电阻应变计.ppt

电阻应变计,杜和伟 王猛 张雨佳 庄翌辰,目录,1.,电阻应变仪的基本构造和工作原理,2.,电阻应变仪的各项工作特性,3.,电阻应变仪的种类,4.,电阻应变仪的选择和粘贴方法,5.,其他应变计简介,1.电阻应变计的基本构造和工作原理,应变片主要由敏感栅、基底、覆盖层及引出线所组成，敏感栅用黏合剂粘在基底和覆盖层之间,。,引出线,敏感栅,基底,覆盖层,1.电阻应变计的基本构造和工作原理,要求：机械性能好、防潮性好、绝缘好、热稳定性好，线膨胀系数小，柔软和便于粘贴,材料：纸基：多孔、不含油的薄纸,(0.020.05mm),优点：柔软、易于粘贴、应变极限大、价廉,缺点：防潮、绝缘性能差,使用温度：,-50+80,胶基：酚醛树脂、环氧树脂及聚酰亚胺等有机聚合物,(0.03mm),优点：强度高、耐热、耐潮和绝缘,使用温度：,-50+170,，聚酰亚胺可以到,300,基底,作用：固定和支撑敏感栅，使试件与敏感栅绝缘,1.电阻应变计的基本构造和工作原理,粘结层,覆盖层,作用：帮助基底维持敏感栅的几何形状，保护敏感栅不发生短路或受到机械伤害，选择材料一般与基底材料相同,引线,作用：将敏感栅接入测量电路，以便从敏感栅引出电信号,材料：一般选择低阻值的镀锡铜丝，直径,0.150.2mm,，长,4050mm,，高温应变片选择镍铬合金,作用：将敏感栅固定在基底或将应变片固定在待测试样表面,1.电阻应变计的基本构造和工作原理,金属电阻丝的应变,-,电阻效应,金属电阻丝受拉伸（或压缩）变形时其电阻相对变化率,dR/R,和金属电阻丝的应变,正比,安装在被测构件表面上，电阻应变计同构件一致应变，通过电阻变化反应构件表面沿敏感栅轴线方向的应变,1.电阻应变计的基本构造和工作原理,电阻定律,一根长,L,横截面积,A,电阻率,的金属丝，电阻,R,表示为：,1.电阻应变计的基本构造和工作原理,2.电阻应变计的各项工作特性,灵敏系数,轴向受力，应变片电阻值的变化与沿轴向应变的比值。,K,是反映电阻应变片对构件表面单位应变所产生的电阻相对变化量。它的大小主要取决于敏感栅材料的灵敏系数,K,0,，但两者又不相等。,2.电阻应变计的各项工作特性,应变计的灵敏系数的测定,采用抽样方法在专门的灵敏系数检定装置上实验测定，并将得到的灵敏系数,K,的平均值及标准误差作为表征该批应变计的灵敏系数特征,1.,灵敏系数检定装置,将应变计安装在单向应力状态试件上，如拉伸试件与弯曲梁。,弯曲梁：等应力悬臂梁；,纯弯曲梁；,刚架梁。,2.电阻应变计的各项工作特性,对于等应力悬臂梁和纯弯曲梁,2.电阻应变计的各项工作特性,对于刚架梁装置,2.电阻应变计的各项工作特性,检定方法及灵敏系数计算,2.电阻应变计的各项工作特性,平均灵敏系数,灵敏系数相对标准偏差,2.电阻应变计的各项工作特性,横向效应系数,(H),通常要求应变片的指示应变值只反映构件表面的应变片轴线方向上的应变。然而，应变片的敏感栅中除了有纵栅外，还有圆弧形或直线形的横栅，横栅的电阻变化是由于构件表面轴向应变和横向应变共同作用的结果，因此应变片具有横向效应,H,。,横向效应缩短引起应变片电阻值减小的量，抵消了一部分纵向伸长引起电阻值增加的量，因而使所测的应变值减小，或者说，使应变片的灵敏系数减小。,2.电阻应变计的各项工作特性,横向效应系数仅与其几何尺寸有关，而与其应变量的大小无关。对一般应变片，,H,值为,0.10.3%,。基长较短，而敏感栅段数较多的应变片，,H,值可达,5%,。,为了减小横向效应，可采用基长较大的应变片。,2.电阻应变计的各项工作特性,单向应力标定梁的检定方法,2.电阻应变计的各项工作特性,热输出,当电阻应变片安装在无外力作用、无约束的构件表面上时，在温度变化的情况下，它的电阻会发生变化的现象，称为电阻应变片的温度效应。,-,温度变化时，应变片敏感栅材料的电阻会发生变化，并且，应变片和构件都会因温度变化而产生变形，从而使应变片的电阻值随温度变化而变化。这种温度效应将影响电阻应变片测量构件表面应变的准确性。