電阻應(yīng)變片構(gòu)造及工作原理ppt課件

1、12第二篇第二篇 電阻應(yīng)變測量技術(shù)電阻應(yīng)變測量技術(shù)主要內(nèi)容主要內(nèi)容電阻應(yīng)變片電阻應(yīng)變片電阻應(yīng)變測量技術(shù)簡稱為電測法。主要用于測量試件表面的線應(yīng)變。電阻應(yīng)變測量技術(shù)簡稱為電測法。主要用于測量試件表面的線應(yīng)變。電阻應(yīng)變儀電阻應(yīng)變儀靜態(tài)應(yīng)變測量靜態(tài)應(yīng)變測量動態(tài)應(yīng)變測量動態(tài)應(yīng)變測量3電阻應(yīng)變計電阻應(yīng)變計4電阻應(yīng)變計電阻應(yīng)變計5電阻應(yīng)變儀，電橋電阻應(yīng)變儀，電橋6電電 橋橋 盒盒7電測法的特點：電測法的特點：1 1、優(yōu)點：、優(yōu)點：（1 1）靈敏度與精確度高）靈敏度與精確度高（最小讀數(shù)為一個微應(yīng)變（最小讀數(shù)為一個微應(yīng)變 ）；）；（2 2）實測；）實測；（3 3）易安裝；）易安裝；（4 4）特殊環(huán)境）特殊環(huán)境

2、（高溫、高壓、高頻）；（高溫、高壓、高頻）；（5 5）自動化處理）自動化處理（由于輸出的是電信號，容易實現(xiàn)自動化）。（由于輸出的是電信號，容易實現(xiàn)自動化）。2 2、缺點：、缺點：（1 1）點測）點測（若分析應(yīng)力在平面上的分布情況，需要大量的應(yīng)變片）；（若分析應(yīng)力在平面上的分布情況，需要大量的應(yīng)變片）；（2 2）用于宏觀測量）用于宏觀測量（最小的應(yīng)變片長約為（最小的應(yīng)變片長約為0.2mm）。）。電阻應(yīng)變測量系統(tǒng)電阻應(yīng)變測量系統(tǒng)電阻應(yīng)變片電阻應(yīng)變片將構(gòu)件的應(yīng)變轉(zhuǎn)換為電阻變化。將構(gòu)件的應(yīng)變轉(zhuǎn)換為電阻變化。電阻應(yīng)變儀電阻應(yīng)變儀將此電阻變化轉(zhuǎn)換為電壓（或電流）將此電阻變化轉(zhuǎn)換為電壓（或電流） 的變化，并

3、進行放大。的變化，并進行放大。記錄器記錄器記錄器把電壓記錄下來，并換算成應(yīng)變。記錄器把電壓記錄下來，并換算成應(yīng)變。 61084-1 4-1 電阻應(yīng)變片的構(gòu)造及工作原理電阻應(yīng)變片的構(gòu)造及工作原理實驗表明：實驗表明：絕大多數(shù)金屬絲受到拉伸時，電阻值會增大，縮短時電阻值會絕大多數(shù)金屬絲受到拉伸時，電阻值會增大，縮短時電阻值會 減少，這種電阻值隨變形發(fā)生變化的現(xiàn)象，叫做電阻應(yīng)變效應(yīng)。減少，這種電阻值隨變形發(fā)生變化的現(xiàn)象，叫做電阻應(yīng)變效應(yīng)。一、金屬絲的靈敏系數(shù)一、金屬絲的靈敏系數(shù)金屬絲材的電阻應(yīng)變效應(yīng)曲線金屬絲材的電阻應(yīng)變效應(yīng)曲線金屬絲材在一定的變形范圍內(nèi)，電阻值的相對變化（電阻金屬絲材在一定的變形范圍

4、內(nèi)，電阻值的相對變化（電阻變化率）與其長度的相對變化（應(yīng)變）之間保持線性關(guān)系。變化率）與其長度的相對變化（應(yīng)變）之間保持線性關(guān)系。1 1、實驗結(jié)果、實驗結(jié)果9金屬絲的電阻應(yīng)變效應(yīng)可用下面公式來表達：金屬絲的電阻應(yīng)變效應(yīng)可用下面公式來表達：0KRR R 表示長為表示長為L的絲材的初始電阻。的絲材的初始電阻。 R 表示絲材伸長表示絲材伸長L后電阻的變化。后電阻的變化。K0的物理意義的物理意義每單位應(yīng)變所造成的相對電阻變化。即金屬絲電阻每單位應(yīng)變所造成的相對電阻變化。即金屬絲電阻 變化率對應(yīng)變的靈敏程度變化率對應(yīng)變的靈敏程度-簡稱為靈敏系數(shù)。簡稱為靈敏系數(shù)。2 2、公式、公式 的理論推導(dǎo)的理論推導(dǎo)0

