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§3-3应变(应力)测量 例:温度补偿 康铜丝αs=20×10-6 /℃, βs =15×10-6 /℃,碳素钢试件的βsh=11×10-6 /℃,试件弹性模量E=2×106公斤/厘米2,K=2.0,当△T=±1℃时,求应变片的温度应变εt? 温度升高1℃, △T=+1℃ εt= αs △T /K + (βsh- βs) △T = 20×10-6 × 1/2+ ( 11×10-6 - 15×10-6 ) × 1 =6 ×10-6 σ=1.2公斤/厘米2=1.2Mpa,造成被测物体受拉假象。 ** * §3-0 概述 基本原理 利用电阻应变片作为传感元件,将应变片贴在被测物体上,会随被测物体的变形而拉长或收缩,从而改变电阻值,反映被测物体应变的大小。 待测非电量ε?电阻变化△R?应变值 ε ①感受应变:ε ?△R ②测量△R:应变仪 将应变片的△ R → △ U或△ I ,惠斯顿电桥 放大器 输出应变值 1 工作原理 电阻应变效应 以丝式应变片为例 §3-1 电阻应变片 §3-1 电阻应变片 理论推导分析 大应变时dρ/ρ/ε,通常不是常数; 但对于康铜等少数几种电阻丝而言, dρ/ρ/ε基本为定值,因此它们可用于大应变(≥8000~10000με)的量测,可以满足一般工程中应变测试的要求。 半导体的dρ/ρ/ε通常100 实际情形 电阻丝端头横向变形 基底传递变形的影响 电阻应变片的实际灵敏度K≤KS。实际工作中一般采用标定的方法确定应变片的灵敏度。 §3-1 电阻应变片 例题:等强度梁静态应变测试 采用等强度钢梁,钢梁的μ=0.285,L=150mm,室温、单向受力状态,应变片丝栅方向与最大主应变方向一致,采用砝码在梁一端施加作用力P=0.1KN,测得挠度为1.5mm,实测量得电阻由120Ω变为120.12Ω,求得应变片的实际灵敏度K。 梁高h=5mm 梁长L=150mm P ⑴ △R/R: △R/R=(120.12-120)/120=0.001 ⑵ε: σ=E ε=Mh/2I (1) f=-ML2/3EI (2) (1) /(2):ε=-hf/L2 =0.0005 ⑶K: K= △R/R/ ε=2 §3-1 电阻应变片 2 构造 (1)电阻丝:敏感材料,关键性部分。 要求:电阻率大,应变电阻系数大,温度电阻系数小,压延性好。 材料:铜镍、镍铬、铁铬铝等高阻合金。 (2)基底与覆盖层: 作用:定位,传力,保护 要求:绝缘,强度大,易粘贴,蠕变小,滞后小,防潮,热稳定,温度应变小。 材料:纸基、胶基、纸浸胶基 (3) 引线与接线端子:Φ0.15-0.18的镀锡(铱、银)软铜线。 电阻丝 引线 基底 覆盖层 正视图 侧视图 接线端子 §3-1 电阻应变片 3 分类 (1)金属类 ①金属丝式应变片。 丝绕式、短接式 Φ0.01-0.03mm ,响应时间为10-7s, 散热效果差,许用电流低。 圆角线栅,横向效应大; 直角线栅,制作复杂。 §3-1 电阻应变片 3 分类 (1)金属类 ②箔式应变片 3- 10μm厚的康铜或其它合金膜,光刻印刷。 照相腐蚀成形法,集成电路制造技术。目前主要使用的一种传感器。横向效应小,散热好于丝式。 ③薄膜式应变片:800℃ 厚度≤0.1μm的金属薄膜,真空电镀制造,用于高温等特殊条件 §3-1 电阻应变片 3 分类 (2)半导体式应变片(压阻效应) 半导体材料,根据压阻效应制成。 灵敏系数高,K100,可直接用万用表测 出现于50年代中期 应变响应时间仅有10-11s 热稳性能差;大应变时,非线形较大,多用于测量500以下的小应变。 §3-1 电阻应变片 3 分类 (3)应变花 应变花:在一个基底上有几个按一定角度排列的敏感栅的应变片。 测量主应力方向未知条件下平面应力状态。 自补偿应变片:用于高低温和温差大的条件 §3-1 电阻应变片 4 应变片的参数和工作特性 (1)灵敏系数 灵敏系数:单向受力状态下,敏感栅纵向中心线与应力方向平行时,应变片电阻值的相对变化与沿其纵向的应变之比值 电阻丝端头横向变形,电阻应变片的实际灵敏度K≤K0。实际工作中一般采用标定的方法确定应变片的灵敏度。 §3-1 电阻应变片 4 应变片的参数和工作特性 (2)横向效应 由于横向应变使得应变片的总电阻变化量减小的现象,降低灵敏度,称横向效应。横向效应用横向效应系数描述H。 横向应变 H通过实际测定,一般较小,只有高精度测量才考虑修正。 在同一单向应变中,垂直与单向应变粘贴的应变片与平行与单向应变方向的同批应变片的指示的应变之比值(用百分数表示)。 问题: H不能通过计算得到吗? §3-1 电阻应变片 4 应变片的参数和工作特性 (2)横向效应的影响 不考
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