通常，将温度效应产生的应变片的电阻相对变化所对应的应变量，称为热输出。,2.电阻应变计的各项工作特性,(2),试件材料与敏感栅材料的线膨胀系数不同，使应变片产生附加应变。,如粘贴在试件上一段长度为,l,0,的应变丝，当温度变化,t,时，应变丝受热膨胀至,l,t1,，而应变丝,l,0,下的试件伸长为,l,t2,。,2.电阻应变计的各项工作特性,2.电阻应变计的各项工作特性,式中，,l,0,为温度为,t,0,时的应变丝长度；,l,t1,为温度,t,时的应变丝长度；,l,t2,为温度,t,时应变丝下试件的长度；,e,、,g,为应变丝和试件材料的线膨胀系数；,l,t1,、,l,t2,为温度变化,t,时应变丝和试件膨胀量,2.电阻应变计的各项工作特性,将温度变化,t,时的电阻变化折合成应变，则,衡量应变计热输出的指标称为平均热输出系数,C,2.电阻应变计的各项工作特性,温度引起的热输出，会实验数据的测量时的系统误差，为了减少这种误差，有以下温度补偿方法：,2.电阻应变计的各项工作特性,应变计电阻,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。,应变片的标准名义电阻值通常为,60,、,120,、,350,、,500,、,1000,五种。,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。,2.电阻应变计的各项工作特性,机械滞后,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大差数。,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量结果带来的误差，可对新粘贴应变片的试件反复加、卸载,35,次。,2.电阻应变计的各项工作特性,热滞后,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,“,二次固化处理,”,可使热滞后值减小。,2.电阻应变计的各项工作特性,稳定性,电阻应变片的稳定性是指在工作条件恒定的情下，经历规定的时间后，仍能保持原有性能参数的能力。它是反映电阻应变片长期静态工作能力的重要性能。通常，电阻应变片的稳定性用应变片的电阻值漂移和蠕变大小来表示。,2.电阻应变计的各项工作特性,应变计漂移,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（简称零漂）。,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。,2.电阻应变计的各项工作特性,蠕变,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。,产生的原因：主要是由胶层引起，如粘结剂种类选择不当、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。,2.电阻应变计的各项工作特性,应变极限,应变片在一定温度下测量的应变范围是有限的，这个限度称为应变片的应变极限。是指在温度恒定时，指示应变与真实应变的相对误差不超过规定数值时的最大真实应变值，即应变计应变极限。,2.电阻应变计的各项工作特性,应变极限,以相对误差的 为限制值。,一般常温应变计：,800020000um/m,大应变应变计：,50000,（,5%,）,um/m,10,万（,10%,）,20,万（,20%,）,um/m,2.电阻应变计的各项工作特性,绝缘电阻,应变片敏感栅（包括引线）和安装应变片的试件之间的电阻值，一般一兆欧计。此值常作为应变片粘结层固化程度和是否受潮的标志。绝缘电阻下降会带来零漂和测量误差。,影响绝缘电阻的主要因素是：,湿度；,粘接剂吸收水分发生的体积膨胀,粘接剂吸收水分变软，粘接强度下降，灵敏系数降低,2.电阻应变计的各项工作特性,绝缘电阻最终影响到测量的稳定性，表现为测试系统产生零漂。