应力应变测量课件-2.ppt

1、应力应变测量应力应变测量 在工程中，应力、应变是很常用的机在工程中，应力、应变是很常用的机械参量。通过对机械零件和机械结构械参量。通过对机械零件和机械结构的应变、应力测量，可以分析其受力的应变、应力测量，可以分析其受力状况和工作状态，验证设计计算，确状况和工作状态，验证设计计算，确定工作过程和某些物理现象的机理。定工作过程和某些物理现象的机理。第一节第一节 应变与应力的测量应变与应力的测量应力是一重要的机械量，它表征了构件的受载状态，负载水应力是一重要的机械量，它表征了构件的受载状态，负载水平和强度能力，因此应力测量是其它力参数测量的基础。应平和强度能力，因此应力测量是其它力参数测量的基础。应

2、力力的测量的测量，实质上是先测量应变，然后计算出应力的大小。，实质上是先测量应变，然后计算出应力的大小。一、应变的测量一、应变的测量 常用的力测量方法是用应变片和常用的力测量方法是用应变片和应变仪应变仪测量构件的表面应变。测量构件的表面应变。R电阻应变片电阻应变片U 测量电路测量电路 1 1 应变的测量的原理应变的测量的原理应变片粘贴在试件上应变片粘贴在试件上,当试件变形时应变片随之而变形，这当试件变形时应变片随之而变形，这时应变片的电阻值也发生变化。时应变片的电阻值也发生变化。显示与记录显示与记录第一节第一节 电阻应变片电阻应变片 第一节第一节 电阻应变片电阻应变片 电阻应变式传感器可以用于

3、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金属电阻应变片式与半导体应变片式半导体应变片式两类。第一节第一节 电阻应变片电阻应变片 一、金属电阻应变片一、金属电阻应变片 常用的金属电阻应变片有丝式丝式和箔式箔式两种。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

4、路上。第一节第一节 电阻应变片电阻应变片金属箔式应变片则是用栅状金属箔片代替栅状金属丝。金属金属箔式应变片则是用栅状金属箔片代替栅状金属丝。金属箔栅系用光刻技术制造，适于大批量生产。其线条均匀，尺箔栅系用光刻技术制造，适于大批量生产。其线条均匀，尺寸准确，阻值一致性好。箔片厚约寸准确，阻值一致性好。箔片厚约1 110m10m，散热好，粘结，散热好，粘结情况好，传递试件应变性能好。因此目前使用的多系金属箔情况好，传递试件应变性能好。因此目前使用的多系金属箔式应变片。式应变片。8单轴应变片敏感栅只有一根轴线，用于测量单向应变。应变花：双轴二轴90三轴三轴45用于测量平面应变状态。第一节第一节 电阻

5、应变片电阻应变片 RlA 当每一可变因素分别有一增量当每一可变因素分别有一增量dl、dA和和d时，所时，所引起的电阻增量为引起的电阻增量为:式中：式中：A=r2，r为电阻丝半径，为电阻丝半径，dRdAARdllRdR23222lldRdldrdrrrdldrdRlr第一节第一节 电阻应变片电阻应变片 电阻的相对变化率电阻的相对变化率 式中式中 -电阻丝轴线相对变形，或称纵向应变电阻丝轴线相对变形，或称纵向应变 -电阻丝轴线相对变形，或称横向应变电阻丝轴线相对变形，或称横向应变drdrldlRdR2ldl/rdr/当电阻丝沿轴向伸长时，必沿径向缩小，两者之间的关系为当电阻丝沿轴向伸长时，必沿径向

6、缩小，两者之间的关系为 式中式中电阻丝材料的泊松比；电阻丝材料的泊松比；d电阻丝电阻率电阻丝电阻率相对变化，与电阻丝轴向所受正应力相对变化，与电阻丝轴向所受正应力有关。有关。ldlrdr第一节第一节 电阻应变片电阻应变片Ed 式中式中 E E 电阻丝材料的弹性模量；电阻丝材料的弹性模量；压阻系数，与材质有关。压阻系数，与材质有关。从而得到：从而得到：)(E21E2RdR 第一节第一节 电阻应变片电阻应变片(1(1十十2)2)项是由电阻丝几何尺寸改变所引起的。对于同一电项是由电阻丝几何尺寸改变所引起的。对于同一电阻材料，阻材料，1 1十十22是常数。是常数。EE项是由电阻丝的电阻率随应变项是由电

7、阻丝的电阻率随应变的改变而引起的。对于金属电阻丝来说，的改变而引起的。对于金属电阻丝来说，EE是很小的，可忽是很小的，可忽略。上式可简化为：略。上式可简化为：)(21RdR 上式表明了电阻相对变化率与应变成正比上式表明了电阻相对变化率与应变成正比 电阻应变片的应变系数或灵敏度电阻应变片的应变系数或灵敏度。用于制造电阻应变片的电阻丝的灵敏度用于制造电阻应变片的电阻丝的灵敏度k k，多在，多在1.71.73.63.6之间。之间。一般市售电阻应变片的标准阻值有一般市售电阻应变片的标准阻值有60、120、350、600和和1000等。其中以等。其中以120为最常用。应变为最常用。应变片的尺寸可根据使用

