第5章电阻应变计

1、5-1应变及其测量应变及其测量5-2电阻应变计的工作原理及构造电阻应变计的工作原理及构造5-3电阻应变计的分类电阻应变计的分类5-4电阻应变计的工作特性电阻应变计的工作特性5-5电阻应变计的粘贴和防护电阻应变计的粘贴和防护 一、线应变定义一、线应变定义 若线段若线段x的变形为的变形为u，则，则平均线应变平均线应变xux xuxx 0lim一点的线一点的线应变应变 二、线应变测定二、线应变测定 测量方法：用测量方法：用线段线段x上的平均线应变代替上的平均线应变代替x中点的应变。中点的应变。5-1应变及其测量应变及其测量1、应变计、应变计直接测量构件的应变。直接测量构件的应变。电阻应变计电阻应变计

2、应变仪应变仪2、引伸计直接、引伸计直接测量变形测量变形机械引伸计机械引伸计光学引伸计光学引伸计电学引伸计电学引伸计类类型型平均应变平均应变000ldxlxx 应变函数应变函数中点应变中点应变平均应变平均应变误差误差21kxkx 2012klkx 2012klkx 3221kxkxkx 30220124klklkx 30220123klklkx 12201lk0三三 、应变测量精度、应变测量精度测量误差与应变计标距有关测量误差与应变计标距有关金属丝的电阻金属丝的电阻 ALR 用对数形式表示，并微分得用对数形式表示，并微分得 AdALdLdRdR 式中式中 LdL对圆截面对圆截面 22DdDAdA

3、一、电阻应变计的工作原理一、电阻应变计的工作原理5-2 电阻应变计的工作原理及构造电阻应变计的工作原理及构造 )21(dRdR1 2ddVmm()V Ks称为金属丝的应变灵敏系数称为金属丝的应变灵敏系数 在一定范围内，对特定材料和加工方法，电阻在一定范围内，对特定材料和加工方法，电阻变化率与其应变之间成线性关系（如康铜等）。变化率与其应变之间成线性关系（如康铜等）。SdR RK 1212sdRmKR 二、电阻应变计的构造二、电阻应变计的构造 电阻应变计由电阻应变计由敏感栅敏感栅、基底基底、覆盖层覆盖层、粘接粘接剂剂、引出线引出线组成。组成。1、敏感栅、敏感栅 敏感栅由金属丝（或金属箔）制作而成

4、，敏感栅由金属丝（或金属箔）制作而成，其作其作用是将被测构件的表面应变转化为电阻变化量。用是将被测构件的表面应变转化为电阻变化量。v 敏感栅材料应具备的特性：敏感栅材料应具备的特性： （1）灵敏系数）灵敏系数Ks大，且在较大范围内保持不变。大，且在较大范围内保持不变。 （2）电阻率高。）电阻率高。 （3）电阻温度系数小且在较大范围内稳定。）电阻温度系数小且在较大范围内稳定。 （4）弹性极限高于被测构件弹性极限。）弹性极限高于被测构件弹性极限。 （5）易于加工成丝或箔。）易于加工成丝或箔。Fe55.5,Ni36,Cr8,Mo0.5Pt92,W8Pt8090,Ir1020Pt100Ni74,Cr2

5、0,Al3,Fe3Ni80,Cr20Cu55,Ni45成分成分%主要用于动态应主要用于动态应变测量变测量3000.843.6铁镍铬铁镍铬合金合金2270.683.5铂钨铂钨8500.326铂铱铂铱贵金属贵金属及合金及合金主要用于高温主要用于高温应变测量应变测量39000.090.1146铂铂常用于高精度应变常用于高精度应变测量和制作传感器测量和制作传感器201.241.422.42.6卡玛卡玛适于动态应变和适于动态应变和制作小应变计制作小应变计1001301.01.12.12.3镍铬镍铬镍铬镍铬合金合金用于常、中温静用于常、中温静载及大应变测量载及大应变测量200.450.521.92.1康铜

6、康铜铜镍铜镍合金合金备注备注电阻温度电阻温度系数系数10-6/C电阻率电阻率W Wmm2/m灵敏灵敏系数系数牌号牌号或名称或名称材料材料名称名称敏感栅常用材料的物理性能敏感栅常用材料的物理性能2、基底、基底 基底基底的作用是将敏感栅和引出线定位，并保证的作用是将敏感栅和引出线定位，并保证敏感栅与构件之间的绝缘电阻。敏感栅与构件之间的绝缘电阻。基底材料应满足的特性：基底材料应满足的特性： （1）厚度小，机械强度高，可挠性好。）厚度小，机械强度高，可挠性好。 （2）与粘接剂粘合能力强。）与粘接剂粘合能力强。 （3）抗潮湿，绝缘性能好。）抗潮湿，绝缘性能好。 （4）热稳定性好。）热稳定性好。 （5）

