第二章1电阻应变片.pptx

1山东大学模具工程技术研究中心第二章第二章 应力和力和应变的的电测二、电测法的缺点：二、电测法的缺点：二、电测法的缺点：二、电测法的缺点：（1 1）不适于测整体应力分布）不适于测整体应力分布）不适于测整体应力分布）不适于测整体应力分布（2 2）仪器接线多）仪器接线多）仪器接线多）仪器接线多（3 3）易受干扰）易受干扰）易受干扰）易受干扰l l应力和应变电测的基本原理：应力和应变电测的基本原理：应力和应变电测的基本原理：应力和应变电测的基本原理：将金属细丝粘贴在被测零件上，将金属细丝粘贴在被测零件上，将金属细丝粘贴在被测零件上，将金属细丝粘贴在被测零件上，金属丝受力变形后其电阻也发生相应的变化，测电阻的变化就金属丝受力变形后其电阻也发生相应的变化，测电阻的变化就金属丝受力变形后其电阻也发生相应的变化，测电阻的变化就金属丝受力变形后其电阻也发生相应的变化，测电阻的变化就可测出应变值。测应力用虎克定律计算。可测出应变值。测应力用虎克定律计算。可测出应变值。测应力用虎克定律计算。可测出应变值。测应力用虎克定律计算。l l转换器：转换器：转换器：转换器：电阻应变片电阻应变片电阻应变片电阻应变片l l测量线路和放大器：测量线路和放大器：测量线路和放大器：测量线路和放大器：电阻应变仪电阻应变仪电阻应变仪电阻应变仪l l记录仪：记录仪：记录仪：记录仪：光线示波器等光线示波器等光线示波器等光线示波器等2山东大学模具工程技术研究中心2.1 2.1 电阻应变式传感器电阻应变式传感器-应变片应变片 电阻应变片工作原理是基于金属导电阻应变片工作原理是基于金属导体的应变效应，即金属导体在外力作用体的应变效应，即金属导体在外力作用下发生机械变形时，其电阻值随着所受下发生机械变形时，其电阻值随着所受机械变形机械变形(伸长或缩短伸长或缩短)的变化而发生变的变化而发生变化的现象。化的现象。3山东大学模具工程技术研究中心三、应变片的结构三、应变片的结构 丝绕式应变片的构造示意如下图。它以直径为丝绕式应变片的构造示意如下图。它以直径为0.025mm左右的、高电阻率的合金电阻丝左右的、高电阻率的合金电阻丝2，绕成形如，绕成形如栅栏的敏感栅。栅栏的敏感栅。bl1-基底基底 2-电阻丝电阻丝 3-覆盖层覆盖层 4-引线引线电阻丝应变片的基本结构电阻丝应变片的基本结构3144山东大学模具工程技术研究中心1)1)工作原理工作原理工作原理工作原理上述任何一个参数变换均会引起电阻变化上述任何一个参数变换均会引起电阻变化,求导数求导数金属应变片的电阻金属应变片的电阻R R为为代入代入5山东大学模具工程技术研究中心有：有：金属丝：金属丝：金属丝体积不变：金属丝体积不变：6山东大学模具工程技术研究中心有：有：对金属材料，导电率不变：对金属材料，导电率不变：金属丝应变片：金属丝应变片：7山东大学模具工程技术研究中心讨论讨论:(1)(1)其本身有两项构成其本身有两项构成:其尺寸部分引起其尺寸部分引起:(1+2);:(1+2);电阻率引起的电阻率引起的,其变化规律有待探讨其变化规律有待探讨;(2)(2)电阻丝的灵敏系数在一定范围内可看作是一常数电阻丝的灵敏系数在一定范围内可看作是一常数,该系数该系数一般可由实验获得一般可由实验获得.8山东大学模具工程技术研究中心2)2)应变片的主要参数应变片的主要参数应变片的主要参数应变片的主要参数 a a）几何参数几何参数：表距：表距L L和丝栅宽度和丝栅宽度b b，制造厂常用，制造厂常用bLbL表示。表示。b b）电阻值电阻值：应变计的原始电阻值：应变计的原始电阻值,应变片的标准名义电阻值应变片的标准名义电阻值通常为通常为6060、120120、350350、500500、10001000 五种，一般为五种，一般为120120。c c）灵敏系数灵敏系数：表示应变计变换性能的重要参数。：表示应变计变换性能的重要参数。在单向应力状态下的标准标定装置上在单向应力状态下的标准标定装置上(纯弯曲梁或等强度梁纯弯曲梁或等强度梁,钢材的泊松比为钢材的泊松比为0.285)0.285)用实验方法确定的。测量时应变片沿梁的用实验方法确定的。测量时应变片沿梁的主应力方向粘贴主应力方向粘贴,应变片的相对电阻变化与粘贴处的表面应变之应变片的相对电阻变化与粘贴处的表面应变之比为其灵敏系数比为其灵敏系数;生产单位在每批次中按一定比例抽样检查生产单位在每批次中按一定比例抽样检查,取其取其平均值作为产品的灵敏系数。