第三章热加工课件

3.1传感器概述3.2电阻应变效应3.3应变计的主要特性3.4应变计的粘贴3.5电桥原理及电阻应变计桥路3.6温度误差及其补偿3.7电阻应变仪3.8应变式传感器第3章电阻应变式传感器图1.1传感器组成方块图图1.1为传感器组成方块图，此图也说明了传感器的基本组成和工作原理。1.传感器的组成§3.2电阻式传感器应变计工作原理应变计构造与分类工作特性与主要参数

一.应变片工作原理长为l、截面积为A、电阻率为ρ的金属或半导体丝,电阻

对金属来说,πE很小,可忽略不计,μ=0.25～0.5,故k0=1+2μ≈1.5～2。对半导体而言,πE比1+2μ大得多,压阻系数π=(40-50)×10-11m2/N,杨氏模量E=1.67×1011Pa,则πE≈50～100,故（1+2μ）可以忽略不计。可见,半导体灵敏度要比金属大50~100倍。一.应变片工作原理二应变片构造与分类应变式传感器是利用电阻应变效应做成的传感器,是常用的。电阻应变计,也称应变计或应变片,是一种能将机械构件上的应变的变化转换为电阻变化的传感元件。电阻应变计构造简图电阻丝较细,一般在0.015~0.06mm,其两端焊有较粗的低阻镀锡铜丝（0.1~0.2mm）4作为引线,以便与测量电路连接。图中,l称为应变计的标距,也称（基）栅长,a称为（基）栅宽,l×a称为应变计的使用面积。三应变计的工作特性及主要参数应力集中横向效应应变极限机械滞后零漂和蠕变§3.3电桥原理一.直流电桥的原理

R1R4R3R2dU0acbIfU电桥平衡时If=0,有R1R3-

R2R4=0或上式称为直流电桥平衡条件,它说明欲使电桥达到平衡,其相邻两臂的比值应相等。一.直流电桥的原理电桥平衡时U=0设电桥中桥臂R1为应变片，其余为固定电阻对进行微分可得一.直流电桥的原理二.电桥的基本特性R1R4R3R2bU0cdaIfU重要结论：（1）相邻桥臂输出电压为两桥臂电压之差（2）相对桥臂输出电压为两桥臂电压之和三.常用工作方式单臂工作2．半桥工作3．全桥工作两个相邻臂两个相对臂四.直流电桥的电压灵敏度

电阻应变计工作时,其电阻变化很微小。例如,1片k=2,初始电阻120Ω的应变计,受到1000微应变时,其电阻变化仅0.24Ω。引起的不平衡电压极小,不能用它来直接推动指示仪表,故需加以放大。设n=,考虑到起始平衡条件,并略去分母中的项,得(2.6)(2.7)***四.直流电桥的电压灵敏度当电源电压及电阻相对变化一定时,电桥的输出电压及其电压灵敏度将与各桥臂阻值的大小无关。四.直流电桥的电压灵敏度五.温度误差及其补偿1温度误差产生的原因产生温度误差的原因:(1)敏感栅金属丝电阻本身随温度发生变化。(2)试件材料与应变丝材料的线膨胀系数不一,使应变丝产生附加变形而造成的电阻变化

由于应变丝与构件是粘接在一起的,因而应变丝被迫从Δls拉长至Δlg,使应变丝产生附加变形Δl（相应的附加应变εβ）,而产生电阻变化ΔRtβ:因此由于温度变化而引起的总的电阻变化ΔRt为图2.142温度补偿方法1电桥补偿法2温度补偿方法1.电桥补偿法这是一种常用和效果较好的补偿法。在被测试件上安装一工作应变计,

在另外一个与被测试件的材料相同,

但不受力的补偿件上安装一补偿应变计。补偿件与被测试件处于完全相同的温度场内。（2)双金属敏感栅自补偿应变计若两段敏感栅R1和R2由于温度变化而产生的电阻变化为ΔR1t和ΔR2t,大小相等而符号相反,就可以实现温度补偿。ΔR1与ΔR2的关系可由下式决定图2.17敏感栅自补偿应变计六.非线性对于全等臂电桥，n=1七.应变片的串联和并联结论1：串联应变计相当于测量单一桥臂的所有应变计的平均值。结论2：并联测量的是单一应变计的值。当采用交流供桥载波放大时,应变电桥也需交流电源供电。输出电压的特性方程为八.交流电桥§3.4应变、力和扭矩的测量一.概述单向应力：单个应变片测量平面应力：应变花测量解决问题步骤：应力应变分析——确定贴片方式——确定组桥方式——结果计算

二.简单受力状态的应变测量1．单向拉伸(压缩)采用补偿片温度补偿采用工作片温度补偿2.纯弯曲1）半桥接线如图，因为ε1＝εM，ε2＝-εM，故电桥输出为2)全桥接线如图同理，因为ε1=ε4＝εM；ε2＝ε3＝-εM，故电桥输出为静态应变仪读数：ε仪＝4εM，实际应变：εM＝ε仪／4。

2.纯弯曲3.纯扭转为纯剪应力状态，在与轴线成±45°方向上，有最大正应力σ1、σ2，其值为σ1＝-σ2＝τ；相应应变ε1、ε2，且有ε1＝-ε2

应力应变分析计算结果最大剪应力

扭矩

3.纯扭转三、复杂受力情况下单向应力的测量

1、弯曲与拉伸(压缩)的组合变形计算结果实际拉伸应变；εF＝ε仪／2(1+μ)

实际弯曲应变；εM＝ε仪／2(1+μ)

2．扭转、拉伸(压缩)、弯曲的组合变形应力应变分析分析各种载荷在与轴线成±45°方向上的应力应变。在圆轴前、后面各取一单元体F、E

实际应变如下：E点Ra：εa=εn+εF+εmRb：εb=-εn+εF+εmF点Rc：εc=εn+εF+εmRd：εd=-εn+εF-εmR1R4R2R3bU0cdaIfU组成电桥测弯除扭拉弯矩MR1R4R3R2bU0cdaIfU组成电桥测扭除拉弯扭矩MN四、平面应力状态下测主应力

当主应力方向已知xyσ1σ2计算结果当主应力方向未知xyσxσyτxyα与x轴成α角方向线应变剪应变当时存在两个相互垂直的方向，在这两个方向上，线应变为极值，剪应变为零，这时线应变称为主应变先测三个方向α1α2α3应变εα1εα2εα3解出εxεyγxy计算主应变将ε1ε2带入广义胡克定律应变花五、应变梯度测量凹圆角处应变分布可展成泰勒级数ε（x)=a0+a1x+a2X2……在123处贴三片应变片,测得应变为测得ε1ε2ε3，可以计算得到a0a1a2六、提高应变精度措施选择合适仪器注意导线电阻温度补偿减小贴片误差七、测点的选择（1）利用结构分析选择测点脆性漆层法