實驗應力分析》第二篇電阻應變測量技術-文庫吧

【正文】 nLKRRRRR BLLrL11210???????? ?????????? ?? ?? ?? ? BL KrnnLrnKrnnLrnnL??????00 121121?????????BBLL KK ?? ??? ?? ? 0121 KrnnLrnnLK L ???????? ?? ? 0121KrnnLrnK B ??????—— 應變片的軸向靈敏系數 —— 應變片的橫向靈敏系數 L? 0?B?敏感柵僅受到 作用（ ）時的電阻變化率 敏感柵僅受到 作用（ ）時的電阻變化率 B? 0?L?12?????? ??????? ???????? ??????? ??RRRRRRRRHLB對于垂直安裝的片 2： ，電阻變化率為： xBL ??? ?? 0 xBKRR ???????? ?2對于水平安裝的片 1： ，電阻變化率為： xLKRR ???????? ?1xLB ??? ?? 0LBKKRRRRH ??????? ??????? ??12橫向效應系數等于橫向靈敏系數與軸向靈敏系數之比 （ 2） 一般平面應變狀態下應變片的橫向效應系數 ? ? LLLLBLBLLBBLL KHKKKKKKRR ???????? ???????????? ????? 11LB??? ? —— 表示應變片的橫向應變與軸向應變之比 ? ??HKK L ??? 1與應變場的特征和應變片安裝方位有關。 ?它表明應變片表現出的對應變的靈敏度是有條件的，除了取決于敏感柵的材料、形狀外，還與被測點應變狀態的特征和應變片安裝方位有關。 —— 表達了一般情況下的應變片靈敏系數 制造廠給出的靈敏系數，只是一般情況下的應變片靈敏系數的一個 特例，廠家在對應變片進行標定時，應變片所處的是單向應力狀態， 即： XL ?? ?xB ??? ????????? ?????xxLB? ?HKK L ??? 10生產廠給出的靈敏系數 （ 3）一般 平面應變狀態 下的應變片的靈敏系數 橫向效應系數對測量值的影響 一般情況下應變片的靈敏系數 與廠家在對應變片進行標定時給出的靈敏系數 之間是有差別的，若不顧這一差別，則所測得的應變值是有誤差的。 ?K0K儀?? 0KK L ?? ? ? ? ? 儀???? HKHK LLL ??? 11LHH ???????11儀—— 用廠家在標定時給出的靈敏系數進行測量時應變儀的讀數。 儀?應變儀讀數與欲求應變的相對誤差為： ? ?HHHHeLLL?????????????????????11111儀儀LKRR ???? ?0KRR ???? ?HHHHeLLL?????????????????????11111儀儀（ 1） 引起讀數誤差的原因之一是橫向效應系數。 （ 2） 單向應力狀態 只要被測點的應變與應變片標定時相同是 單向應力狀態，則引 起的讀數誤差為零。 即 時，則 。 （ 3）除以上兩條外，讀數誤差必存在。 讀數誤差的修正公式為： 引起誤差的原因 ? ?HHHHHHBLLLBL ??????????? ?????????111111儀0?H 0?e0?H 0?e?? ?? 0?e167。 33 應變片的類型及工作特征 一、應變片的類型 絲繞式應變片： 優點： 價格便宜（約 34角錢一片），容易安裝。 缺點： 基底是紙基片，所以耐濕性差，需要干燥保存。 橫向效應系數大，當柵長 L越小時， H將急劇增加。 難以制成小柵長（一般不小于 2 mm），主要用于 建筑工程上，由于建筑上一般是非均勻材料，應 變片貼在石子上、鋼筋上還是混凝土上其應變大 不相同。 短接式應變片： 把幾條金屬絲按一定間距平行拉緊，然后按柵長大小 橫向焊接較粗的鍍銀銅線，在適當處切出若干斷口， 形成敏感柵的橫向部分和引出線，再粘上膠膜基底經 加溫固化而成。 優點： 橫向效應系數很小，可以忽略。 缺點： 由于內部焊點多和焊點處截面變化劇烈，因而這種應 變片的疲勞壽命短。 優點：柵長尺寸小，可達到 mm 。 散熱性能好，因箔式應變片絲柵截面為矩形，故絲柵周表面 積大，因而散熱性能好。 橫向效應系數小，因敏感柵橫向部分的間隙很小。 基底是膠基片，所以耐濕性好，絕緣性好。 便于成批生產，生產率高。 箔式應變片： 將應變合金扎制成厚度小于 ，經一定熱處理后， 涂刷一層樹脂，經聚合處理后形成基底。然后在未涂的一面用 光刻腐蝕工藝得到敏感柵，焊上引出線，再涂一層表面保護。 半導體應變片： 半導體應變片的敏感柵只有一條，由單晶硅一類的半導 體材料制成，粘上膠膜基底，裝上內、外引出線即可。 1 — 硅條， 2 — 內引線 3 — 基底， 4 — 外引線 優點： a、靈敏系數大 比前三類應變片的靈敏系數大五十倍以上， 當它承受軸向應力時，電阻率會發生明顯 的變化，從而造成電阻的變化。 SdSLdLdRdR ?????半導體應變片的電阻變化率 非常大， ??d???? Ed L?EK L?? ??? )21(0由于半導體材料的壓阻效應很大，以致上式中（ 1+2μ ）一項可忽略 —— 半導體應變片的靈敏系數 ?? ERR L??EK L??0LdLdK??? ??? 