平均值作为产品的灵敏系数。9山东大学模具工程技术研究中心d)d)最大工作电流最大工作电流e)e)温度效应温度效应 (1)(1)温度变化引起的电阻变化温度变化引起的电阻变化 (2)(2)被测试件与应变片膨胀系数不同引起的附加应变被测试件与应变片膨胀系数不同引起的附加应变考虑进行补偿：桥路补偿（常温下测量）、用温度自补偿片（高温下测量）考虑进行补偿：桥路补偿（常温下测量）、用温度自补偿片（高温下测量）考虑进行补偿：桥路补偿（常温下测量）、用温度自补偿片（高温下测量）考虑进行补偿：桥路补偿（常温下测量）、用温度自补偿片（高温下测量）10山东大学模具工程技术研究中心应变片的主要参数应变片的主要参数应变片的主要参数应变片的主要参数 f f）横向灵敏度：横向灵敏度：由于由于丝栅圆弧段的存在，电阻丝的变形不但受轴向应变由于由于丝栅圆弧段的存在，电阻丝的变形不但受轴向应变xx的作用，同时的作用，同时也受横向应变也受横向应变yy的作用。的作用。横向灵敏系数横向灵敏系数轴向灵敏系数轴向灵敏系数横向灵敏度：横向灵敏度：K0应变片的灵敏系数应变片的灵敏系数 不仅与丝栅的材料、形状有关，而且与不仅与丝栅的材料、形状有关，而且与应变场的比值有关。应变场的影响直接应变场的比值有关。应变场的影响直接与横向影响灵敏度的大小有关。与横向影响灵敏度的大小有关。一般一般H5%11山东大学模具工程技术研究中心横向效用的影响与修正应变片的横向效应的修正应变片的横向效应的修正应变片出厂时给出的应变片的灵敏系数应变片出厂时给出的应变片的灵敏系数K K，是在标定梁上，是在标定梁上抽样标定的，即在抽样标定的，即在y/x=-y/x=-条件下得到的条件下得到的实测中，以实测中，以K K来代替来代替K0K0，则仪器的应变读数为，则仪器的应变读数为其相对误差：其相对误差：为消除横向效应的影响，沿为消除横向效应的影响，沿两个方向贴片测量：两个方向贴片测量：12山东大学模具工程技术研究中心g g）其它：其它：表示应变计性能的参数表示应变计性能的参数工作温度工作温度机械滞后机械滞后蠕变、零漂蠕变、零漂疲劳寿命疲劳寿命频率响应特性频率响应特性等等 13山东大学模具工程技术研究中心四、四、四、四、应变片的种类应变片的种类应变片的种类应变片的种类:（1 1 1 1）丝绕式应变片）丝绕式应变片）丝绕式应变片）丝绕式应变片（2 2 2 2）短接式应变片）短接式应变片）短接式应变片）短接式应变片优点：克服了回线式应变片的横向效应。优点：克服了回线式应变片的横向效应。缺点：在冲击、振动试验条件下，易在焊接缺点：在冲击、振动试验条件下，易在焊接点处出现疲劳破坏。点处出现疲劳破坏。14山东大学模具工程技术研究中心（3 3 3 3）箔式应变片）箔式应变片）箔式应变片）箔式应变片利用照相制版或光刻腐蚀的方法，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将电阻箔材在绝缘基底下制成各种图形而成。种图形而成。（4 4 4 4）应变花）应变花）应变花）应变花15山东大学模具工程技术研究中心（5 5 5 5）半导体应变计）半导体应变计）半导体应变计）半导体应变计简化为：简化为：简化为：简化为：优点：灵敏度大优点：灵敏度大,体积小。体积小。缺点：温度稳定性和可重复性不如金属应变片。缺点：温度稳定性和可重复性不如金属应变片。为半导体材料的压阻系数，它与半导体材料种类及应力方向与晶轴方向之为半导体材料的压阻系数，它与半导体材料种类及应力方向与晶轴方向之为半导体材料的压阻系数，它与半导体材料种类及应力方向与晶轴方向之为半导体材料的压阻系数，它与半导体材料种类及应力方向与晶轴方向之间的夹角有关。间的夹角有关。间的夹角有关。间的夹角有关。用半导体材料用半导体材料(锗或硅锗或硅)作为敏感元件。作为敏感元件。受应变后，其电阻率会发生变化，其电阻值也会随之改变受应变后，其电阻率会发生变化，其电阻值也会随之改变压阻效应。压阻效应。