5、KRR電阻定律：電阻定律： SLR電阻率電阻率導(dǎo)線長度導(dǎo)線長度 橫截面積橫截面積當(dāng)導(dǎo)線有應(yīng)變時，當(dāng)導(dǎo)線有應(yīng)變時， 均有改變，但變化非常小，均有改變，但變化非常小，所以用上式的微分形式表示：所以用上式的微分形式表示：SLSLR，102SLdSSdLSLddRSdSLdLdRdR設(shè)絲柵的橫截面是圓，且直徑為設(shè)絲柵的橫截面是圓，且直徑為D 241DSDdDdS2DdDSdS2yDdDxLdL對于單向應(yīng)力狀態(tài)：對于單向應(yīng)力狀態(tài)： xyLdLDdDLdLdLdLLdLLdLdDdDLdLdRdR2122SLR1100KKRdRxLdLdK210 靈敏系數(shù)靈敏系數(shù)（1 1）與材料有關(guān)）與材料有關(guān) 即與合金

6、的成分、含雜質(zhì)情況、加工成絲的工藝及熱處理過程等有關(guān)。即與合金的成分、含雜質(zhì)情況、加工成絲的工藝及熱處理過程等有關(guān)。（2 2）與電阻率隨應(yīng)變的變化情況有關(guān)）與電阻率隨應(yīng)變的變化情況有關(guān) 但電阻率到底依什么規(guī)律隨應(yīng)變發(fā)生變化，至今尚未圓滿的解釋。但電阻率到底依什么規(guī)律隨應(yīng)變發(fā)生變化，至今尚未圓滿的解釋。（3 3）各種材料的靈敏系數(shù)均由實驗測定。）各種材料的靈敏系數(shù)均由實驗測定。0KLdLdLdLLdLLdLdDdDLdLdRdR212212 應(yīng)變片的構(gòu)造很簡單，把一根很細(xì)的具有高電阻率應(yīng)變片的構(gòu)造很簡單，把一根很細(xì)的具有高電阻率的金屬絲繞成柵狀，用膠水粘在上下兩層薄紙之間，再的金屬絲繞成柵狀，用

7、膠水粘在上下兩層薄紙之間，再焊上較粗的引出線，就成了常用的絲繞式應(yīng)變片。焊上較粗的引出線，就成了常用的絲繞式應(yīng)變片。12345絲繞式應(yīng)變片絲繞式應(yīng)變片1 1覆蓋層覆蓋層 2 2基底基底 3 3引出線引出線4 4粘結(jié)劑粘結(jié)劑 5 5敏感柵敏感柵二、電阻應(yīng)變片的構(gòu)造二、電阻應(yīng)變片的構(gòu)造13三、常用電阻應(yīng)變片的類型三、常用電阻應(yīng)變片的類型1 1、絲繞式應(yīng)變片：、絲繞式應(yīng)變片： 優(yōu)點：優(yōu)點：價格便宜（約價格便宜（約3-4角錢一片），容易安裝。角錢一片），容易安裝。 缺點：缺點：基底是紙基片，所以耐濕性差，需要干燥保存?；资羌埢?，所以耐濕性差，需要干燥保存。 橫向效應(yīng)系數(shù)大，當(dāng)柵長橫向效應(yīng)系數(shù)大，當(dāng)

8、柵長L越小時，越小時，H將急劇增加。將急劇增加。 難以制成小柵長（一般不小于難以制成小柵長（一般不小于2 mm），主要用于），主要用于 建筑工程上，由于建筑上一般是非均勻材料，應(yīng)建筑工程上，由于建筑上一般是非均勻材料，應(yīng) 變片貼在石子上、鋼筋上還是混凝土上其應(yīng)變大變片貼在石子上、鋼筋上還是混凝土上其應(yīng)變大 不相同。不相同。142 2、短接式應(yīng)變片：、短接式應(yīng)變片： 把幾條金屬絲按一定間距平行拉緊，然后按柵長大小把幾條金屬絲按一定間距平行拉緊，然后按柵長大小 橫向焊接較粗的鍍銀銅線，在適當(dāng)處切出若干斷口，橫向焊接較粗的鍍銀銅線，在適當(dāng)處切出若干斷口， 形成敏感柵的橫向部分和引出線，再粘上膠膜基底

9、經(jīng)形成敏感柵的橫向部分和引出線，再粘上膠膜基底經(jīng) 加溫固化而成。加溫固化而成。優(yōu)點：優(yōu)點：橫向效應(yīng)系數(shù)很小，可以忽略。橫向效應(yīng)系數(shù)很小，可以忽略。缺點：缺點：由于內(nèi)部焊點多和焊點處截面變化劇烈，因而這種應(yīng)由于內(nèi)部焊點多和焊點處截面變化劇烈，因而這種應(yīng) 變片的疲勞壽命短。變片的疲勞壽命短。15優(yōu)點：優(yōu)點：柵長尺寸小，柵長尺寸小，可達到可達到0.2 mm 。 散熱性能好，散熱性能好，因箔式應(yīng)變片絲柵截面為矩形，故絲柵周表面因箔式應(yīng)變片絲柵截面為矩形，故絲柵周表面 積大，因而散熱性能好。積大，因而散熱性能好。 橫向效應(yīng)系數(shù)小，橫向效應(yīng)系數(shù)小，因敏感柵橫向部分的間隙很小。因敏感柵橫向部分的間隙很小。

