形式传给电阻丝的。当试件沿力的形式传给电阻丝的。当试件沿x方向变形时，胶方向变形时，胶层下表面与试件一起移动，和基底粘合的上表面是被层下表面与试件一起移动，和基底粘合的上表面是被动的，基底被带动，胶层发生剪应力动的，基底被带动，胶层发生剪应力 1。基底发生剪。基底发生剪应力应力 2将应变传到电阻丝上。将应变传到电阻丝上。剪应力分布规律如图：剪应力分布规律如图：应变片两端剪应力最大，中间最小。应变片两端剪应力最大，中间最小。在粘贴应变片时应注意将应变片的两端贴牢固。在粘贴应变片时应注意将应变片的两端贴牢固。3.应变片粘贴工艺应变片粘贴工艺（1）应变片检查）应变片检查外观检查外观检查电阻值检查电阻值检查（2）修整应变片）修整应变片对没有标出中心线标记的应变片，应在其基底上标对没有标出中心线标记的应变片，应在其基底上标出中心线；出中心线；如有需要应对应变片的长度和宽度进行修整，但修如有需要应对应变片的长度和宽度进行修整，但修整后的应变片不可小于规定的最小长度和宽度；整后的应变片不可小于规定的最小长度和宽度；对基底较光滑的胶基应变片，可用细沙将基底轻轻对基底较光滑的胶基应变片，可用细沙将基底轻轻的稍许打磨，并用溶剂洗净。的稍许打磨，并用溶剂洗净。（3）试件表面处理）试件表面处理将要贴应变片的试件表面部分使之平整光洁，无将要贴应变片的试件表面部分使之平整光洁，无油漆、锈斑、氧化层、油污和灰尘等。油漆、锈斑、氧化层、油污和灰尘等。（4）划粘贴应变片的定位线）划粘贴应变片的定位线（5）贴应变片）贴应变片在处理好的粘贴位置上和应变片基底上，各涂抹在处理好的粘贴位置上和应变片基底上，各涂抹一层薄薄的粘合剂，稍待一段时间。一层薄薄的粘合剂，稍待一段时间。（6）粘合剂的固化处理）粘合剂的固化处理对粘贴好的应变片，依粘合剂固化要求进行固化对粘贴好的应变片，依粘合剂固化要求进行固化处理。处理。（7）应变片粘贴质量的检查）应变片粘贴质量的检查外观检查：用放大镜观察粘合层是否有气泡。外观检查：用放大镜观察粘合层是否有气泡。电阻值检查电阻值检查绝缘电阻检查：绝缘电阻一般大于绝缘电阻检查：绝缘电阻一般大于200M（8）引出线的固定保护）引出线的固定保护（9）应变片的防潮处理）应变片的防潮处理应变片粘贴固化好后要进行防潮处理，以免潮湿应变片粘贴固化好后要进行防潮处理，以免潮湿引起绝缘电阻和粘合强度降低，影响测试精度。引起绝缘电阻和粘合强度降低，影响测试精度。74在使用应变片测量应变时，必须有适在使用应变片测量应变时，必须有适当的方法检测其阻值的微小变化。为当的方法检测其阻值的微小变化。为此，一般是把应变片接入某种电路，此，一般是把应变片接入某种电路，让它的电阻变化对电路进行某种控制，让它的电阻变化对电路进行某种控制，使电路输出一个能模拟这个电阻变化使电路输出一个能模拟这个电阻变化的电信号，之后，只要对这个电信号的电信号，之后，只要对这个电信号进行相应的处理（滤波、放大、调制进行相应的处理（滤波、放大、调制解调等）就行了。解调等）就行了。应变片的测量电路应变片的测量电路752、电阻应变仪数字式静态电阻应变仪数字式静态电阻应变仪（12通道）通道）是是否否可可以以直直接接利利用用万万用用表表直接读取电阻变化值？直接读取电阻变化值？按公式按公式 ，测出，测出 ，就可以确定，就可以确定 ,如何测如何测?电阻应变仪的作用：电阻应变仪的作用：利利用用电电阻阻应应变变片片组组成成应应变变电电桥桥，将将电电桥桥输输出出的的电电阻阻改改变变量量转转换换为为电电压压信信号号，然然后后将将信信号号放放大大，最最后后将将电电信信号号用用应应变变表示出来。表示出来。76常规电阻应变测量使用的应变仪，它的输常规电阻应变测量使用的应变仪，它的输入回路叫做应变电桥入回路叫做应变电桥 应应变变电电桥桥：以以应应变变片片作作为为其其构构成成部部分分的的电桥。电桥。应应变变电电桥桥的的作作用用：能能把把应应变变片片阻阻值值的的微微小变化转换成输出电压的变化。小变化转换成输出电压的变化。应变电桥电阻应变仪的测量原理电源电源应变应变电桥电桥放大器放大器A/DA/D显示显示电阻应变仪的原理框图电阻应变仪的原理框图对电桥的期望对电桥的期望对电桥的期望对电桥的期望：？