文档介绍：应力应变测试技术
第一节电阻应变片
应力应变测试技术
电阻应变片
第一节电阻应变片
应力应变测试技术
电阻应变式传感器可以用于测量应变、力、位移、加速度、扭矩等参数。具有体积小、动态响应快、测量精确度高、使用简便等优点。在航空、船舶、机械、建筑等行业里获得广泛应用。
电阻应变式传感器可分为金属电阻应变片式与半导体应变片式两类。
第一节电阻应变片
应力应变测试技术
一、金属电阻应变片
常用的金属电阻应变片有丝式和箔式两种。其工作原理都是基于应变片发生机械变形时,其电阻值发生变化。
金属丝电阻应变片(又
称电阻丝应变片)出现得
较早,现仍在广泛采用。
其典型结构如图所示。把
一根具有高电阻率的金属丝(康铜或镍铬合金等,)绕成栅形,粘贴在绝缘的基片和覆盖层之间,由引出导线接于电路上。
一、导电材料的电阻效应
当金属丝在外力作用下发生机械变形时,其电阻值将发生变化,这种现象称为金属的电阻应变效应。
设有一根长度为l、截面积为S、电阻率为ρ的金属丝,其电阻R为
两边取对数,得
等式两边取微分,
l
△l
dR/R ——电阻的相对变化;
dρ/ρ——电阻率的相对变化;
dl/l ——金属丝长度相对变化,用ε表示,ε= dl/l ,称为金属丝长度方向上的应变或轴向应变;
dS/S ——截面积的相对变化。
S=π r 2
dS /S=2·dr/r
dr/r为金属丝半径的相对变化,即径向应变为εr。
εr= –με
由材料力学知:
将微分dR、dρ改写成增量ΔR、Δρ,则
金属丝电阻的相对变化与金属丝的伸长或缩短之间存在比例关系。比例系数KS称为金属丝的应变灵敏系数。
变形
变性
物理意义:单位应变引起的电阻相对变化。
KS由两部分组成:
前一部分是(1+2μ),由材料的几何尺寸变化引起,一般金属μ≈,因此(1+2μ)≈;
后一部分为,电阻率随应变而引起的(称“压阻效应”)。
对金属材料,以前者为主,则KS≈ 1+2μ;
对半导体, KS值主要由电阻率相对变化所决定。
实验表明,在金属丝拉伸比例极限内,电阻相对变化与轴向应变成正比。~。
(1) 敏感栅
由金属细丝绕成栅形,直径:(~)mm
应变片的阻值:60Ω、120Ω、200Ω等多种规格,以120Ω最为常用。(允许有一定的误差,但不能太大,否则影响平衡)
标距=栅宽×栅长=b×l
较大的应变片:5×100(200)mm
较小的应变片:1×1(2)mm等。
结构:回线式(a)和短接式(b)
一般至少用两个,一个做测量,一个做温度补偿,
或用四个,两个做测量,两个做温度补偿。
对敏感栅的材料的要求:
①应变灵敏系数大,并在所测应变范围内保持为常数;
②电阻率高而稳定,以便于制造小栅长的应变片;
③电阻温度系数要小;
④抗氧化能力高,耐腐蚀性能强;
⑤在工作温度范围内能保持足够的抗拉强度;
⑥加工性能良好,易于拉制成丝或轧压成箔材;
⑦易于焊接,对引线材料的热电势小。
对应变片要求必须根据实际使用情况,合理选择。