实验力学03.ppt

* * 第4章 电阻应变计的原理及使用 4.１电阻应变计的工作原理 由物理学，金属丝的电阻值与其长度成正比，与其截面成反比： 在外力作用下，电阻丝会产生变形。设电阻丝的横截面积： 泊松效应 其中dL/L为导线长度的相对变化，也称为纵向应变： 由 为电阻丝伸长过程中，电阻值的相对变化。 常温下，许多金属材料在一定的应变范围内电阻丝的相对电阻变化与丝的轴向长度的相对变化成正比。 即 金属丝灵敏度系数 4.2 电阻应变计的构造和特性 4.2.1应变计的构造 常用的金属丝应变计一般由金属丝敏感栅、基底、覆盖层、引出线和粘结剂几部分构成。其中，敏感栅的栅长称为应变计的标距。 金属丝敏感栅由高电阻合金丝做成，常用的有在康铜丝、镍铬丝等。基底和覆盖层可用来定位和保护金属丝；粘结剂用来将金属丝固结在覆盖层和基底之间；引出线用以连接测量导线。 敏感栅 敏感栅是用合金丝或合金箔制成的栅。它能将被测构件表面的应变转换为电阻相对变化。由于它非常灵敏，故称为敏感栅。栅长尺寸一般为0.2~100毫米。 敏感栅是电阻应变计的核心组成部分，它的特性对于电阻应变计的性能有决定性的影响。 对制造应变计敏感栅的材料的要求： （1） 灵敏系数KS高，而且在较大的应变范围内保持为常数。康铜丝在弹性状态和塑性状态下，KS值基本上是常数。 （2） 敏感栅材料的弹性极限要高于被测构件材料的弹性极限，以免在测试中因敏感栅先出现塑性变形而影响测试精度。 （3） 电阻率ρ高，分散度小，随时间变化小。 （4） 电阻温度系数小，分散度小，稳定性， （5） 延伸率高，耐腐蚀性好，疲劳强度高。 （6）焊接性能好，易熔焊和电焊；对引线的热电势小。 （7） 加工性能好，以便制成细丝或箔片。 基底的作用是在应变计被安装到试件上之前，将敏感栅永久地或临时地安置于其上，同时还要使得敏感栅和粘贴应变计的试件之间相互绝缘。 基底 基底材料一般有下列一些要求：柔软并具有一定的机械强度，粘结性能和绝缘性能好，蠕变和滞后现象小，不吸潮，能在不同的温度下工作等。 常用的基底材料包括： 纸、胶膜 、玻璃纤维布、金属薄片等。 引线 电阻应变计的引线是从敏感栅引出的丝状或带状金属导线。通常引线是在制造应变计时就和敏感栅连接好而成为应变计的一部分，也有某些箔式应变计在出厂时不带引线的。 引线应具有低和稳定的电阻率以及小的电阻温度系数。 盖层 电阻应变计的盖层是用来保护敏感栅使其避免受到机械损伤或防止高温下氧化。 常用的盖层的材料包括纸、胶膜及玻璃纤维等。 4.2.2 电阻应变计的分类 根据许用的工作温度范围可分为常温、中温、高温及低温应变计。 根据基底材料可分为：纸基、胶膜基底（缩醛胶基、酚醛基、环氧基、聚酯基、聚稀亚胺基等）、玻璃纤维增强基底、金属基底及临时基底等。 根据安装方式可分为粘贴式、焊接式和喷涂式三类。 根据敏感栅材料可分为金属、半导体及金属或金属氧化物浆料等三类。 金属丝式应变计 金属丝式应变计的敏感栅一般是用直径0.01~0.05毫米的铜镍合金或镍铬合金的金属丝制成。可分为丝绕式和短接式两种 （1）丝绕式应变计 丝绕式应变计的疲劳寿命和应变极限较高，可作为动态测试用传感器的应变转换元件。 （2）短接式应变计 短接式应变计也有纸基和胶基等种类。短接式应变计由于在横向用粗铜导线短接，因而横向效应系数很小 (0.1％)，这是短接式应变计的最大优点。另外，在制造过程中敏感栅的形状较易保证，故测量精度高。但由于它的焊点多，焊点处截面变化剧烈，因而这种应变计疲劳寿命短。 （3）金属箔式应变计 箔式应变计的敏感栅是用厚度为0.002～0.005毫米的铜镍合金或镍铬合金的金属箔，采用刻图、制版、光刻及腐蚀等工艺过程而制成。基底是在箔的另一面涂上树脂胶，经过加温聚合而成，基底的厚度一般为0.03～0.05mm。 其优点是表面积和截面积之比大，散热条件好，允许通过的电流较大，可制成各种需要的形状，便于批量生产。 按敏感栅的结构形状分为下述几类： （1）单轴应变计：单轴应变计一般是指具有一个敏感栅的应变计。这种应变计可用来测量单向应变。 （2）单轴多栅应变计：把几个单轴敏感栅粘贴在同一个基底上，可构成平行轴多栅和同轴多栅，如图2-6所示。这种应变计可方便地测量构件表面的应变梯度。 （3）应变花（多轴应变计）：具有两个或两个以上轴线相交成一定角度的敏感栅制成的应变计称为多轴应变计，也称为应变花，其敏感栅可由金属丝或金属箔制成。采