10、基底是膠基片，基底是膠基片，所以耐濕性好，絕緣性好。所以耐濕性好，絕緣性好。 便于成批生產(chǎn)，便于成批生產(chǎn)，生產(chǎn)率高。生產(chǎn)率高。缺點：缺點：價格較貴。價格較貴。3 3、箔式應(yīng)變片：、箔式應(yīng)變片： 將應(yīng)變合金扎制成厚度小于將應(yīng)變合金扎制成厚度小于0.01mm的箔材，經(jīng)一定熱處理后，的箔材，經(jīng)一定熱處理后， 涂刷一層樹脂，經(jīng)聚合處理后形成基底。然后在未涂的一面用涂刷一層樹脂，經(jīng)聚合處理后形成基底。然后在未涂的一面用 光刻腐蝕工藝得到敏感柵，焊上引出線，再涂一層表面保護。光刻腐蝕工藝得到敏感柵，焊上引出線，再涂一層表面保護。164 4、半導(dǎo)體應(yīng)變片：、半導(dǎo)體應(yīng)變片： 半導(dǎo)體應(yīng)變片的敏感柵只有一條，由單

11、晶硅一類的半導(dǎo)半導(dǎo)體應(yīng)變片的敏感柵只有一條，由單晶硅一類的半導(dǎo) 體材料制成，粘上膠膜基底，裝上內(nèi)、外引出線即可。體材料制成，粘上膠膜基底，裝上內(nèi)、外引出線即可。1 1 硅條，硅條， 2 2 內(nèi)引線內(nèi)引線3 3 基底，基底， 4 4 外引線外引線優(yōu)點：優(yōu)點：a、靈敏系數(shù)大、靈敏系數(shù)大 比前三類應(yīng)變片的靈敏系數(shù)大五十倍以上，比前三類應(yīng)變片的靈敏系數(shù)大五十倍以上， 當(dāng)它承受軸向應(yīng)力時，電阻率會發(fā)生明顯當(dāng)它承受軸向應(yīng)力時，電阻率會發(fā)生明顯 的變化，從而造成電阻的變化。的變化，從而造成電阻的變化。 b、橫向效應(yīng)和機械滯后小、橫向效應(yīng)和機械滯后小17SdSLdLdRdR半導(dǎo)體應(yīng)變片的電阻變化率半導(dǎo)體應(yīng)變片

12、的電阻變化率 非常大，非常大， dEdLEKL)21 (0由于半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)很大，以致上式中（由于半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)很大，以致上式中（1+2）一項可忽略）一項可忽略半導(dǎo)體應(yīng)變片的靈敏系數(shù)半導(dǎo)體應(yīng)變片的靈敏系數(shù)ERRLEKL0LdLdK21020EKL18 缺點：缺點：a、半導(dǎo)體應(yīng)變片的應(yīng)用范圍窄半導(dǎo)體應(yīng)變片的應(yīng)用范圍窄 半導(dǎo)體應(yīng)變片的靈敏系數(shù)僅在不大的應(yīng)變范圍內(nèi)保持常數(shù)，半導(dǎo)體應(yīng)變片的靈敏系數(shù)僅在不大的應(yīng)變范圍內(nèi)保持常數(shù)， 而且在此范圍之外，拉或壓應(yīng)變時的靈敏系數(shù)不同，所以應(yīng)而且在此范圍之外，拉或壓應(yīng)變時的靈敏系數(shù)不同，所以應(yīng) 用范圍窄。用范圍窄。 b、靈敏系數(shù)隨溫度而變化靈敏系數(shù)隨溫

13、度而變化 靈敏系數(shù)受溫度的影響，隨溫度的增加而減少。靈敏系數(shù)受溫度的影響，隨溫度的增加而減少。5 5、應(yīng)變花：、應(yīng)變花： 將幾個敏感柵制在同一基底上，敏感柵由于采取了特殊角將幾個敏感柵制在同一基底上，敏感柵由于采取了特殊角 布置方式，就形成了各種形式的多軸應(yīng)變片或稱為應(yīng)變花。布置方式，就形成了各種形式的多軸應(yīng)變片或稱為應(yīng)變花。 用應(yīng)變花可測量同一點幾個方向的應(yīng)變及一點的主應(yīng)變和用應(yīng)變花可測量同一點幾個方向的應(yīng)變及一點的主應(yīng)變和 主方向。主方向。19 花花 三個敏感柵之間的夾角各為三個敏感柵之間的夾角各為 花花 三個敏感柵之間的夾角各為三個敏感柵之間的夾角各為06001200600120按應(yīng)變片

14、的方位可分為：按應(yīng)變片的方位可分為：直角應(yīng)變花直角應(yīng)變花 二個敏感柵之間的夾角為二個敏感柵之間的夾角為 花花 三個敏感柵之間的夾角各為三個敏感柵之間的夾角各為04509004520四、應(yīng)變片的靈敏系數(shù)四、應(yīng)變片的靈敏系數(shù) 用應(yīng)變片進行應(yīng)變測量時，應(yīng)變片中金屬絲需要一定的電壓，用應(yīng)變片進行應(yīng)變測量時，應(yīng)變片中金屬絲需要一定的電壓， 為了防止電流太大，產(chǎn)生發(fā)熱及熔斷等現(xiàn)象，要求金屬絲有一為了防止電流太大，產(chǎn)生發(fā)熱及熔斷等現(xiàn)象，要求金屬絲有一 定的長度，以獲得較大的初始電阻。但在測量構(gòu)件的應(yīng)變時，定的長度，以獲得較大的初始電阻。但在測量構(gòu)件的應(yīng)變時， 又要求盡可能縮短應(yīng)變片的長度，接近于真實又要求盡