7、无机械滞后。）无机械滞后。 （6）稍透明，便于观察应变计安装。）稍透明，便于观察应变计安装。常用基底：常用基底：纸基、胶膜和玻璃纤维布纸基、胶膜和玻璃纤维布3、覆盖层、覆盖层 用于保护敏感栅，常采用和基底相同材料。用于保护敏感栅，常采用和基底相同材料。4、粘结剂、粘结剂 将敏感栅固结与基底和覆盖层之间。将敏感栅固结与基底和覆盖层之间。5、引出线、引出线 从敏感栅引出电信号的金属丝或金属箔带。从敏感栅引出电信号的金属丝或金属箔带。一、按敏感栅制造工艺分类一、按敏感栅制造工艺分类 1、丝式应变计、丝式应变计v丝绕式丝绕式 优点优点：工艺简单，价格便宜，对温度无限制。工艺简单，价格便宜，对温度无限制

8、。 缺点缺点：横向效应大，尺寸较大（不能小于横向效应大，尺寸较大（不能小于2mm）。）。v短接式短接式 优点优点：横向效应小。横向效应小。 缺点缺点：不耐疲劳，不适宜高温。不耐疲劳，不适宜高温。5-3 电阻应变计的分类电阻应变计的分类 2、箔式应变计、箔式应变计v制作尺寸准确，分散度小，可用于小应变计制作尺寸准确，分散度小，可用于小应变计（栅长小于（栅长小于0.2mm）。）。v横向效应小横向效应小.v应变传递更准确，散热性能好。应变传递更准确，散热性能好。v蠕变、机械滞后小，疲劳寿命高。蠕变、机械滞后小，疲劳寿命高。v应变极限高。应变极限高。二、按敏感栅结构分类二、按敏感栅结构分类 1、单轴应

9、变计、单轴应变计 用于测量单向应力。用于测量单向应力。2、平行轴（同轴）多栅应变计、平行轴（同轴）多栅应变计 用于测量应力分布。用于测量应力分布。3、多轴应变计（应变花）、多轴应变计（应变花） 用于测量平面应力状态。用于测量平面应力状态。 三、按敏感栅标距分类三、按敏感栅标距分类1、小应变计、小应变计 L2mm的应变计的应变计 。适用于均质材料、应力。适用于均质材料、应力梯度大的区域。梯度大的区域。2、大应变计、大应变计 L30mm的应变计。适用于非均质材料，要的应变计。适用于非均质材料，要求求L4d（d为骨料直径）为骨料直径）3、普通应变计、普通应变计 2L30mm的应变计，用于的应变计，用

10、于均质材料、应力均质材料、应力梯度不大的区域。梯度不大的区域。 L四、按使用温度分类四、按使用温度分类 1、常温应变计：、常温应变计：工作温度范围工作温度范围-3060C2、中温应变计：、中温应变计：最高温度在最高温度在60 300 C范围范围3、高温应变计：、高温应变计：最高温度高于最高温度高于300 C4、低温应变计：、低温应变计：最低温度低于最低温度低于-30 C210.6%室温下室温下横向效应横向效应105106107疲劳寿命疲劳寿命室温下室温下疲劳寿命疲劳寿命362413%/100C%工作温度内平均工作温度内平均变化变化1度对平均分散度对平均分散灵敏系数的灵敏系数的温度系数温度系数8

11、1031042104m mm/m室温下室温下应变极限应变极限1032103104MW W室温下室温下绝缘电阻绝缘电阻420021001.560m mm/mC-1m mm/m平均热输出系数平均热输出系数对平均热输出的分散对平均热输出的分散热输出热输出1053m mm/m室温下一小时室温下一小时蠕变蠕变853m mm/m室温下室温下机械滞后机械滞后321%对平均值的分散对平均值的分散灵敏系数灵敏系数2.00.81.50.51.00.3%对标称值的偏差对标称值的偏差对平均值的允差对平均值的允差应变计电阻应变计电阻CBA级别级别说明说明工作特性工作特性用于应变分析的应变计单项技术指标（用于应变分析的应

12、变计单项技术指标（GB/T13992-2010） （ P.84 ）（单栅）（单栅）一、应变计电阻（一、应变计电阻（R） 应变计在未安装、不受外力，且在室温情况应变计在未安装、不受外力，且在室温情况下测定的电阻值。下测定的电阻值。 推荐电阻可用推荐电阻可用60W W，120W120W，350W350W，600W600W，100W100W。常用。常用120W120W。5-4 应变计的工作特性应变计的工作特性二、灵敏系数（二、灵敏系数（K） 1、定义、定义 在单向应力状态点在单向应力状态点 ，将应变计轴向沿非零应，将应变计轴向沿非零应力方向粘贴，则力方向粘贴，则 RRK 应变计的灵敏系数应变计的灵敏