8、要求来选定。片的尺寸可根据使用要求来选定。第一节第一节 电阻应变片电阻应变片12dR Rk 常数16电阻应变片的种类、材料和参数电阻应变片的种类、材料和参数1.电阻应变片的种类电阻应变片的种类 电阻应变片的种类繁多，分类方法各异，如可电阻应变片的种类繁多，分类方法各异，如可分为：分为：丝式应变片丝式应变片箔箔式式应变片应变片薄膜应变片薄膜应变片半导体应变片半导体应变片（1）丝式应变片）丝式应变片 回线式应变片回线式应变片 将电阻丝绕制成敏感栅粘贴在各种绝缘基层上将电阻丝绕制成敏感栅粘贴在各种绝缘基层上而制成的，是一种常用的应变片。而制成的，是一种常用的应变片。短接式应变片短接式应变片 敏感栅平

9、行安放，两端用直径比栅丝直径大敏感栅平行安放，两端用直径比栅丝直径大510倍的镀银丝短接而构成。优点：克服了回线式应倍的镀银丝短接而构成。优点：克服了回线式应变片的横向效应。变片的横向效应。缺点：由于焊点多，在冲击、振动试验条件下，缺点：由于焊点多，在冲击、振动试验条件下，易在焊接点处出现疲劳破坏。易在焊接点处出现疲劳破坏。（2）箔式应变片）箔式应变片 利用照相制版或光刻腐蚀的方法，将电阻箔材利用照相制版或光刻腐蚀的方法，将电阻箔材在绝缘基底下制成各种图形而成。在绝缘基底下制成各种图形而成。主要优点是：主要优点是：制造技术能保证敏感栅尺寸正确、线条均匀，可制造技术能保证敏感栅尺寸正确、线条均匀

10、，可制成任意形状以适应不同的测量要求；制成任意形状以适应不同的测量要求；敏感栅界面为矩形，表面积对截面积之比远比圆敏感栅界面为矩形，表面积对截面积之比远比圆断面的大，故粘合面积大；断面的大，故粘合面积大；敏感栅薄而宽，粘结情况好，传递试件应变性能敏感栅薄而宽，粘结情况好，传递试件应变性能好；好；散热性能好，允许通过较大的工作电流，从而增散热性能好，允许通过较大的工作电流，从而增大输出信号；大输出信号；敏感栅弯头横向效应可忽略，蠕变、机械滞后较敏感栅弯头横向效应可忽略，蠕变、机械滞后较小，疲劳寿命高小，疲劳寿命高。（3）薄膜应变片）薄膜应变片 薄膜应变片是采用真空蒸发或真空沉积等方法，薄膜应变片

11、是采用真空蒸发或真空沉积等方法，将电阻材料在基底上制成一层各种形式敏感栅而形成将电阻材料在基底上制成一层各种形式敏感栅而形成其厚度在其厚度在0.1 m以下。以下。第一节第一节 电阻应变片电阻应变片(4)半导体应变片半导体应变片 半导体应变片的工作原理是基于半导体材料的半导体应变片的工作原理是基于半导体材料的压阻效应压阻效应。所谓压阻效应是指单晶半导体材料在沿某一轴向受到外所谓压阻效应是指单晶半导体材料在沿某一轴向受到外力作用力作用时，时，其电阻率其电阻率发生变化的现象。发生变化的现象。从半导体物理可知，半导体在压力、从半导体物理可知，半导体在压力、温度及光辐射作用下，能使其电阻率温度及光辐射作

12、用下，能使其电阻率发生很大变化。发生很大变化。分析表明，单晶半导体在外力作用下，分析表明，单晶半导体在外力作用下，原子点阵排列规律发生变化，导致载流原子点阵排列规律发生变化，导致载流子迁移率及载流子浓度的变化，从而引子迁移率及载流子浓度的变化，从而引起电阻率的变化。起电阻率的变化。分析表明，单晶半导体在外力作用下，原子点阵排分析表明，单晶半导体在外力作用下，原子点阵排列规律发生变化，导致载流子迁移率及载流子浓度的变列规律发生变化，导致载流子迁移率及载流子浓度的变化，从而引起电阻率的变化。化，从而引起电阻率的变化。(1(1十十2)2)项是由几何尺寸变化引起的，项是由几何尺寸变化引起的，EE是由于

13、是由于电阻率变化而引起的。对半导体面言，后者远远大于前电阻率变化而引起的。对半导体面言，后者远远大于前者，它是半导体应变片电阻变化的主要部分，故上式可者，它是半导体应变片电阻变化的主要部分，故上式可简化为简化为 第一节第一节 电阻应变片电阻应变片)(E21RdR ERdR第一节第一节 电阻应变片电阻应变片 半导体应变片灵敏度半导体应变片灵敏度 这一数值比金属丝电阻应变片大这一数值比金属丝电阻应变片大50一一70倍。倍。ERdRS半导体应变片半导体应变片优点优点：灵敏度高，机械滞后小、横向效应小、体积小等。：灵敏度高，机械滞后小、横向效应小、体积小等。缺点缺点：温度稳定性能差、灵敏度分散度大：温