15、可能縮短應(yīng)變片的長度，接近于真實“一點一點”的應(yīng)變。的應(yīng)變。 這兩者之間出現(xiàn)矛盾，為了滿足兩方面的需要，把應(yīng)變片做成這兩者之間出現(xiàn)矛盾，為了滿足兩方面的需要，把應(yīng)變片做成 柵狀（稱為敏感柵）。柵狀（稱為敏感柵）。一般應(yīng)變片的靈敏系數(shù)由制造廠家實驗測量，稱為應(yīng)變片的標(biāo)定。一般應(yīng)變片的靈敏系數(shù)由制造廠家實驗測量，稱為應(yīng)變片的標(biāo)定。廠家采用抽樣方法，在每一批相同條件下生產(chǎn)的應(yīng)變片中抽出廠家采用抽樣方法，在每一批相同條件下生產(chǎn)的應(yīng)變片中抽出1%樣品進行實驗，取其平均值作為這一批應(yīng)變片的靈敏系數(shù)。樣品進行實驗，取其平均值作為這一批應(yīng)變片的靈敏系數(shù)。21 實驗過程：實驗過程： （1 1）抽樣；）抽樣；（2

16、 2）應(yīng)變片的安裝；）應(yīng)變片的安裝； 將樣品安裝于簡支梁中間截面的上、下表面，并使應(yīng)變片的柵長將樣品安裝于簡支梁中間截面的上、下表面，并使應(yīng)變片的柵長 方向與梁的軸線方向重合，當(dāng)梁受載后，在純彎區(qū)域內(nèi)，梁的上方向與梁的軸線方向重合，當(dāng)梁受載后，在純彎區(qū)域內(nèi)，梁的上 下表面是一個單向應(yīng)力狀態(tài)。下表面是一個單向應(yīng)力狀態(tài)。（3 3） 值的測定：值的測定： 沿梁軸線方向安裝一個三點撓度計，當(dāng)梁受力變形后，撓度計上沿梁軸線方向安裝一個三點撓度計，當(dāng)梁受力變形后，撓度計上 千分表的讀數(shù)千分表的讀數(shù)f 與梁的軸向應(yīng)變與梁的軸向應(yīng)變 有如下關(guān)系：有如下關(guān)系：xx2lhfx22由變形的對稱性可看出，跨度中點截面

17、的轉(zhuǎn)角為零，撓曲線在跨度中由變形的對稱性可看出，跨度中點截面的轉(zhuǎn)角為零，撓曲線在跨度中點處的切線是水平的，所以梁可看作長為點處的切線是水平的，所以梁可看作長為 ，自由端受集中力偶的懸，自由端受集中力偶的懸臂梁，由材料力學(xué)可知：臂梁，由材料力學(xué)可知：EIMlf22在純彎區(qū)域內(nèi)，梁軸線變形后的曲率：在純彎區(qū)域內(nèi)，梁軸線變形后的曲率： EIM1梁跨度中間截面上、下表面處的應(yīng)變：梁跨度中間截面上、下表面處的應(yīng)變： 2max22/lhfEIMhhyx梁自由端的撓度：梁自由端的撓度：（4 4） 值的測定；值的測定； 將安裝在梁上的應(yīng)變片作為工作片和另外一個補償片接入電將安裝在梁上的應(yīng)變片作為工作片和另外一

18、個補償片接入電 阻應(yīng)變儀中，把應(yīng)變儀上的靈敏系數(shù)刻度盤轉(zhuǎn)到阻應(yīng)變儀中，把應(yīng)變儀上的靈敏系數(shù)刻度盤轉(zhuǎn)到 上，上， 應(yīng)變儀可測出應(yīng)變儀可測出 ，則可得：，則可得： 儀儀儀2KRR（5 5）計算：）計算： xRRK/2儀儀K儀儀nixRRnK10/1lRR23五、應(yīng)變片的橫向效應(yīng)系數(shù)及其影響五、應(yīng)變片的橫向效應(yīng)系數(shù)及其影響 橫向效應(yīng)系數(shù)是衡量應(yīng)變片好壞的另一個重要指標(biāo)。橫向應(yīng)橫向效應(yīng)系數(shù)是衡量應(yīng)變片好壞的另一個重要指標(biāo)。橫向應(yīng) 變將影響到測量數(shù)據(jù)，所以橫向應(yīng)變越小越好，最好是零。變將影響到測量數(shù)據(jù)，所以橫向應(yīng)變越小越好，最好是零。 1 1、定義：定義： 橫向效應(yīng)系數(shù)是在單向應(yīng)變狀態(tài)中，應(yīng)變片沿柵寬和