16山东大学模具工程技术研究中心金属应变片金属应变片17山东大学模具工程技术研究中心五、应变片的选用五、应变片的选用五、应变片的选用五、应变片的选用1 1 1 1、构件的工作条件、构件的工作条件、构件的工作条件、构件的工作条件（1）静态载荷：铜镍合金（康铜）静态载荷：铜镍合金（康铜）动态载荷：镍铬合金、镍铬铝合金、铁铬铝合金动态载荷：镍铬合金、镍铬铝合金、铁铬铝合金（2）工作温度）工作温度 表表2-1 电阻丝合金材料使用温度电阻丝合金材料使用温度 表表2-2 基底材料的耐温范围基底材料的耐温范围（3）湿度）湿度2 2 2 2、测点的应力状态、测点的应力状态、测点的应力状态、测点的应力状态（1）应力梯度变化大的：小标距应力梯度变化大的：小标距 应力梯度变化小的：大标距应力梯度变化小的：大标距（2）应力状态已知的和未知的）应力状态已知的和未知的3 3 3 3、测试要求、测试要求、测试要求、测试要求（1）精度）精度 （2）长期工作要求稳定）长期工作要求稳定 （2）电阻值的选取）电阻值的选取 18山东大学模具工程技术研究中心电阻应变片的选择、粘贴技术电阻应变片的选择、粘贴技术电阻应变片的选择、粘贴技术电阻应变片的选择、粘贴技术（1）应变片检查）应变片检查 外观检查：外观检查：应变片有无折痕应变片有无折痕.断丝等缺陷断丝等缺陷 电阻值检查：用数字万用表测量应变片电阻值大电阻值检查：用数字万用表测量应变片电阻值大小。同一电桥中各应变片之间阻值相差不得大于小。同一电桥中各应变片之间阻值相差不得大于0.5欧欧姆姆.（2）修整应变片）修整应变片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；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；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。溶剂洗净。（3 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，无油漆、锈斑、氧化层、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。一般用酒精棉球反复擦洗贴处，直到棉球无黑迹为止。油污和灰尘等。一般用酒精棉球反复擦洗贴处，直到棉球无黑迹为止。19山东大学模具工程技术研究中心电阻应变片的选择、粘贴技术电阻应变片的选择、粘贴技术电阻应变片的选择、粘贴技术电阻应变片的选择、粘贴技术（5 5）应变片粘贴）应变片粘贴 在处理好的粘贴位置上和应变片基底上，各涂抹一层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（薄薄的粘合剂（502502胶水等），轻轻涂抹均匀，立即放在胶水等），轻轻涂抹均匀，立即放在应变贴片位置。应变贴片位置。（4 4）划粘贴应变片的定位线）划粘贴应变片的定位线（6 6）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：应变片与试件之间的绝缘电阻一般大于绝缘电阻检查：应变片与试件之间的绝缘电阻一般大于200M200M （7 7）引出线的固定保护）引出线的固定保护（8 8）应变片的防潮处理与保护）应变片的防潮处理与保护 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。强度降低，影响测试精度。如如704704硅橡胶覆于应变片上。硅橡胶覆于应变片上。20山东大学模具工程技术研究中心标准产品标准产品21山东大学模具工程技术研究中心案例：案例：振动式地音入侵探测器振动式地音入侵探测器 适合于金库、仓库、古建筑的防范，挖墙、打适合于金库、仓库、古建筑的防范，挖墙、打洞、爆破等破坏行为均可及时发现。洞、爆破等破坏行为均可及时发现。22山东大学模具工程技术研究中心案例：案例：桥梁固有频率测量桥梁固有频率测量23山东大学模具工程技术研究中心电阻应变式传感器的应用：测力电阻应变式传感器的应用：测力24山东大学模具工程技术研究中心25山东大学模具工程技术研究中心案例：冲床生产记数案例：冲床生产记数 和生产过程监测和生产过程监测26山东大学模具工程技术研究中心案例：机器人握力测量案例：机器人握力测量27山东大学模具工程技术研究中心案例：案例：电子称电子称原理将物品重量通过悬臂梁转化结构变形再通过应变片转化为电量输出。28山东大学模具工程技术研究中心 应变片测量电路应变片测量电路VER1R2R3R429山东大学模具工程技术研究中心令：令：金属丝应变片：金属丝应变片：V V与应变成线形关系，可以用电桥测量电压测量应变与应变成线形关系，可以用电桥测量电压测量应变