14、度稳定性能差、灵敏度分散度大(由于晶向、杂质由于晶向、杂质等因素的影响等因素的影响)以及在较大应变作用下，非线性误差大等，以及在较大应变作用下，非线性误差大等，这些缺点给使用带来一定困难。这些缺点给使用带来一定困难。应变片的后续电路为电桥电路。应变片的后续电路为电桥电路。第二节第二节 应变片的主要特性应变片的主要特性第二节第二节 应变片的主要特性应变片的主要特性一一 横向效应横向效应二二 温度误差及其补偿温度误差及其补偿第二节第二节 应变片的主要特性应变片的主要特性（一）横向效应（一）横向效应敏感栅是由多条直线和圆弧部分组成直线段：沿轴向拉应变，电阻圆弧段：沿轴向压应变r 电阻 Kr回线式应变

15、片敏感栅半圆弧形部分bOlrrdld0第二节第二节 应变片的主要特性应变片的主要特性 应变片的横栅部分将纵向丝栅部分的电阻变化抵消了一部应变片的横栅部分将纵向丝栅部分的电阻变化抵消了一部分，从而降低了整个电阻应变片的灵敏度，带来测量误差，分，从而降低了整个电阻应变片的灵敏度，带来测量误差，其大小与敏感栅的构造及尺寸有关。敏感栅的纵栅愈窄、愈其大小与敏感栅的构造及尺寸有关。敏感栅的纵栅愈窄、愈长，而横栅愈宽、愈短，则横向效应的影响愈小。长，而横栅愈宽、愈短，则横向效应的影响愈小。第二节第二节 应变片的主要特性应变片的主要特性（二）温度误差及其补偿（二）温度误差及其补偿 1 1、敏感栅电阻随温度的

16、变化引起的误差。当环境温度、敏感栅电阻随温度的变化引起的误差。当环境温度变化变化t t 时，敏感栅材料电阻温度系数为时，敏感栅材料电阻温度系数为 ，则引起，则引起的电阻相对变化为的电阻相对变化为2 2、试件材料的线膨胀引起的误差。当温度变化、试件材料的线膨胀引起的误差。当温度变化t t时，时，因试件材料和敏感栅材料的线膨胀系数不同，应变片将因试件材料和敏感栅材料的线膨胀系数不同，应变片将产生附加拉长（或压缩），引起的电阻相对变化产生附加拉长（或压缩），引起的电阻相对变化 tKRKRRsgtt)(0000tRRRRtt00温度温度误差误差 第二节第二节 应变片的主要特性应变片的主要特性相应的虚假

17、应变输出相应的虚假应变输出tKtKRRsgtt)(/000可得由于温度变化而引起的总电阻变化为可得由于温度变化而引起的总电阻变化为tKRtRRRRsgttt)(000第二节第二节 应变片的主要特性应变片的主要特性温度补偿温度补偿 单丝自补偿法 自补偿法 组合式自补偿法 线路补偿法电桥补偿法、热敏电阻温度补偿 第二节第二节 应变片的主要特性应变片的主要特性 R1+RRb-RU0R1RR4R3URbR被测试件补偿块第二节第二节 应变片的主要特性应变片的主要特性电桥补偿法电桥补偿法优点：简单、方便，在常温下补偿效果较好，优点：简单、方便，在常温下补偿效果较好，缺点：在温度变化梯度较大的条件下，很难做

18、到工缺点：在温度变化梯度较大的条件下，很难做到工作片与补偿片处于温度完全一致的情况，因而影作片与补偿片处于温度完全一致的情况，因而影响补偿效果。响补偿效果。第二节第二节 应变片的主要特性应变片的主要特性 粘贴在被测部位上的是一种特殊应变片，当温度变粘贴在被测部位上的是一种特殊应变片，当温度变化时，产生的附加应变为零或相互抵消，这种应变片称为化时，产生的附加应变为零或相互抵消，这种应变片称为温度自补偿应变片。利用这种应变片来实现温度补偿的方温度自补偿应变片。利用这种应变片来实现温度补偿的方法称为应变片自补偿法。法称为应变片自补偿法。a.a.选择式自补偿应变片选择式自补偿应变片b.b.双金属敏感栅

19、自补偿应变片双金属敏感栅自补偿应变片 第二节第二节 应变片的主要特性应变片的主要特性a.a.选择式自补偿应变片选择式自补偿应变片 实现温度补偿的条件为实现温度补偿的条件为 当被测试件的线膨胀系数当被测试件的线膨胀系数g已知时，通过选择敏感栅材料，已知时，通过选择敏感栅材料，使下式成立使下式成立 即可达到温度自补偿的目的。即可达到温度自补偿的目的。0)(0tKtsgt)(0sgK优点：容易加工，成本低，优点：容易加工，成本低，缺点：只适用特定试件材料，温度补偿范围也较窄。缺点：只适用特定试件材料，温度补偿范围也较窄。第二节第二节 应变片的主要特性应变片的主要特性b.b.双金属敏感栅自补偿应变片双