19、柵長方橫向效應(yīng)系數(shù)是在單向應(yīng)變狀態(tài)中，應(yīng)變片沿柵寬和柵長方 向電阻變化率之比。向電阻變化率之比。LBRRRRH H值的實驗測定：值的實驗測定：在單向應(yīng)變狀態(tài)中分別貼兩個相互垂直的應(yīng)變片，在單向應(yīng)變狀態(tài)中分別貼兩個相互垂直的應(yīng)變片， 試件沿試件沿x軸方向剛度較小，較易變形軸方向剛度較小，較易變形 ， 沿沿y軸方向剛度較大，變形很小軸方向剛度較大，變形很小 ，所以可，所以可 認(rèn)為在工作區(qū)為單向應(yīng)變狀態(tài)。認(rèn)為在工作區(qū)為單向應(yīng)變狀態(tài)。1000 x2y24BRR 2片沿片沿x軸方向的電阻變化率。軸方向的電阻變化率。 LRR 1片沿片沿x軸方向的電阻變化率。軸方向的電阻變化率。2 2、絲繞式應(yīng)變片橫向效應(yīng)

20、系數(shù)的公式、絲繞式應(yīng)變片橫向效應(yīng)系數(shù)的公式推導(dǎo)推導(dǎo) 將兩枚應(yīng)變片相互垂直地安裝在單向應(yīng)變場內(nèi)，且應(yīng)變片軸線與應(yīng)將兩枚應(yīng)變片相互垂直地安裝在單向應(yīng)變場內(nèi)，且應(yīng)變片軸線與應(yīng) 變變x平行或垂直。平行或垂直。12RRRRRRRRHLB1000 x2y25設(shè)應(yīng)變片絲柵每單位長度的電阻值為設(shè)應(yīng)變片絲柵每單位長度的電阻值為。第第1 1片片應(yīng)變片應(yīng)變片： 柵長柵長L有有n條，初始電阻為條，初始電阻為 。電阻改變量。電阻改變量 。nLRLxLKnLR0設(shè)彎頭部分是半徑為設(shè)彎頭部分是半徑為r 的半圓弧，的半圓弧，有有n-1個彎頭，初始電阻為個彎頭，初始電阻為 。求（求（n-1）個彎頭電阻的改變量）個彎頭電阻的改變

21、量 rnRr10KRR00yx26（1 1）求微段）求微段rd上的電阻改變量上的電阻改變量 當(dāng)當(dāng)d極小時，可用過極小時，可用過A點的一段切線代替點的一段切線代替rd，過，過A點的點的 一段切線與一段切線與x軸之間的夾角為軸之間的夾角為，這段絲柵承受的應(yīng)變?yōu)椋?，這段絲柵承受的應(yīng)變?yōu)椋?cos2cos21212cos2121xxxyxyx rd微段上電阻的改變量為：微段上電阻的改變量為： 200cosxrdKrdRKR（2 2）一個彎頭電阻的改變量）一個彎頭電阻的改變量22sin412coscos0000202001xxxxrKrKrdKrKrdR00yx0KRR27（3 3）（）（n-1）個彎頭

22、電阻的改變量為：）個彎頭電阻的改變量為：210 xrKrnR第第2 2片片應(yīng)變片應(yīng)變片： 柵長柵長L有有n條，初始電阻為條，初始電阻為 ，電阻改變量，電阻改變量 。 n-1個彎頭，初始電阻為個彎頭，初始電阻為 。 求（求（n-1）個彎頭電阻的改變量）個彎頭電阻的改變量 nLRL0LRrnRr1（1 1）求微段）求微段rd上的電阻改變量上的電阻改變量 當(dāng)當(dāng)d極小時，可用過極小時，可用過A點的一段切線代替點的一段切線代替 rd，過，過A點切線與點切線與x軸之間的夾角為軸之間的夾角為 這段絲柵承受的應(yīng)變?yōu)椋哼@段絲柵承受的應(yīng)變?yōu)椋?9020sin2cos2121902cos2121xxxyxyx00y

23、x28（2 2）一個彎頭電阻的改變量為：）一個彎頭電阻的改變量為：22sin412sin0000201xxxrKrKrdKrR（3 3）（）（n-1）個彎頭電阻的改變量為：）個彎頭電阻的改變量為： 210 xrKrnR200sinxrdKrdRKR橫向效應(yīng)系數(shù)橫向效應(yīng)系數(shù)H的計算的計算第第1 1片：片： xLxrKnLRKrnR0021第第2 2片：片： 0210LxrRKrnR rd微段上電阻的改變量為：微段上電阻的改變量為： 彎頭彎頭彎頭彎頭直線段直線段直線段直線段00yx29rnnLrnKrnKnLKrnRRRRRRHxxxrLrL121212100012當(dāng)柵長當(dāng)柵長L越大而彎頭半徑越大

24、而彎頭半徑r 越小時，橫向效應(yīng)系數(shù)越小時，橫向效應(yīng)系數(shù)H值就越小。值就越小。xLxrKnLRKrnR0021第第1 1片：片： 第第2 2片：片： 0210LxrRKrnR00yx302、橫向效應(yīng)系數(shù)對測量值的影響、橫向效應(yīng)系數(shù)對測量值的影響 （a a）敏感柵的電阻變化率）敏感柵的電阻變化率RR為了求解一般平面應(yīng)變狀態(tài)下應(yīng)變片的靈敏系數(shù)，首先求解敏為了求解一般平面應(yīng)變狀態(tài)下應(yīng)變片的靈敏系數(shù)，首先求解敏感柵的電阻變化率。感柵的電阻變化率。設(shè)在應(yīng)變測量時，構(gòu)件表面處于二向應(yīng)變狀態(tài)，且主應(yīng)變設(shè)在應(yīng)變測量時，構(gòu)件表面處于二向應(yīng)變狀態(tài)，且主應(yīng)變 、 主應(yīng)變方向分別取為主應(yīng)變方向分別取為 、 方向。方向。

