应变测试方法

电阻测量应变原理及方法
电阻应变片测量技术
－是用电阻应变片测量构件的表面应变，在根据应 力－应变关系式，确定构件表面应力状态的一种 实验应力分析方法。
测试过程：
被测部件 应变片 测量电路 放大线路
显
示记录
惠斯登电桥
电阻应变片测量应变
电阻应变片
应变片的工作原理
因绝大部分金属丝受到拉伸或缩短时，电阻值会 增大(或减小)，这种电阻值随形变发生变化的现 象，叫做电阻应变效应． 电阻应变片就是基于金属导体的电阻应变效应制 成的。
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Ks，但两者又不相等。 原因: 1.由于横栅的存在，使制成敏感栅之后的灵敏系数 小于丝材的灵敏系数,差别的大小与敏感栅的结构 形式和几何尺寸有关。 2.试件表面的变形是通过基底和粘结剂传递给敏感 栅的,电阻丝横界面的几何不均匀等的影响。
R L A
电阻应变片
当电阻丝受到拉伸、压缩时有下式存在
dRddLdA R LA D'(1)D
dL L dA D ' A
dA2()22
A
电阻应变片
dRRd(12)
Ks
dR R
12d
dR R
K s
Baidu Nhomakorabea
K s 称为单根金属丝应变灵敏系数。可见二者存在
线性关系。
常有电阻应变片的灵敏系数
电阻应变片
电阻应变片的性能参数
i K 1TT(eg)T
i －热输出 T －敏感栅材料的电阻温度系数 e －构件材料的线膨胀系数
g －敏感栅材料的线性膨胀系数
可见，电阻应变片的温度效应主要取决于敏感栅和 构件材料的性能和温度变化范围。但实际上，它还 与基底和粘结剂材料、应变片制造工艺和使用条件 等有关。
机械测试法 －利用引伸仪测定试件变形需经过放大。有杠杆式和齿
轮式两种。
电阻应变片的发展与应用
－电阻应变片测量技术起源于19世纪。 －1856年，汤姆逊对金属丝进行了拉伸试验，发现金属
丝的应变和电阻的变化有一定的函数关系；之后，人 们利用惠斯登电桥来精确地测量电阻的变化。 －1938年，E·西门斯（E．Simmons）和A·鲁 （A．Ruse），制出了第一批实用的纸基丝绕形式电 阻应变片。 －40年代，出现了可调节的由测量电桥和放大器组成的 电阻应变仪，使电阻应变测量技术在工程技术和科学 实验领域内获得广泛的应用。
电阻应变片的构造
电阻应变片的性能参数
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b 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。
电阻应变片的参数－H
－1953年．P·杰克逊利用光刻技术，首次制成了箔式应 变片，随着微光刻技术的进展，这种应变计的栅长可 短至0.178mm
－1954年．史密斯发现半导体材料具有的压阻效应。
为了克服直流放大器信息的漂移和线性精度度差等缺 点，传统的电阻应变仪都采用交流放大器．以载波放 大方式传递信号．这种仪器的性能稳定，其精度能满 足一般的测试要求，但它的工作频率受载波频率的限 制，而且存在电容,电感影响，测量精度等问题。
电阻应变片的性能参数
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。
应变片的分类：
应变片的分类：
应变片的分类：
－电阻测量技术可分为静态应变测量和动态应变测量两类。 －恒定的载荷或短时稳定的载荷的测量，称为静态测量； －对载荷在2-1200Hz范围内变化的测量，称为动态测量。
－不同的工作温度对电阻应变片和导线等有不同的要求， 一般将应变测量按工作温度分为五个区段： 常温应变测量： 30一60C0 中温应变测量： 60一300C0 高温应变测量： >300C0 低温应变测量： -30一-l00C0 超低温应变测量： <-l00C0
实验应变分析－主要的测试方法
电测法 包括电阻、电容、电感测试法 电阻法较常用，具有高灵敏度和精度。因是电信号测 量，易于实现数字化、自动化；可用于不同环境下的 测量；成本低廉。缺点是只能点测量固定方向应变， 不能全域测量。
光测法 －包括光弹性、全息干涉、激光散斑干涉、云纹法等 光弹性法应用广泛，是利用偏振光通过具有双折射效 应的透明受力模型从而获得干涉条纹图，可观察全域 应力分布情况；快速测定应力集中系数；内外部边界 应力测量。但周期长、成本高。
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。
测量的基本概念
线性度 －要求输入与输出的关系是线性； 灵敏度 －输出的变化量与输入变化量的比值； 滞后现象 －输入量增、减时，输出量不同，出明显滞后现象； 灵敏度与分辨率 －当输入量由零增大时，能够测量到的最小值称为灵
敏度； 零飘与温飘 －输入量不变，环境温度不变，输出量随时间变化成
为零飘；外界温度变化所引起的变化成为温飘；
将应变片贴于平面应变场中．若沿应变片轴线方
向的应变记为 x，垂直于轴线方向的横向应变记
为 ， 剪y 应变记为 ，则 x y应变片敏感栅的电阻相
对变化可表示为下式：
R RKxxKyyKxyxy
RRKxx Kyy
H Ky 100% Kx
电阻应变片的性能参数
温度效应： - 当电阻应变片安装在无外力作用、无约束的构件表面上时，
电阻应变片的构造
电阻应变片主要由敏感栅、基底、引线、粘结剂 和覆盖层五部分组成。
电阻应变片的构造
电阻应变片性能参数
应变片电阻 在无受力及室温测定下的电阻值。 通常：120；250；300；500；10 00
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 dR /
R
电阻应变片性能参数
－1957年，W.P.Mason，等研制出半导体应变片， 其灵敏系数比金属丝应变片高50倍，现已用于不同环 境、条件下各种类型的电阻应变片，还有用于测量残 余应力和应力集中等的特殊应变片
－60年代，出现了采用直流放大器的电阻应变仪。
近来，朝着数字化、自动化方向发展，现已有数字式测 量动、静态数据采集处理系统。目前，各种不同规格、 不同品种的电阻应变片已有二万多种
电阻应变片的构造
电阻值下限：
单用一根金属丝作为敏感元件来测量应变，在理 论上是可能的。然而，为了防止电源超载，并使 金属丝中电流所产生的热量不过大，金属丝的电 阻值不能太小，对金属丝的阻值绐定一个下限： 约为100
• 比如：若用直径为0.025mm、电阻为1000/ m
的金属丝制造一个100 的应变计，就要求单根 丝长为100mm。应变测量时，往往要求测量构 件表面一点处的应变。把电阻丝做成栅状，直接 粘贴于构件表面，就能使电阻丝长度问题及应变 片安装问题得到解决。