20、金属敏感栅自补偿应变片 敏感栅丝由两种不同温度系数的金属丝串接组成敏感栅丝由两种不同温度系数的金属丝串接组成 R1R2组合自补偿法组合自补偿法选用两者具有不同符号的电阻温度系数选用两者具有不同符号的电阻温度系数调整调整R1和和R2的比例，使温度变化时产生的的比例，使温度变化时产生的电阻变化满足电阻变化满足 t2t1)()(RR通过调节两种敏感栅的长度来控制应变片通过调节两种敏感栅的长度来控制应变片的温度自补偿，可达的温度自补偿，可达0.45m/的高精度的高精度)()(/111222112221ggttKKRRRRRR第二节第二节 应变片的主要特性应变片的主要特性 T KRtUiR1RR4R3U

21、0R2RtR5 分流电阻分流电阻 UURt U=Ui-URtK第五节第五节 电阻应变片的应用电阻应变片的应用第五节第五节 电阻应变片的应用电阻应变片的应用第五节第五节 电阻应变片的应用电阻应变片的应用一、拉弯联合作用下弯矩或拉力的测量一、拉弯联合作用下弯矩或拉力的测量 杆件受拉力杆件受拉力P P和弯矩和弯矩M M联合作用，在弹性范围内工作，联合作用，在弹性范围内工作，P P、M M的联合作用可看成是的联合作用可看成是P P、M M单独作用的叠加。单独作用的叠加。杆件在杆件在P P、M M单独作用下其上下表面的应变为：单独作用下其上下表面的应变为：A 杆件的截面积杆件的截面积；W 杆件的抗弯截面

22、系数杆件的抗弯截面系数 E 被测件材料的弹性模量被测件材料的弹性模量EWMEAPMP ；第五节第五节 电阻应变片的应用电阻应变片的应用根据叠加原理，杆件在根据叠加原理，杆件在P P、M M联合作用下，其上表面和下表面的联合作用下，其上表面和下表面的应变为：应变为：MPMP 21；第五节第五节 电阻应变片的应用电阻应变片的应用MMPMPKRKRKRRRR 2)()(21210 MMKRKRRR 2200 1、弯矩、弯矩M的测量的测量 测弯矩的贴片与接桥如右图所示，测弯矩的贴片与接桥如右图所示，R1=R2=R，电阻增量，电阻增量R0：相对电阻的增量为：相对电阻的增量为：仪器的应变读数为：仪器的应变

23、读数为：)(2/00KKKRRM取 2MMEWEWM具有温度补偿功能具有温度补偿功能第五节第五节 电阻应变片的应用电阻应变片的应用PMPMPKRKRKRRRR2)()(11 110PPKRKRRR2200PKRR00/2、拉力、拉力P的测量的测量温度补偿需在补偿板上另贴两温度补偿需在补偿板上另贴两片月片月R R2 2、R R2 2”串联组成补偿桥臂串联组成补偿桥臂EAPP第五节第五节 电阻应变片的应用电阻应变片的应用二、其他测量实例二、其他测量实例（a）实心圆柱；（）实心圆柱；（b）空心圆筒；）空心圆筒；第五节第五节 电阻应变片的应用电阻应变片的应用R5R8R7R6R1R2R3R4R5R8R7

24、R6R1R2R3R4UoUF第五节第五节 电阻应变片的应用电阻应变片的应用2 2 梁式力传感器梁式力传感器等截面梁 结构简单，易加工，灵敏度高适合于测5000N以下的载荷 b0h 等截面悬臂梁EbhlF26第五节第五节 电阻应变片的应用电阻应变片的应用b0h 等强度悬臂梁 EhblF206第五节第五节 电阻应变片的应用电阻应变片的应用 双端固定梁EbhlF243第五节第五节 电阻应变片的应用电阻应变片的应用21)2/(32EbhhRF在外力作用下，各点的应力差别较大在外力作用下，各点的应力差别较大 第五节第五节 电阻应变片的应用电阻应变片的应用BK-2SBK-2S称重传感器称重传感器产品详细介

25、绍产品详细介绍采用国际流行的双梁式或剪切S梁结构，拉、压输出对称性好、测量精度高、结构紧凑，安装方便，广泛用于机电结合秤、料斗秤、包装秤等各种测力、称重系统中 供桥电压 12VDC 输入阻抗 38020 输出阻抗 35010 绝缘电阻 2000M 工作温度-10+50 第五节第五节 电阻应变片的应用电阻应变片的应用BKBK4 4轮辐式传感器系列轮辐式传感器系列 采用轮辐式结构，高度低，抗偏采用轮辐式结构，高度低，抗偏抗侧能力强，测量精度高，性能稳定抗侧能力强，测量精度高，性能稳定可靠安装方便，是大、中量程精度传可靠安装方便，是大、中量程精度传感器中的最佳形式，广泛用于各种电感器中的最佳形式，广