25、12oxoy（1 1）、一般平面應(yīng)變狀態(tài)下應(yīng)變片的靈敏系數(shù)）、一般平面應(yīng)變狀態(tài)下應(yīng)變片的靈敏系數(shù)一枚絲繞式應(yīng)變片與一枚絲繞式應(yīng)變片與x軸的夾角為軸的夾角為，沿其柵長與柵寬方向的應(yīng)變記為沿其柵長與柵寬方向的應(yīng)變記為 和和 。敏感柵電阻變化可按直線部分。敏感柵電阻變化可按直線部分和彎頭部分分別考慮。和彎頭部分分別考慮。LB0KRR31LLLKnLRKR00直線部分電阻變化為：直線部分電阻變化為： 彎頭部分的電阻變化彎頭部分的電阻變化 如圖（如圖（b）將一個彎頭放大，設(shè)彎頭可當(dāng)作半圓弧，半徑為）將一個彎頭放大，設(shè)彎頭可當(dāng)作半圓弧，半徑為r。 求微段求微段rd的電阻變化的電阻變化 當(dāng)當(dāng)d極小時，用過極

26、小時，用過A點的一段切線代替點的一段切線代替rd，它與，它與x軸的夾角（軸的夾角（+）0KRR32rd段絲柵的應(yīng)變?yōu)椋憾谓z柵的應(yīng)變?yōu)椋?cos21212121rd段絲柵的電阻變化為：段絲柵的電阻變化為： 00KrdRKRrd一個半圓弧的電阻變化為：一個半圓弧的電阻變化為： dKrdKrRr0212100012cos21BLKrKr02102121上式利用了彈性力學(xué)公式：上式利用了彈性力學(xué)公式： BL21（n-1）半圓弧的電阻變化為：）半圓弧的電阻變化為： BLrKrnR012133敏感柵的電阻變化率為：敏感柵的電阻變化率為：rnnLrnnLKRRRRRBLLrL11210BLKrnnLrnKr

27、nnLrnnL00121121BBLLKK0121KrnnLrnnLKL0121KrnnLrnKB應(yīng)變片的軸向靈敏系數(shù)應(yīng)變片的軸向靈敏系數(shù)應(yīng)變片的橫向靈敏系數(shù)應(yīng)變片的橫向靈敏系數(shù) L0B敏感柵僅受到敏感柵僅受到 作用（作用（ ）時的電阻變化率）時的電阻變化率 敏感柵僅受到敏感柵僅受到 作用（作用（ ）時的電阻變化率）時的電阻變化率 B0L0KRR3412RRRRRRRRHLB對于垂直安裝的片對于垂直安裝的片2 2： ，電阻變化率為：，電阻變化率為：xBL 0 xBKRR2對于水平安裝的片對于水平安裝的片1 1： ，電阻變化率為：，電阻變化率為： xLKRR1xLB 0LBKKRRRRH12橫向

28、效應(yīng)系數(shù)等于橫向靈敏系數(shù)與軸向靈敏系數(shù)之比橫向效應(yīng)系數(shù)等于橫向靈敏系數(shù)與軸向靈敏系數(shù)之比（b b）用橫向與軸向靈敏系數(shù)表示橫向效應(yīng)系數(shù)）用橫向與軸向靈敏系數(shù)表示橫向效應(yīng)系數(shù)00yx35LLLLBLBLLBBLLKHaKKKKKKRR11LBa表示應(yīng)變片的橫向應(yīng)變與軸向應(yīng)變之比表示應(yīng)變片的橫向應(yīng)變與軸向應(yīng)變之比HaKKL1a與應(yīng)變場的特征和應(yīng)變片安裝方位有關(guān)。與應(yīng)變場的特征和應(yīng)變片安裝方位有關(guān)。它表明應(yīng)變片表現(xiàn)出的對應(yīng)變的靈敏度是有條件的，除了取決于敏感柵的它表明應(yīng)變片表現(xiàn)出的對應(yīng)變的靈敏度是有條件的，除了取決于敏感柵的材料、形狀外，還與被測點應(yīng)變狀態(tài)的特征和應(yīng)變片安裝方位有關(guān)。材料、形狀外，還

29、與被測點應(yīng)變狀態(tài)的特征和應(yīng)變片安裝方位有關(guān)。 表達了一般情況下的應(yīng)變片靈敏系數(shù)表達了一般情況下的應(yīng)變片靈敏系數(shù)（c c）一般）一般平面應(yīng)變狀態(tài)平面應(yīng)變狀態(tài)下的應(yīng)變片的靈敏系數(shù)下的應(yīng)變片的靈敏系數(shù)36制造廠給出的靈敏系數(shù)，只是一般情況下的應(yīng)變片靈敏系數(shù)的一個制造廠給出的靈敏系數(shù)，只是一般情況下的應(yīng)變片靈敏系數(shù)的一個特例，廠家在對應(yīng)變片進行標(biāo)定時，應(yīng)變片所處的是單向應(yīng)力狀態(tài)，特例，廠家在對應(yīng)變片進行標(biāo)定時，應(yīng)變片所處的是單向應(yīng)力狀態(tài)，xLxBxxLBaHKKL10（2 2）、生產(chǎn)廠給出的靈敏系數(shù)）、生產(chǎn)廠給出的靈敏系數(shù)37（3 3）、橫向效應(yīng)系數(shù)對測量值的影響）、橫向效應(yīng)系數(shù)對測量值的影響一般情況