21020 ??? EK L? b、橫向效應和機械滯后小 缺點： a、半導體應變片的應用范圍窄 半導體應變片的靈敏系數僅在不大的應變范圍內保持常數， 而且在此范圍之外，拉或壓應變時的靈敏系數不同，所以應 用范圍窄。 b、靈敏系數隨溫度而變化 靈敏系數受溫度的影響，隨溫度的增加而減少。 應變花： 將幾個敏感柵制在同一基底上，敏感柵由于采取了特殊角 布置方式，就形成了各種形式的多軸應變片或稱為應變花。 用應變花可測量同一點幾個方向的應變及一點的主應變和 主方向。 花 ———— 三個敏感柵之間的夾角各為 花 ———— 三個敏感柵之間的夾角各為 06001200600120按應變片的方位可分為： 直角應變花 ———— 二個敏感柵之間的夾角為 花 ———— 三個敏感柵之間的夾角各為 045090045二、應變片的工作特征 應變片性能的好壞直接影響應變測量的精確度，因此，應對 應變片的性能（工作特性）提出一些要求。 應變片的幾何尺寸： 指標距，從道理上講是越小越好，標距越小就越接近于一點， 但建筑上測鋼筋混凝土的應變值時，尺寸必須大。 應變片電阻： 指應變片沒有安裝、也不受力的情況下，在室溫下測定的電 阻值。 靈敏系數： 在單向應力狀態下，應變片電阻的相對變化與沿其軸向的應 變之比值稱為靈敏系數。它經抽樣標定，制造廠在包裝上注 明靈敏系數，靈敏系數在 2左右。 機械滯后： 在溫度不變的情況下，對安裝有應變片的試件加載測應變值 ， 然后卸載，再加載到同樣外力下，再測應變值 ，機械滯后 機械滯后現象總是存在的，但經多次加載、卸載之后便趨于 穩定，所以在使用應變片正式測量之前，最好先預加載幾次。 絕緣電阻： 指應變片引出線與安裝應變片的構件之間的電阻值。絕緣電阻 作為安裝應變片時粘結層固化程度和是否受潮的標志。絕緣電 阻一般大于 100MΩ 。 蠕變： 在溫度不變的情況下，使安裝有應變片的試件表面產生某一恒 定的應變，應變片的指示應變將隨時間稍有下降，此現象稱為 應變片的蠕變。 2?1?21 ?? ??c橫向效應系數： 橫向效應系數 H越小越好。 應變極限： 溫度不變，使試件應變逐漸加大。當應變片的指示應變與試件 實際應變的相對誤差達到某規定值時，此時的試件應變為該應 變片的應變極限。在一批應變片中，按一定比例抽樣測定應變 片的應變極限值，取其中最低的應變極限值，定為這批應變片 的應變極限。 疲勞壽命： 已安裝的應變片，在一定幅值的交變應變作用下，不致發生機 械的或電氣的損壞，而且其指示應變和真實應變的差值不超過 某一規定數值的應變循環次數，為該應變片的疲勞壽命。在靜 態應變測量時不要求此參數。 貼應變片是測量準備工作中最重要的項目。在測量中，構件表面的變形通過粘結層傳給敏感柵。顯然，只有粘結層均勻，結實，不產生蠕滑，才能保證敏感柵如實地再現構件的變形。因此，精心粘貼很有必要。應變片的粘貼靠手工操作，手工是否準確應在實踐中體會和積累經驗。 167。 34 應變片的粘貼與防護 一、選片： 用放大鏡檢查應變片的外觀，剔除那些敏感柵有形狀缺陷，片內 夾有氣泡、霉斑、銹點等缺陷的應變片。然后用萬用表測量應變片 的阻值，選阻值越接近的越好。 二、構件表面情況處理： 打磨： 最好用中粒度砂布與應變片粘貼方向成 45交叉打出一些 條紋，這樣可以加強膠的附著力。 劃線： 用刻線機在構件表面測點處劃出細微的十字形定位線。 擦洗： 用脫脂棉球蘸丙酮等揮發性溶液擦洗測點處表面，直至棉 球上無污字為止。 三、粘貼應變片： 觀察應變片： 看清貼片的位置及方向，應變片的引出線應朝上。 貼片： 在已清洗過的貼片處涂一層薄薄的粘合劑，在應變片上放一層透 明的塑料薄膜，然后用手指滾壓，擠出多余的粘合劑及氣泡，并 注意應變片的位置和方向不能移動。 固化： KH502膠是我國目前在應變測量中應用最廣泛的粘合劑，在室溫 下它能吸收周圍環境中的微量水分加速聚合反應而固化，在數分 鐘內即可將應變片粘牢，再經過 1024小時就能完全固化以達到 最高粘合強度。 四、導線的固定和焊接： 絕緣處理 待粘合劑稍干后，用鑷子輕輕地將引出線拉離構件表面，防 止粘固在構件上。在每個應變片的引出線下面貼一塊絕緣膠 布，用以防止引出線和金屬構件短路。 導線的固定 實驗過程中，為了防止干擾信號對測量的影響，導線可用膠布 固定在被測構件上。 焊接 焊接導線時，要求將焊點焊透，不能虛焊，否則會使導線時通 時斷，產生虛假信號，甚致使測量電路失去平衡。 五、檢查： 用萬用表測應變片的電阻值，一般在 120 Ω 左右。 用高阻表測應變片的引出線和金屬構件之間的絕緣電阻，一般 應大于 100MΩ 。 六、應變片的防潮保護： 封蠟 在室內進行靜態應變測量時，只需在應變 片和裸露在外的焊點處封以石蠟（或凡士林）即可。 防潮 在雨季野外測量或進行動態應變測量時，可采用硅橡膠和環 氧樹脂等防潮劑。 第四章 電阻應變儀 167。 4電阻應變儀的種類 一、靜