26、泛用于各种电子衡器和各种力值测量，如汽车衡、子衡器和各种力值测量，如汽车衡、轨道衡、吊勾秤、料斗秤轨道衡、吊勾秤、料斗秤技术参数 量程（t）1，2，5，10，20，30，50 供桥电压 12VDC 灵敏度 152mV/V 输入阻抗 73020 非线性（%FS）0.03,0.05,0.1 输出阻抗 70010 重复性（%FS）0.03,0.05,0.1 绝缘电阻 2000M 滞后（%FS）0.03,0.05,0.1 工作温度-10+50 允许过负荷 120%FS 热零点偏移（%FS/10）第五节第五节 电阻应变片的应用电阻应变片的应用4.4.应变式压力传感器应变式压力传感器tr膜片R1R2 R3

27、R4膜片式压力传感器 R4R3R1R2 UU0第五节第五节 电阻应变片的应用电阻应变片的应用5.5.筒式压力传感器筒式压力传感器 测较大压力测较大压力 机床液压系统的压力（106107Pa），枪炮的膛内压力（108Pa），动态特性和灵敏度主要由材料的E值和尺寸决定 第五节第五节 电阻应变片的应用电阻应变片的应用6.6.组合式压力传感器组合式压力传感器应变片不直接粘贴在压力感受元件上压力敏感元件为膜片或膜盒、波纹管、弹簧管等 通常用于测量小压力。其缺点是固有频率低，不适于测量瞬态过程。第五节第五节 电阻应变片的应用电阻应变片的应用7.AK-17.AK-1型应变式脉动压力传感器型应变式脉动压力传感

28、器产品产品特点：采用外壳和膜片为一体的圆膜片结构 尺寸小，安装方便 频响高，精度高，性能稳定可靠 适用于各种动，静态、气、液体介质的压力测量第五节第五节 电阻应变片的应用电阻应变片的应用8.8.容器内液体重量（液位）传感器容器内液体重量（液位）传感器第五节第五节 电阻应变片的应用电阻应变片的应用液位传感器液位传感器hgAAUUU)(21210式中式中 A1、A2传感器的传输系数；传感器的传输系数；g 重力加速度重力加速度(m/s2)；被测溶液的密度被测溶液的密度(Kg/m3)。溶液重量溶液重量 DQAAU)(210式中式中 Q容器内感压膜上面溶液的重量容器内感压膜上面溶液的重量(N)；D柱形容

29、器的截面积柱形容器的截面积(m2)。第五节第五节 电阻应变片的应用电阻应变片的应用9.9.应变式加速度传感器应变式加速度传感器在低频（在低频（1060Hz）振动测量中得到广泛的应用）振动测量中得到广泛的应用,但不适用但不适用于频率较高的振动和冲击。于频率较高的振动和冲击。应变式加速度传感器结构示意图应变式加速度传感器结构示意图1等强度梁等强度梁 2质量块质量块 3壳体壳体 4电阻应变片电阻应变片第五节第五节 电阻应变片的应用电阻应变片的应用YHX12-WBD-30型型 百分表式电阻应变位移传感器百分表式电阻应变位移传感器10.10.应变式位移传感器应变式位移传感器第五节第五节 电阻应变片的应用

30、电阻应变片的应用11.11.应变式称重仪表应变式称重仪表工作原理工作原理选择电阻应变片材料的要求选择电阻应变片材料的要求（1）敏感栅）敏感栅 灵敏系数灵敏系数k和电阻率和电阻率 要尽可能高而稳定；要尽可能高而稳定；电阻温度系数小，电阻电阻温度系数小，电阻-温度间的线性关系和重复温度间的线性关系和重复性好；性好；机械强度高，碾压及焊接性能好，与其它金属之间机械强度高，碾压及焊接性能好，与其它金属之间接触热电势小；接触热电势小；抗氧化、耐腐蚀性能强，无明显机械滞后抗氧化、耐腐蚀性能强，无明显机械滞后。（2）应变片基底材料）应变片基底材料应变片基底材料有纸和聚合物两大类，纸基逐渐应变片基底材料有纸和

31、聚合物两大类，纸基逐渐被胶基取代。被胶基取代。对基底材料性能有如下要求：对基底材料性能有如下要求：机械强度好，挠性好；机械强度好，挠性好；粘贴性能好；粘贴性能好；绝缘性能好；绝缘性能好；热稳定性和抗湿性好；热稳定性和抗湿性好；无滞后和蠕变。无滞后和蠕变。（3）引线材料）引线材料 康铜丝敏感栅应变片，引线采用直径为康铜丝敏感栅应变片，引线采用直径为0.050.18mm的银铜丝，采用点焊焊接。的银铜丝，采用点焊焊接。3 电阻应变片特性及粘贴电阻应变片特性及粘贴3.1 变片的主要工作参数变片的主要工作参数（1）应变片的尺寸）应变片的尺寸 标距标距l：顺着应变片轴向敏感栅两端转向处之间：顺着应变片轴向