30、下應(yīng)變片的靈敏系數(shù)一般情況下應(yīng)變片的靈敏系數(shù) 與廠家在對應(yīng)變片進行標(biāo)定時與廠家在對應(yīng)變片進行標(biāo)定時給出的靈敏系數(shù)給出的靈敏系數(shù) 之間是有差別的，若不顧這一差別，則所測之間是有差別的，若不顧這一差別，則所測得的應(yīng)變值是有誤差的。得的應(yīng)變值是有誤差的。K0K儀0KKL儀HKaHKLLL11LHaH11儀用廠家在標(biāo)定時給出的靈敏系數(shù)進行測量時應(yīng)變儀的讀數(shù)。用廠家在標(biāo)定時給出的靈敏系數(shù)進行測量時應(yīng)變儀的讀數(shù)。儀儀應(yīng)變儀讀數(shù)與欲求應(yīng)變的相對誤差為：應(yīng)變儀讀數(shù)與欲求應(yīng)變的相對誤差為：HHaHaHeLLL11111儀儀LKRR0KRRHKKL10HaKKL138HHaHaHeLLL11111儀儀（1 1）

31、引起讀數(shù)誤差的原因之一是橫向效應(yīng)系數(shù)。引起讀數(shù)誤差的原因之一是橫向效應(yīng)系數(shù)。（2 2） 單向應(yīng)力狀態(tài)單向應(yīng)力狀態(tài) 只要被測點的應(yīng)變與應(yīng)變片標(biāo)定時相同是只要被測點的應(yīng)變與應(yīng)變片標(biāo)定時相同是單向應(yīng)力狀態(tài)，則引單向應(yīng)力狀態(tài)，則引 起的讀數(shù)誤差為零。起的讀數(shù)誤差為零。即即 時，則時，則 。（3 3）除以上兩條外，讀數(shù)誤差必存在。）除以上兩條外，讀數(shù)誤差必存在。 讀數(shù)誤差的修正公式為：讀數(shù)誤差的修正公式為：（4 4）、引起誤差的原因）、引起誤差的原因HHHHHaHBLLLBL111111儀0H0e0H0e0e39六、應(yīng)變片的工作特征六、應(yīng)變片的工作特征 應(yīng)變片性能的好壞直接影響應(yīng)變測量的精確度，因此，應(yīng)

32、對應(yīng)變片性能的好壞直接影響應(yīng)變測量的精確度，因此，應(yīng)對 應(yīng)變片的性能（工作特性）提出一些要求。應(yīng)變片的性能（工作特性）提出一些要求。 1 1、應(yīng)變片的幾何尺寸：、應(yīng)變片的幾何尺寸： 指標(biāo)距，從道理上講是越小越好，標(biāo)距越小就越接近于一點，指標(biāo)距，從道理上講是越小越好，標(biāo)距越小就越接近于一點， 但建筑上測鋼筋混凝土的應(yīng)變值時，尺寸必須大。但建筑上測鋼筋混凝土的應(yīng)變值時，尺寸必須大。2 2、應(yīng)變片電阻：、應(yīng)變片電阻： 指應(yīng)變片沒有安裝、也不受力的情況下，在室溫下測定的電指應(yīng)變片沒有安裝、也不受力的情況下，在室溫下測定的電 阻值。阻值。3 3、靈敏系數(shù)：、靈敏系數(shù)： 在單向應(yīng)力狀態(tài)下，應(yīng)變片電阻的相對

33、變化與沿其軸向的應(yīng)在單向應(yīng)力狀態(tài)下，應(yīng)變片電阻的相對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，制造廠在包裝上注變之比值稱為靈敏系數(shù)。它經(jīng)抽樣標(biāo)定，制造廠在包裝上注 明靈敏系數(shù)，靈敏系數(shù)在明靈敏系數(shù)，靈敏系數(shù)在2 2左右。左右。404 4、機械滯后：、機械滯后： 在溫度不變的情況下，對安裝有應(yīng)變片的試件加載測應(yīng)變值在溫度不變的情況下，對安裝有應(yīng)變片的試件加載測應(yīng)變值 ， 然后卸載，再加載到同樣外力下，再測應(yīng)變值然后卸載，再加載到同樣外力下，再測應(yīng)變值 ，機械滯后，機械滯后 機械滯后現(xiàn)象總是存在的，但經(jīng)多次加載、卸載之后便趨于機械滯后現(xiàn)象總是存在的，但經(jīng)多次加載、卸載之后便趨于 穩(wěn)定