,为保证测量精度，一般要求绝缘电阻在,50100M,以上。,静态测量时，绝缘电阻不低于,100M,；长期测量时，应大于,500M,。,动态测量时，允许适当降低，一般在,20,以上，低于此值会严重影响测量的稳定性,2.电阻应变计的各项工作特性,疲劳寿命,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，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切的关系。,最大工作电流,(,许用电流,),定义：允许通过应变片而不影响其工作特性的最大电流值，称为最大工作电流。,2.电阻应变计的各项工作特性,灵敏系数随温度变化,3.电阻应变计的种类,3.电阻应变计的种类,应变计利用的原理,电阻应变片利用金属丝的电阻应变效应。,半导体应变片利用压阻效应。,电容式应变片利用电容原理。,3.电阻应变计的种类,敏感栅制造,用金属丝手工或机械绕制而成,用铜线焊接金属丝,利用光刻（用照相腐蚀）的方法对箔进行处理,对单晶硅棒沿一定的晶轴方向进行切片，然后经研磨，,光刻而成,拱形电容应变计（见书本）,采用高频溅射与光刻技术,3.电阻应变计的种类,薄膜式应变计,60,年代产生,采用高频溅射与光刻技术，制成了薄膜式电阻应变计。,薄膜式电阻应变计的应变线性好、蠕变小、灵敏系数大、精度高、性能指标普遍优于一般的箔式应变计。,3.电阻应变计的种类,半导体应变片,半导体应变片的工作特性,灵敏系数,热输出,灵敏系数随温度的变化,横向效应系数,机械滞后、蠕变和应变极限,疲劳寿命,半导体应变片的种类,按敏感栅制造方法,按温度补偿类型,4.电阻应变计的选择和粘贴使用方法,应变计的选用,测试的环境条件,温度,湿度,被测构件的应变状态,应变分布梯度,应变性质,被测构件的材料性质,匀质材料、非匀质材料,应变片的电阻值,4.电阻应变计的选择和粘贴使用方法,电阻应变计粘贴使用技术,一.常温电阻应变计的粘贴使用技术,粘贴剂,快干胶,温湿固化双组分胶,快干胶常用于金属结构，而,温湿固化双组分胶常用于混凝土结构,4.电阻应变计的选择和粘贴使用方法,二.粘贴安装的主要步骤,实,验表面的准备,电阻应变计的准备,涂粘接剂,夹紧和固化,导线连接和检查,涂防护涂层,粘贴质量检查,4.电阻应变计的选择和粘贴使用方法,三.粘贴安装的各种器材和工具,主要工具,粘接剂,试验件,电阻应变计,清洗溶剂,脱脂棉或布,防潮剂,砂纸,划线笔、钢板尺、尖镊子,接线端子、导线,电烙铁、焊锡丝、焊油、松香,数字万用表,4.电阻应变计的选择和粘贴使用方法,除锈、保护膜,将应变片所需粘贴的部位用纱布打磨，直到除去油污、锈迹等,确定粘贴位置,在准备粘贴应变计的部位用4H铅笔划出定位标记线，要求不在表面产生毛刺,。,4.电阻应变计的选择和粘贴使用方法,对粘贴面的脱脂和清洁,用脱脂棉球或布沾清洗溶剂（一般用丙酮）单方向擦洗实验编码待贴应变计部位，直到棉球保持洁白为止。,4.电阻应变计的选择和粘贴使用方法,应变计的准备,粘贴前，用万用表逐个测量电阻值，不得用手拿，用干净的圆头镊子夹应变计引线部位，不得触碰箔栅和基底,。,箔栅,引线,基底,4.电阻应变计的选择和粘贴使用方法,涂粘贴剂,分清表里，在没有箔栅的基底里面涂粘结剂，不能使用涂抹的方式。,粘贴,将涂有粘贴剂的应变计立即粘在所标记的中心位置。,4.电阻应变计的选择和粘贴使用方法,加压,用拇指轻按薄膜一分钟，使其固化。,完成,焊接导线时注意将导线短的一端焊在接线端子上，这样就完成了,4.电阻应变计的选择和粘贴使用方法,电阻应变计的防护,在一般气候下粘贴后的电阻应变计应做防潮处理，一般用石蜡,。,粘贴质量的检查,主要是检查应变计敏感栅下是否有气泡和应变计轴线方向是否与试验表面标记线重合。,4.电阻应变计的选择和粘贴使用方法,电阻应变计奇特粘贴安装技术,与前面用快干胶或室温固化双组份胶粘贴安装技术不同，这种应变计不是用于应力分析而是用于传感器，这是一般采用需加热固化粘接粘贴安装电阻应变计。,