32、敏感栅两端转向处之间的距离的距离。栅宽栅宽b：敏感栅的横向尺寸称为栅宽，以：敏感栅的横向尺寸称为栅宽，以b表示。表示。使用面积：使用面积：l b称为应变片的使用面积。应变片的称为应变片的使用面积。应变片的基底长基底长LS和宽度和宽度W要比敏感栅大一些。要比敏感栅大一些。（2）应变片的电阻值）应变片的电阻值 指应变片没有安装且不受力的情况下，在室温时指应变片没有安装且不受力的情况下，在室温时测定的电阻值。测定的电阻值。应变片在相同的工作电流下，电阻值愈大，允许应变片在相同的工作电流下，电阻值愈大，允许的工作电压亦愈大，可提高测量灵敏度。的工作电压亦愈大，可提高测量灵敏度。（3）机械滞后）机械滞后

33、 机械滞后：对已安装的应变片，在恒定的温度机械滞后：对已安装的应变片，在恒定的温度环境中，加载和卸载过程中同一载荷下指示应变的最环境中，加载和卸载过程中同一载荷下指示应变的最大差数大差数。产生的原因：如应变片本身特性不好；试件本产生的原因：如应变片本身特性不好；试件本身的材质不好；粘结剂选择不当；固化不良；粘接技身的材质不好；粘结剂选择不当；固化不良；粘接技术不佳，部分脱落和粘结层太厚等。术不佳，部分脱落和粘结层太厚等。采取的措施：为了减小应变片的机械滞后给测采取的措施：为了减小应变片的机械滞后给测量结果带来的误差，可对新粘贴应变片的试件反复加、量结果带来的误差，可对新粘贴应变片的试件反复加、

34、卸载卸载35次。次。（4）热滞后）热滞后 热滞后：对已安装的应变片试件可自由膨胀并热滞后：对已安装的应变片试件可自由膨胀并不受外力作用，在室温与极限工作温度之间增加或减不受外力作用，在室温与极限工作温度之间增加或减少温度，同一温度下指示应变的差数。少温度，同一温度下指示应变的差数。产生的原因：这主要由粘结层的残余引力、干产生的原因：这主要由粘结层的残余引力、干燥程度、固化速度和屈服点变化等引起。燥程度、固化速度和屈服点变化等引起。采取的措施：应变片粘贴后进行采取的措施：应变片粘贴后进行“二次固化处二次固化处理理”可使热滞后值减小。可使热滞后值减小。（5）零点漂移）零点漂移 零漂：对已安装的应变

35、片，在温度恒定试件不零漂：对已安装的应变片，在温度恒定试件不受力的条件下，指示应变随时间的变化称为零点漂移受力的条件下，指示应变随时间的变化称为零点漂移（简称零漂）。（简称零漂）。产生原因：这是由于应变片的绝缘电阻过低及产生原因：这是由于应变片的绝缘电阻过低及通过电流而产生热量等原因造成。通过电流而产生热量等原因造成。（6）蠕变）蠕变 定义：对已安装的应变片，在温度恒定并承受定义：对已安装的应变片，在温度恒定并承受恒定的机械应变时，指示应变随时间的变化称为蠕变。恒定的机械应变时，指示应变随时间的变化称为蠕变。产生的原因：主要是由胶层引起，如粘结剂种产生的原因：主要是由胶层引起，如粘结剂种类选择

36、不当、粘贴层较厚或固化不充分以及在粘结剂类选择不当、粘贴层较厚或固化不充分以及在粘结剂接近软化温度下进行测量等。接近软化温度下进行测量等。（7）应变极限）应变极限 温度不变时使试件的应变逐渐加大，应变片的指温度不变时使试件的应变逐渐加大，应变片的指示应变与真实应变的相对误差（非线性误差）小于规示应变与真实应变的相对误差（非线性误差）小于规定值（一般为定值（一般为10%）情况下所能达到的最大应变值为）情况下所能达到的最大应变值为该应变片的应变极限。该应变片的应变极限。（8）绝缘电阻）绝缘电阻 应变片引线和安装应变片的试件之应变片引线和安装应变片的试件之间的电阻值，间的电阻值，此值常作为应变片粘结

37、层固化程度此值常作为应变片粘结层固化程度和是否受潮的标志。绝缘电阻下降会带和是否受潮的标志。绝缘电阻下降会带来零漂和测量误差来零漂和测量误差。（9）疲劳寿命）疲劳寿命 定义：对已安装的应变片在一定的交变机械应变定义：对已安装的应变片在一定的交变机械应变幅值下，可连续工作而不致产生疲劳损坏的循环次数，幅值下，可连续工作而不致产生疲劳损坏的循环次数，称为疲劳寿命。称为疲劳寿命。疲劳寿命的循环次数与动载荷的特性及大小有密疲劳寿命的循环次数与动载荷的特性及大小有密切的关系。切的关系。（10）最大工作电流）最大工作电流 定义：允许通过应变片而不影响其工作特性的最定义：允许通过应变片而不影响其工作特性的最