34、，所以在使用應(yīng)變片正式測量之前，最好先預(yù)加載幾次。穩(wěn)定，所以在使用應(yīng)變片正式測量之前，最好先預(yù)加載幾次。5 5、絕緣電阻：、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。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。絕緣電阻 作為安裝應(yīng)變片時粘結(jié)層固化程度和是否受潮的標(biāo)志。絕緣電作為安裝應(yīng)變片時粘結(jié)層固化程度和是否受潮的標(biāo)志。絕緣電 阻一般大于阻一般大于100M。6 6、蠕變：、蠕變： 在溫度不變的情況下，使安裝有應(yīng)變片的試件表面產(chǎn)生某一恒在溫度不變的情況下，使安裝有應(yīng)變片的試件表面產(chǎn)生某一恒 定的應(yīng)變，應(yīng)變片的指示應(yīng)變將隨時間稍有下降，此現(xiàn)象稱為定的應(yīng)變，應(yīng)變片的指示應(yīng)變

35、將隨時間稍有下降，此現(xiàn)象稱為 應(yīng)變片的蠕變。應(yīng)變片的蠕變。2121c417 7、橫向效應(yīng)系數(shù)：、橫向效應(yīng)系數(shù)： 橫向效應(yīng)系數(shù)橫向效應(yīng)系數(shù)H越小越好。越小越好。8 8、應(yīng)變極限：、應(yīng)變極限： 溫度不變，使試件應(yīng)變逐漸加大。當(dāng)應(yīng)變片的指示應(yīng)變與試件溫度不變，使試件應(yīng)變逐漸加大。當(dāng)應(yīng)變片的指示應(yīng)變與試件 實際應(yīng)變的相對誤差達到某規(guī)定值時，此時的試件應(yīng)變?yōu)樵搼?yīng)實際應(yīng)變的相對誤差達到某規(guī)定值時，此時的試件應(yīng)變?yōu)樵搼?yīng) 變片的應(yīng)變極限。在一批應(yīng)變片中，按一定比例抽樣測定應(yīng)變變片的應(yīng)變極限。在一批應(yīng)變片中，按一定比例抽樣測定應(yīng)變 片的應(yīng)變極限值，取其中最低的應(yīng)變極限值，定為這批應(yīng)變片片的應(yīng)變極限值，取其中最低

36、的應(yīng)變極限值，定為這批應(yīng)變片 的應(yīng)變極限。的應(yīng)變極限。9 9、疲勞壽命：、疲勞壽命： 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)變和真實應(yīng)變的差值不超過械的或電氣的損壞，而且其指示應(yīng)變和真實應(yīng)變的差值不超過 某一規(guī)定數(shù)值的應(yīng)變循環(huán)次數(shù)，為該應(yīng)變片的疲勞壽命。在靜某一規(guī)定數(shù)值的應(yīng)變循環(huán)次數(shù)，為該應(yīng)變片的疲勞壽命。在靜 態(tài)應(yīng)變測量時不要求此參數(shù)。態(tài)應(yīng)變測量時不要求此參數(shù)。42貼應(yīng)變片是測量準(zhǔn)備工作中最重要的項目。在測量中，構(gòu)件表面的變形貼應(yīng)變片是測量準(zhǔn)備工作中最重要的項目。在測量中，構(gòu)件表面的變形通過

37、粘結(jié)層傳給敏感柵。顯然，只有粘結(jié)層均勻，結(jié)實，不產(chǎn)生蠕滑，通過粘結(jié)層傳給敏感柵。顯然，只有粘結(jié)層均勻，結(jié)實，不產(chǎn)生蠕滑，才能保證敏感柵如實地再現(xiàn)構(gòu)件的變形。因此，精心粘貼很有必要。應(yīng)才能保證敏感柵如實地再現(xiàn)構(gòu)件的變形。因此，精心粘貼很有必要。應(yīng)變片的粘貼靠手工操作，手工是否準(zhǔn)確應(yīng)在實踐中體會和積累經(jīng)驗。變片的粘貼靠手工操作，手工是否準(zhǔn)確應(yīng)在實踐中體會和積累經(jīng)驗。七、應(yīng)變片的粘貼與防護七、應(yīng)變片的粘貼與防護（一）、選片：（一）、選片： 用放大鏡檢查應(yīng)變片的外觀，剔除那些敏感柵有形狀缺陷，片內(nèi)用放大鏡檢查應(yīng)變片的外觀，剔除那些敏感柵有形狀缺陷，片內(nèi) 夾有氣泡、霉斑、銹點等缺陷的應(yīng)變片。然后用萬用表測量應(yīng)變片夾有氣泡、霉斑、銹點等缺陷的應(yīng)變片。然后用萬用表測量應(yīng)變片 的阻值，選阻值越接近的越好。的阻值，選阻值越接近的越好。（二）、構(gòu)件表面情況處理：（二）、構(gòu)件表面情況處理： 1 1、打磨：、打磨：最好用中粒度砂布與應(yīng)變片粘貼方向成最好用中粒度砂布與應(yīng)變片粘貼方向成4545交叉打出一些交叉打出一些 條紋，這樣可以加強膠的附著力。條紋，這樣可以加強膠的附著力。 2 2、劃線：、劃線：用刻線機在構(gòu)件表面測點處劃出細(xì)微的十字形定位線。用刻線機在構(gòu)件表面測點處劃出細(xì)微的十字形定位線。 3 3、擦洗：、擦洗：用脫脂棉球蘸丙酮等揮發(fā)性