電阻應(yīng)變計測量技術(shù)

電阻應(yīng)變計測量技術(shù)09工設(shè)蘇聰(090101010117)實驗應(yīng)力分析，是用實驗分析方法確定構(gòu)件在受力情況下的應(yīng)力狀態(tài)的學(xué)科。它既可用于研究固體力學(xué)的基本規(guī)律，為發(fā)展新理論提供依據(jù)，又是提高工程設(shè)計質(zhì)量，進(jìn)行失效分析的重要手段，已有多種實驗方法。其中，又以電阻應(yīng)變計測量技術(shù)最為普遍。電阻應(yīng)變計是一種能將構(gòu)件上的尺寸變化轉(zhuǎn)換成電阻變化的變換器，一般由敏感柵、引線、粘結(jié)劑、基底和蓋層構(gòu)成。將它安裝在構(gòu)件表面。構(gòu)件受載荷作用后，表面產(chǎn)生微小變形，敏感柵隨之變形，致使應(yīng)變計產(chǎn)生電阻變化，其變化率和應(yīng)變計所在處構(gòu)件的應(yīng)變成正比。測出電阻變化，即可按公式算出該處構(gòu)件表面的應(yīng)變，并算出相應(yīng)的應(yīng)力。依敏感柵材料不同，電阻應(yīng)變計分金屬電阻應(yīng)變計和半導(dǎo)體應(yīng)變計兩大類。另外還有薄膜應(yīng)變計、壓電場效應(yīng)應(yīng)變計和各種不同用途的應(yīng)變計，如溫度自補(bǔ)償應(yīng)變計、大應(yīng)變計、應(yīng)力計、測量殘余應(yīng)力的應(yīng)變化等。

電阻應(yīng)變計測量技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是：①測量精度和靈敏度高；②頻率響應(yīng)好，可測量從靜態(tài)到數(shù)十萬赫的動態(tài)應(yīng)變;③測量數(shù)值范圍廣;④易于實現(xiàn)測量的數(shù)字化、自動化和無線電遙測；⑤可在高溫、低溫、高壓液下、高速旋轉(zhuǎn)、強(qiáng)磁場和核輻射等環(huán)境進(jìn)行測量；⑥可制成各種傳感器，測量力、壓力、位移、加速度等物理量，在工業(yè)過程和科學(xué)實驗中用作控制或監(jiān)視的敏感元件。電阻應(yīng)變計的主要缺點(diǎn)是：①一個應(yīng)變計只能測定構(gòu)件表面一點(diǎn)在某個方向的應(yīng)變；②只能測得柵長范圍內(nèi)的平均應(yīng)變。測量原理電阻應(yīng)變測量系統(tǒng)由電阻應(yīng)變計、電阻應(yīng)變儀和記錄器三部分組成，其工作過程如下：電阻應(yīng)變計可按下式將構(gòu)件的應(yīng)變轉(zhuǎn)換為單位電阻變化：，式中氏為初始電阻；氏為該電阻的變化；￡為軸線方向的應(yīng)變；為靈敏系數(shù)。電阻應(yīng)變儀采用電橋或電位差計的測量線

路，將電阻應(yīng)變計的電阻變化轉(zhuǎn)換為電壓（或電流）的變化，并經(jīng)放大后輸出。一般應(yīng)變測量技術(shù)應(yīng)變測量技術(shù)可分為靜態(tài)應(yīng)變測量和動態(tài)應(yīng)變測量兩類：靜態(tài)應(yīng)變測量工作過程如下:應(yīng)用電阻應(yīng)變計測量常溫下的靜態(tài)應(yīng)變時，可達(dá)到較高的靈敏度和精度，其最小應(yīng)變讀數(shù)為1微應(yīng)變，一般精度為1%~2%,應(yīng)變測量范圍從1微應(yīng)變到2萬微應(yīng)變，特殊的大應(yīng)變電阻應(yīng)變計可測到結(jié)果為20%的應(yīng)變值。常溫箔式電阻應(yīng)變計柵長可短到0.178毫米,適于測量應(yīng)力梯度較大的構(gòu)件的應(yīng)變。采用應(yīng)變花，可方便地測定平面應(yīng)變狀態(tài)下構(gòu)件上一點(diǎn)的應(yīng)變。多點(diǎn)巡回的測量裝置，可在數(shù)分鐘內(nèi)自動記錄上千個應(yīng)變數(shù)據(jù)。如果采用存儲器，由于每秒可存儲數(shù)萬個數(shù)據(jù)，適合測量測點(diǎn)較多的大型構(gòu)件的應(yīng)變。

當(dāng)環(huán)境溫度變化時，安裝在可自由膨脹的構(gòu)件上的電阻應(yīng)變計，由于敏感柵的電阻溫度效應(yīng)，以及敏感柵和被測構(gòu)件材料的線脹系數(shù)不同，電阻應(yīng)變計的電阻將發(fā)生變化，其值為：匕-丿廣弘盼辰-％）廈血，式中佻為敏感柵的電阻溫度系數(shù)；護(hù)為環(huán)境溫度的變化；兔、兔分別為試件和敏感柵的線脹系數(shù)。動態(tài)應(yīng)變測量工作過程如下：電阻應(yīng)咗訃一電阻應(yīng)變計的頻率響應(yīng)時間約為10秒，半導(dǎo)體應(yīng)變計可達(dá)10（秒，構(gòu)件應(yīng)變的變化幾乎立即傳遞給敏感柵，但由于應(yīng)變計有一定柵長，當(dāng)構(gòu)件的應(yīng)變波沿柵長方向傳播時，應(yīng)變計的瞬時應(yīng)變讀數(shù)為應(yīng)變波在柵長間距內(nèi)的應(yīng)變平均值。這會給測量結(jié)果帶來誤差。假設(shè)應(yīng)變波為正弦波,其傳播速度與聲波在材料中傳播速度相同，若采用柵長1毫米的應(yīng)變計對鋼構(gòu)件進(jìn)行測量，則當(dāng)應(yīng)變頻率達(dá)25萬赫時，應(yīng)變測量誤差小于2%。一般機(jī)械的應(yīng)變頻率都不超過25萬赫，應(yīng)變測量誤差也不超出上值。高頻應(yīng)變測量的范圍，主要受電阻應(yīng)變儀和記錄器的限制，在測量動態(tài)應(yīng)變時，要根據(jù)被測應(yīng)變的頻率，對應(yīng)變計進(jìn)行動態(tài)標(biāo)定及選擇合適的電

阻應(yīng)變儀和記錄器。對于隨機(jī)應(yīng)變信號，采用數(shù)據(jù)處理裝置，可大大減少整理工作的時間。電阻應(yīng)變計測量技術(shù)的改進(jìn)途徑①合理設(shè)計敏感柵的形狀，研制性能更好的敏感柵和粘結(jié)劑，以提高測量精度和穩(wěn)定性。②研制柵長較小、適應(yīng)更高溫度及有特殊用途的應(yīng)變