38、大电流值，称为最大工作电流。大电流值，称为最大工作电流。应变片的粘贴应变片的粘贴1.应变片的工作情况应变片的工作情况 贴在试件上的应变片，其敏感部分基本上可和试贴在试件上的应变片，其敏感部分基本上可和试件一起变形。件一起变形。分析：是因为电阻丝的直径很细，中间物质很薄，分析：是因为电阻丝的直径很细，中间物质很薄，由于电阻丝全部埋在粘结剂里，其粘结表面积相当大，由于电阻丝全部埋在粘结剂里，其粘结表面积相当大，因此说基本上可和试件一起变形。因此说基本上可和试件一起变形。试件表面的变形（应变）是通过胶层、基底以剪试件表面的变形（应变）是通过胶层、基底以剪力的形式传给电阻丝的。当试件沿力的形式传给电阻

39、丝的。当试件沿x方向变形时，胶方向变形时，胶层下表面与试件一起移动，和基底粘合的上表面是被层下表面与试件一起移动，和基底粘合的上表面是被动的，基底被带动，胶层发生剪应力动的，基底被带动，胶层发生剪应力 1。基底发生剪。基底发生剪应力应力 2将应变传到电阻丝上。将应变传到电阻丝上。剪应力分布规律如图：剪应力分布规律如图：应变片两端剪应力最大，中间最小。应变片两端剪应力最大，中间最小。在粘贴应变片时应注意将应变片的两端贴牢固。在粘贴应变片时应注意将应变片的两端贴牢固。3.应变片粘贴工艺应变片粘贴工艺（1）应变片检查）应变片检查 外观检查外观检查 电阻值检查电阻值检查 （2）修整应变片）修整应变片

40、对没有标出中心线标记的应变片，应在其基底上标对没有标出中心线标记的应变片，应在其基底上标出中心线；出中心线；如有需要应对应变片的长度和宽度进行修整，但修如有需要应对应变片的长度和宽度进行修整，但修整后的应变片不可小于规定的最小长度和宽度；整后的应变片不可小于规定的最小长度和宽度；对基底较光滑的胶基应变片，可用细沙将基底轻轻对基底较光滑的胶基应变片，可用细沙将基底轻轻的稍许打磨，并用溶剂洗净。的稍许打磨，并用溶剂洗净。（3）试件表面处理）试件表面处理 将要贴应变片的试件表面部分使之平整光洁，无将要贴应变片的试件表面部分使之平整光洁，无油漆、锈斑、氧化层、油污和灰尘等。油漆、锈斑、氧化层、油污和灰

41、尘等。（4）划粘贴应变片的定位线）划粘贴应变片的定位线（5）贴应变片）贴应变片 在处理好的粘贴位置上和应变片基底上，各涂抹在处理好的粘贴位置上和应变片基底上，各涂抹一层薄薄的粘合剂，稍待一段时间。一层薄薄的粘合剂，稍待一段时间。（6）粘合剂的固化处理）粘合剂的固化处理 对粘贴好的应变片，依粘合剂固化要求进行固化对粘贴好的应变片，依粘合剂固化要求进行固化处理。处理。（7）应变片粘贴质量的检查）应变片粘贴质量的检查 外观检查：用放大镜观察粘合层是否有气泡。外观检查：用放大镜观察粘合层是否有气泡。电阻值检查电阻值检查 绝缘电阻检查：绝缘电阻一般大于绝缘电阻检查：绝缘电阻一般大于200M （8）引出线

42、的固定保护）引出线的固定保护（9）应变片的防潮处理）应变片的防潮处理 应变片粘贴固化好后要进行防潮处理，以免潮湿应变片粘贴固化好后要进行防潮处理，以免潮湿引起绝缘电阻和粘合强度降低，影响测试精度。引起绝缘电阻和粘合强度降低，影响测试精度。74 在使用应变片测量应变时，必须有适在使用应变片测量应变时，必须有适当的方法检测其阻值的微小变化。为当的方法检测其阻值的微小变化。为此，一般是把应变片接入某种电路，此，一般是把应变片接入某种电路，让它的电阻变化对电路进行某种控制，让它的电阻变化对电路进行某种控制，使电路输出一个能模拟这个电阻变化使电路输出一个能模拟这个电阻变化的电信号，之后，只要对这个电信号

43、的电信号，之后，只要对这个电信号进行相应的处理（滤波、放大、调制进行相应的处理（滤波、放大、调制解调等）就行了。解调等）就行了。应变片的测量电路应变片的测量电路75 数字式静态电阻应变仪数字式静态电阻应变仪（12通道）通道）kRRRR76 常规电阻应变测量使用的应变仪，它的输常规电阻应变测量使用的应变仪，它的输入回路叫做入回路叫做应变电桥应变电桥 应变电桥：应变电桥：以应变片作为其构成部分的以应变片作为其构成部分的电桥。电桥。应变电桥的作用：应变电桥的作用：能把应变片阻值的微能把应变片阻值的微小变化转换成输出电压的变化。小变化转换成输出电压的变化。U78 电桥：电桥：将电阻、将电阻、电感、电容