E EU UR R1 1R R2 2R R3 3R R4 4I I1 1I I2 2I I3 3I I4 4B BC CD DA AF F78电桥：将电阻、电桥：将电阻、电感、电容等电感、电容等参量的变化转参量的变化转换为电压或电换为电压或电流输出的一种流输出的一种测量电路测量电路。典型直流电桥典型直流电桥E EU UR R1 1R R2 2R R3 3R R4 4I I1 1I I2 2I I3 3I I4 4B BC CD DA A79如图所示，设输入电压恒定，因为如图所示，设输入电压恒定，因为B B、D D间开路，故间开路，故电流：电流：电阻电阻R1，R4上的压降分别为：上的压降分别为：80因为因为81记为：记为：当当u=0时，表示电桥处于平衡，可得时，表示电桥处于平衡，可得R1R3=R2R4，R1R3=R2R4是直流电桥的平衡条件。是直流电桥的平衡条件。82如果原处于平衡的电桥，各臂阻值分别有变化：如果原处于平衡的电桥，各臂阻值分别有变化：R1，R2，R3，R4则电桥的输出电压为则电桥的输出电压为:令令R2/R1=r，忽略，忽略R/R的二次项，将平衡条件的二次项，将平衡条件R1R3=R2R4考虑进去，对上式整理后可得考虑进去，对上式整理后可得8384常用电桥连接方法有三种三种：（1）单臂半桥接法：）单臂半桥接法：R R1 1作为应变片作为应变片（2）半桥接法：）半桥接法：R R1 1、R R2 2作为应变片作为应变片（3）全桥接法：）全桥接法：R R1 1、R R2 2、R R3 3、R R4 4均为应变片均为应变片为了简化桥路，设计时往往取相邻桥臂电阻相等。为了简化桥路，设计时往往取相邻桥臂电阻相等。R1=R2=RR3=R4=R”而而RR”r=185单臂单臂半桥半桥全桥全桥86无无论论哪哪种种电电桥桥方方案案，均均满满足足平平衡衡条条件件，且且r=187此此式式即即为为电电桥桥输输入入电电压压恒恒定定时时，输输出出电电压压与桥臂电阻变化率之间的关系。与桥臂电阻变化率之间的关系。构构件件受受力力后后，应应变变电电桥桥将将依依此此关关系系把把应应变变片片的的阻阻值值变变化化转转换换为为其其输输出出电电压压的的变变化化。我们自然希望这种关系是线性的。我们自然希望这种关系是线性的。8889令：令：u=u1u290u2=-Cu1（非线性部分）（非线性部分）若略去若略去u2，则引入非线性误差，此相对误差，则引入非线性误差，此相对误差为：为：91式中电阻值的增量可正可负。考虑到测量应变的式中电阻值的增量可正可负。考虑到测量应变的正负，根据电桥的性质，在构件上布置应变片时，正负，根据电桥的性质，在构件上布置应变片时，一般是力图使应变电桥相邻桥臂的电阻变化异号，一般是力图使应变电桥相邻桥臂的电阻变化异号，相对桥臂的电阻变化同号。这样上式中各项相抵，相对桥臂的电阻变化同号。这样上式中各项相抵，使使e很小而很小而u1很大。很大。考虑最坏的情况，只有一个桥臂（如考虑最坏的情况，只有一个桥臂（如R1）接）接入应变片，而其他三臂阻值不变，此时的非入应变片，而其他三臂阻值不变，此时的非线性误差为：线性误差为：R10，R2=0，R3=0，R4=0若应变片灵敏系数若应变片灵敏系数k近似于近似于2，则，则1。这表明略去电桥。这表明略去电桥输出电压中的非线性部分所引起的相对误差值与被测应输出电压中的非线性部分所引起的相对误差值与被测应变值大小相当。变值大小相当。如设如设1=5000则则e=500010-6=0.5%可可见见，在在一一般般应应变变范范围围内内分分析析应应变变电电桥桥的的输输出电压时，只取其线性部分是足够精确的。出电压时，只取其线性部分是足够精确的。这这样样在在允允许许的的非非线线性性误误差差范范围围内内，得得到到一一个个线性关系式，即：线性关系式，即：若在各臂接入相同的应变片，则：若在各臂接入相同的应变片，则：94(1)应变电桥的输出电压与相邻两臂的电阻应变电桥的输出电压与相邻两臂的电阻变化率之差，或相对两臂电阻变化率之和变化率之差，或相对两臂电阻变化率之和成正比。成正比。(2)如如果果相相邻邻两两臂臂的的电电阻阻变变化化率率大大小小相相等等，符符号号相相同同；或或相相对对两两臂臂的的电电阻阻变变化化率率大大小小相相等等，符符号号相相反反，