第六章应变片测试技术.
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机械工程测试与数据处理技术
第六章、应变片测试技术基础
本章学习要求：
1.了解电阻应变片结构及类型； 2.掌握电阻应变片转换原理和应变片 灵敏系数测定； 3.了解应变片温度补偿及性能; 4.掌握应变片组桥及其输出特性; 5.掌握动态电阻应变仪工作原理。
第六章、应变片测试技术基础
6.1 电阻应变计
1. 定义 电阻应变计是一种测量应变的片状量具，简 称应变片。
对敏感栅材料性能的要求: 电阻率高;良好的加工性能,机械性能与焊接性能;具有一定热稳定性,灵敏系数大. 常用材料:康铜（铜镍合金）、镍铬合金、铁铬铝及金属铂（铂合金）等,前两种 用的多
有几种常见电阻应变片: 1.单轴电阻丝片 2.单轴常规箔片 3.单轴半导体应变片 4.剪切力片(扭矩片 ) 5.直角三轴片(直角应变片) 6.压力片 7.裂纹探测片 另外还有测大变形的单轴位移片(测水泥变形);测应力集中的应变片;测量薄 壳的弯曲应力以及薄膜中面应力的双层弯曲片 .测温、测疲劳、测残余应力 等应变片.
l l b l l
l
假设εl=0,把εh =- μεb代入上式，得
dR ( M 1) ( M 1) K R
b b h b b
b
假设εl≠0,把εb ≠ 0，得
dR K K R
l l b
b
Kl—纵向灵敏度系数； Kb—横向灵敏度系数
令
该式
K H K
b
H—横向效应系数
可写成
l
dR K K R
l l b
b
dR K (1 H ) R
b l l l
由上式可知，当应变L 方向与试件单项应力状态的主应 力方向一致粘贴时， ， μ0为材料的泊松比
b 0
dR 与 l 成正比 R
l
这样,即:
dR K (1 H ) R
5.焊线:用电烙铁将应变片的引线焊接到导引线上。
6.用兆欧表检查应变片与试件之间的绝缘组织，应 大于500M欧。
7.应变片保护：用704硅橡胶覆于应变片上，防止 受潮。
6.2 应变片转换原理
电阻应变片的工作原理是基于电阻应变效应，wk.baidu.com在导体 产生机械变形时，它的电阻值相应发生变化。
1) 工作原理
h
d
M M M
l l b b h
h
式中：Ml 、Mb 、Mh:为长、宽、厚三个方向的压阻应变系数
dR ( M 1) ( M 1) ( M 1) R
l l b b h
h
假设εh=0,把εb=- μεl 代入上式，得
dR ( M 1) ( M 1) K R
(f)单轴半导体应变片；(g) 二轴片； (h) 裂纹探测片；
(i)直角三轴片；(j)三角三轴片
压力片
三轴片
应变计
金属应变计
常用金属电阻丝材料物理性能
成 分 含量 灵敏度 电阻率 温度系数 线胀系数
材料名称
元素
sg
· mm2/ m
0.49
×10-6 /° C
-20~20
×10-6 /° C
l 0
l
若令
K K (1 H )
s l 0
代入上式，并用增量形式表达
该式可求灵敏系数
可写成
KS
若把
R KSl R
S l
：应变片的灵敏系数（Strain Gage Factor）出厂时，厂家给出
K K 1 H
0
dR K (1 H ) R
b l l l
b 0 l
电阻应变片的选择、粘贴技术
1.目测电阻应变片有无折痕.断丝等 缺陷，有缺陷的应变片不能粘贴。 2.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0.5欧姆. 3.试件表面处理：贴片处置用细砂纸打磨干净，用 丙酮或酒精棉球反复擦洗贴处，直到棉球无黑迹 为止。 4.应变片粘贴:在应变片基底上挤一小滴502胶水， 轻轻涂抹均匀，立即放在应变贴片位置。
14.9
康
铜
Cu Ni
Ni Cr Ni Cr Al Fe
57% 1.7~2.1 43%
80% 2.1~2.5 20%
镍铬合金
0.9~1.1
110~150
14.0
镍铬铝 合金 (卡玛合金)
73% 20% 3~4 2.4~2.6 %
余量
1.33
-10~10
13.3
基底材料及粘接剂
纸基 :用纸作为基底,现在几乎不用了. 胶基 : 常用的基底材料: 胶膜:环氧树脂、酚醛树脂、聚酰亚胺等. 特点:柔软、易于粘贴. 玻璃纤维布:耐高温（450℃）多用于测中 、高温, 刚度比胶膜大. 金属薄片:用不锈钢或合金做成,用焊接法把应变片 焊接在试件上.