13、系数2、测定方法、测定方法CDE装置为纯弯梁（或等强度梁），保证测点是单向应力装置为纯弯梁（或等强度梁），保证测点是单向应力材料力学材料力学 yx2hR fllRRCDE)cos1( Rf22 R2lfh 22lR CDE应变仪可测应变仪可测 R/R，挠度计可测，挠度计可测 x 挠度计挠度计应变计应变计3、K值的确定值的确定 抽样法确定，样本应变计分别贴在梁上、下抽样法确定，样本应变计分别贴在梁上、下两侧，双向等幅加载，分别记录，重复三次。若两侧，双向等幅加载，分别记录，重复三次。若用应变仪测量用应变仪测量 niiKnK11灵敏系数灵敏系数 di 同一应变计三次受拉、受压时应变仪读数同一应变计

14、三次受拉、受压时应变仪读数 与应变仪初读数之差的平均值与应变仪初读数之差的平均值 2 00diixK. 单只应变计灵敏系数单只应变计灵敏系数 x 梁受拉、受压时表面应变绝对值的平均值梁受拉、受压时表面应变绝对值的平均值 三、机械滞后（三、机械滞后（Z） 已安装应变计，在恒定温度时，增加和减少机已安装应变计，在恒定温度时，增加和减少机械应变过程中，同一机械应变下指示应变的差值械应变过程中，同一机械应变下指示应变的差值Z。指示应变指示应变真实应变真实应变Z 标定机械滞后装置与标定灵敏系数装置相同，反标定机械滞后装置与标定灵敏系数装置相同，反复加卸载三次，取其中绝对值最大的作为单只应变计复加卸载三次

15、，取其中绝对值最大的作为单只应变计的机械滞后量。样本平均值为整批应变计的机械滞后。的机械滞后量。样本平均值为整批应变计的机械滞后。四、蠕变（四、蠕变（ ） 已安装应变计在某一恒定的机械应变作用下，且已安装应变计在某一恒定的机械应变作用下，且温度不变时，指示应变随时间变化的现象称为蠕变温度不变时，指示应变随时间变化的现象称为蠕变。v减小机械滞后的措施：减小机械滞后的措施：（1）采用高质量的应变计；）采用高质量的应变计；（2）固化完全；）固化完全；（3）在正式测量前，预先加、卸载）在正式测量前，预先加、卸载35次。次。五、横向效应系数（五、横向效应系数（H） 1、定义、定义 单向应变状态下，应变计

16、的横向灵敏系数单向应变状态下，应变计的横向灵敏系数Ky与与轴向灵敏系数轴向灵敏系数Kx之比。之比。xy100yxKH%K 应变计的横向效应系数应变计的横向效应系数yxRRRRRR yyxxKK )1(HKxyxx 1xxxRRKRR 2yxyRRKRR FyR1x2、横向效应系数的测定、横向效应系数的测定FR2100yxKH%K 21100R R%R R 1dxRKR 仪仪2dyRKR 仪仪100dydxH% 标定时，在标定时，在y方向粘贴被测应变计，另在方向粘贴被测应变计，另在x向粘向粘贴两枚以上的应变计作为标示应变计。贴两枚以上的应变计作为标示应变计。 单只应变计横向效应系数单只应变计横向

17、效应系数100idydxH% idy 单只应变计加卸载三次应变读数差的平均值单只应变计加卸载三次应变读数差的平均值 dx 全部标示应变计加卸载三次应变读数差的总全部标示应变计加卸载三次应变读数差的总 平均值平均值 11niiHHn 六、灵敏系数的温度系数（六、灵敏系数的温度系数（ ） 反映应变计在工作范围，灵敏系数随温度变化反映应变计在工作范围，灵敏系数随温度变化的规律。每的规律。每100度灵敏系数变化率度灵敏系数变化率七、热输出（七、热输出（ t） 已安装于构件上的应变计，由于构件和应变计已安装于构件上的应变计，由于构件和应变计温度变化，而产生的应变计输出值。温度变化，而产生的应变计输出值。八、漂移（八、漂移（P） 已安装应变计在温度恒定、试件不受力条件下，已安装应变计在温度恒定、试件不受力条件下，指示应变随时间的变化。指示应变随时间的变化。 00101001100nitmKimKKd%nttK kd九、绝缘电阻（九、绝缘电阻（Rm） 已