44、等电感、电容等参量的变化转参量的变化转换为电压或电换为电压或电流输出的一种流输出的一种测量电路测量电路。典型直流电桥典型直流电桥79 如图所示，设输入电压恒定，因为如图所示，设输入电压恒定，因为B B、D D间开路，故间开路，故电流：电流：212,1RREI434,3RREI电阻电阻R1，R4上的压降分别为：上的压降分别为：211RRERuAB434RRERuAD80 因为因为BAABuuuABABuuuDAADuuuADADuuuERRRRRRuuuBDDB)(43421181ERRRRRRRRu)(43214231记为：记为：当当u=0时，表示电桥处于平衡，可得时，表示电桥处于平衡，可得R

45、1R3=R2 R4，R1R3=R2 R4是直流电桥的平衡条件。是直流电桥的平衡条件。82 如果原处于平衡的电桥，各臂阻值分别有变化：如果原处于平衡的电桥，各臂阻值分别有变化：R1，R2，R3，R4则电桥的输出电压为则电桥的输出电压为:ERRRRRRRRRRRRRRRRu)()()(4433221144223311令令R2/R1=r，忽略，忽略R/R的二次项，将平衡条件的二次项，将平衡条件R1R3=R2R4考虑进去，对上式整理后可得考虑进去，对上式整理后可得83144113322443322112)(11)(11)1(RRRRrRRRRrrRRRRRRRRrrEu84 常用电桥连接方法有三种三种

46、：（1）单臂半桥接法：）单臂半桥接法：R R1 1作为应变片作为应变片（2）半桥接法：）半桥接法：R R1 1、R R2 2作为应变片作为应变片（3）全桥接法：）全桥接法：R R1 1、R R2 2、R R3 3、R R4 4均为应变片均为应变片 为了简化桥路，设计时往往取相邻桥臂电阻相等。为了简化桥路，设计时往往取相邻桥臂电阻相等。R1=R2=R R3=R4=R”而而RR”r=185单臂单臂 半桥半桥全桥全桥86 无论哪种电桥方案，均满足平衡条件，且无论哪种电桥方案，均满足平衡条件，且r=114433221144332211)(2114RRRRRRRRRRRRRRRREu87 此式即为电桥输

47、入电压恒定时，输出电此式即为电桥输入电压恒定时，输出电压与桥臂电阻变化率之间的关系压与桥臂电阻变化率之间的关系。构件受力后，应变电桥将依此关系把应构件受力后，应变电桥将依此关系把应变片的阻值变化转换为其输出电压的变变片的阻值变化转换为其输出电压的变化。我们自然希望这种关系是线性的。化。我们自然希望这种关系是线性的。88144332211)(211 1RRRRRRRRC)1(444332211CRRRRRRRREu14433221121 RRRRRRRRC89令：令：u=u1u24443322111RRRRRRRREu90 u2=-Cu1 （非线性部分）（非线性部分）若略去若略去u2，则引入非线

48、性误差，此相对误差，则引入非线性误差，此相对误差为：为：CCuuue11)(2144332211RRRRRRRRe91 式中电阻值的增量可正可负。考虑到测量应变的式中电阻值的增量可正可负。考虑到测量应变的正负，根据电桥的性质，在构件上布置应变片时，正负，根据电桥的性质，在构件上布置应变片时，一般是力图使一般是力图使应变电桥相邻桥臂的电阻变化异号，应变电桥相邻桥臂的电阻变化异号，相对桥臂的电阻变化同号。相对桥臂的电阻变化同号。这样上式中各项相抵，这样上式中各项相抵，使使e很小而很小而u1很大。很大。考虑最坏的情况，只有一个桥臂（如考虑最坏的情况，只有一个桥臂（如R1）接）接入应变片，而其他三臂阻

49、值不变，此时的非入应变片，而其他三臂阻值不变，此时的非线性误差为：线性误差为：R10，R2=0，R3=0，R4=01112121kRRe若应变片灵敏系数若应变片灵敏系数k近似于近似于2，则，则1。这表明略去电桥。这表明略去电桥输出电压中的非线性部分所引起的相对误差值与被测应输出电压中的非线性部分所引起的相对误差值与被测应变值大小相当。变值大小相当。如设如设1=5000 则则 e=500010-6=0.5%可见，在一般应变范围内分析应变电桥的输可见，在一般应变范围内分析应变电桥的输出电压时，只取其线性部分是足够精确的。出电压时，只取其线性部分是足够精确的。这样在允许的非线性误差范围内，得到一这样

50、在允许的非线性误差范围内，得到一个线性关系式，即：个线性关系式，即：444332211RRRRRRRREu若在各臂接入相同的应变片，则：若在各臂接入相同的应变片，则：)(414321kEu94(1)应变电桥的输出电压与相邻两臂的电阻应变电桥的输出电压与相邻两臂的电阻变化率之差，或相对两臂电阻变化率之和变化率之差，或相对两臂电阻变化率之和成正比。成正比。(2)如果相邻两臂的电阻变化率大小相等，如果相邻两臂的电阻变化率大小相等，符号相同；或相对两臂的电阻变化率大小符号相同；或相对两臂的电阻变化率大小相等，符号相反，则电桥不会改变其平衡相等，符号相反，则电桥不会改变其平衡状态。状态。)(414321