L d L dL L db L dh dR bh bh L bh b bh h
有：
其中
dR d dL db dh R L b h
b db b b
b
L dL l L L 由压阻效应可得到
h dh h h
金属应变片的电阻R为
L
A
R l / A
上述任何一个参数变换均会引起电阻变化,求导数
R
L
bh
R R R R dR d dL db dh L b h L d dL 1 L db L 1 dh L bh bh L b h b b h h
优点 ：精度高、频响宽、体积小、重量轻。
应用：应力、外力、扭矩、重量、振动、压力等
2 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下发生机械变形 时，其电阻值随着所受机械变形(伸 长或缩短)的变化而发生变化。
一、应变片构造及材料
构成: 1.敏感栅:用专用材料制成的电阻栅丝. 2.基底:固定栅丝的绝缘层. 3.引线:与栅丝焊接输出（电阻变换量）外接电桥中.
1 H H ( ) R K K [1 ] R 1 H 1 H K [1 H ( )] 当应变片L方向与试件单向应力方向一致时，
b l S l S l 0 0 b S l 0 l
为 -μ0，则后一项为零。否则不为零。
应变片在实际使用时，如果应力为单项应力状态时， 且 ；或H=0，那么ΔR/R只与εl有 关。否则不但与εl有关，而且还与 有
第六章、应变片测试技术基础
本章学习要求：
1.了解电阻应变片结构及类型； 2.掌握电阻应变片转换原理和应变片 灵敏系数测定； 3.了解应变片温度补偿及性能; 4.掌握应变片组桥及其输出特性; 5.掌握动态电阻应变仪工作原理。
第六章、应变片测试技术基础
6.1 电阻应变计
1. 定义 电阻应变计是一种测量应变的片状量具，简 称应变片。
对敏感栅材料性能的要求: 电阻率高;良好的加工性能,机械性能与焊接性能;具有一定热稳定性,灵敏系数大. 常用材料:康铜（铜镍合金）、镍铬合金、铁铬铝及金属铂（铂合金）等,前两种 用的多
有几种常见电阻应变片: 1.单轴电阻丝片 2.单轴常规箔片 3.单轴半导体应变片 4.剪切力片(扭矩片 ) 5.直角三轴片(直角应变片) 6.压力片 7.裂纹探测片 另外还有测大变形的单轴位移片(测水泥变形);测应力集中的应变片;测量薄 壳的弯曲应力以及薄膜中面应力的双层弯曲片 .测温、测疲劳、测残余应力 等应变片.
l l b l l
l
假设εl=0,把εh =- μεb代入上式，得
dR ( M 1) ( M 1) K R
b b h b b
b
假设εl≠0,把εb ≠ 0，得
dR K K R
l l b
b
Kl—纵向灵敏度系数； Kb—横向灵敏度系数
令
该式
K H K
b
H—横向效应系数
可写成
l
dR K K R
l l b
b
dR K (1 H ) R
b l l l
由上式可知，当应变L 方向与试件单项应力状态的主应 力方向一致粘贴时， ， μ0为材料的泊松比
b 0
dR 与 l 成正比 R
l
这样,即:
dR K (1 H ) R
5.焊线:用电烙铁将应变片的引线焊接到导引线上。
6.用兆欧表检查应变片与试件之间的绝缘组织，应 大于500M欧。
7.应变片保护：用704硅橡胶覆于应变片上，防止 受潮。
6.2 应变片转换原理
电阻应变片的工作原理是基于电阻应变效应，wk.baidu.com在导体 产生机械变形时，它的电阻值相应发生变化。
1) 工作原理
h
d
M M M
l l b b h
h
式中：Ml 、Mb 、Mh:为长、宽、厚三个方向的压阻应变系数
dR ( M 1) ( M 1) ( M 1) R
l l b b h
h
假设εh=0,把εb=- μεl 代入上式，得
dR ( M 1) ( M 1) K R
(f)单轴半导体应变片；(g) 二轴片； (h) 裂纹探测片；
(i)直角三轴片；(j)三角三轴片
压力片
三轴片
应变计
金属应变计
常用金属电阻丝材料物理性能
成 分 含量 灵敏度 电阻率 温度系数 线胀系数
材料名称
元素
sg
· mm2/ m
0.49
×10-6 /° C
-20~20
×10-6 /° C
l 0
l
若令
K K (1 H )
s l 0
代入上式，并用增量形式表达
该式可求灵敏系数
可写成
KS
若把
R KSl R
S l
：应变片的灵敏系数（Strain Gage Factor）出厂时，厂家给出
K K 1 H
0
dR K (1 H ) R
b l l l
b 0 l
电阻应变片的选择、粘贴技术
1.目测电阻应变片有无折痕.断丝等 缺陷，有缺陷的应变片不能粘贴。 2.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0.5欧姆. 3.试件表面处理：贴片处置用细砂纸打磨干净，用 丙酮或酒精棉球反复擦洗贴处，直到棉球无黑迹 为止。 4.应变片粘贴:在应变片基底上挤一小滴502胶水， 轻轻涂抹均匀，立即放在应变贴片位置。
14.9
康
铜
Cu Ni
Ni Cr Ni Cr Al Fe
57% 1.7~2.1 43%
80% 2.1~2.5 20%
镍铬合金
0.9~1.1
110~150
14.0
镍铬铝 合金 (卡玛合金)
73% 20% 3~4 2.4~2.6 %
余量
1.33
-10~10
13.3
基底材料及粘接剂
纸基 :用纸作为基底,现在几乎不用了. 胶基 : 常用的基底材料: 胶膜:环氧树脂、酚醛树脂、聚酰亚胺等. 特点:柔软、易于粘贴. 玻璃纤维布:耐高温（450℃）多用于测中 、高温, 刚度比胶膜大. 金属薄片:用不锈钢或合金做成,用焊接法把应变片 焊接在试件上.
L d L dL L db L dh dR bh bh L bh b bh h
有：
其中
dR d dL db dh R L b h
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b
L dL l L L 由压阻效应可得到
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金属应变片的电阻R为
L
A
R l / A
上述任何一个参数变换均会引起电阻变化,求导数
R
L
bh
R R R R dR d dL db dh L b h L d dL 1 L db L 1 dh L bh bh L b h b b h h
优点 ：精度高、频响宽、体积小、重量轻。
应用：应力、外力、扭矩、重量、振动、压力等
2 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下发生机械变形 时，其电阻值随着所受机械变形(伸 长或缩短)的变化而发生变化。
一、应变片构造及材料
构成: 1.敏感栅:用专用材料制成的电阻栅丝. 2.基底:固定栅丝的绝缘层. 3.引线:与栅丝焊接输出（电阻变换量）外接电桥中.
1 H H ( ) R K K [1 ] R 1 H 1 H K [1 H ( )] 当应变片L方向与试件单向应力方向一致时，
b l S l S l 0 0 b S l 0 l
为 -μ0，则后一项为零。否则不为零。
应变片在实际使用时，如果应力为单项应力状态时， 且 ；或H=0，那么ΔR/R只与εl有 关。否则不但与εl有关，而且还与 有