10应变电测原理t

电测实验应变电测原理●适用范围：结构构件金属、非金属材料表面应力测量；静、动态（含冲击）应变应力测量；高速旋转构件应力测量；结构高压液下；高低温条件下的应力测量…●原理电阻应变仪应变计变形固体F1F2FnF3广义虎克定律应变分析1、金属电阻丝的“应变效应”Ks－称为金属电阻丝的灵敏系数FFl图为康铜丝的曲线，镍铬丝在小应变条件下关系亦为直线2、电阻应变计的工作原理（1）电阻应变计（片）构造。利用金属电阻丝应变效应制成用于构件应变测量的敏感元件电阻应变式传感器：应用广，是许多传感器的敏感元件bl敏感栅（丝绕或箔栅）引出线基底（纸基或胶基）结构：丝栅：金属丝栅；如康铜，镍铬合金等半导体丝栅；如P型，N型参杂基底：机械强度高，绝缘性好，易粘贴，不吸潮。纸基；用于常温测量，成本低，易吸潮，热稳定性差胶基；耐温，耐湿，应用广。石棉基；耐高温。金属基；耐高温覆盖层：保护丝栅，机械强度高，绝缘性好，易粘贴，不吸潮。引出线：引出信号。（2）使用

用特制的胶水粘贴于构件表面，丝栅长度平行于待测应变方向。（3）原理

K

－应变计灵敏系数，与Ks有区别

K通过实验标定。

（4）主要技术指标

a，初始电阻值R（Ω）测量必须数据，工程应变测量选R＝120Ω。

b，应变计灵敏系数K

由厂方提供，测量必须数据。

c，应变计标距l(或敏感栅尺寸b×l)

根据测试对象目的而定。

（5）应变计类型：按构造分纸基浸胶丝绕式；胶基箔式；半导体应变计；金属底基焊接式等，其他按测量应变范围，按用途分，按使用温度分已不下数千种。3、应变电桥及其输出

测量电阻变化一般用惠斯登电桥（即4臂电桥），电源E1称为桥压。I1I4

当R1R3=R2R4

或R1/R2=R4/R3

时UBD＝0称为电桥的平衡条件。实测时，随着构件的受力变形R1~R4发生变化为R1→R1

＋△R1，R2→R2

＋△R2，R3→R3

＋△R3，R4→R4

＋△R4

代入（2）式可见或略去分子当中的高阶微量，分母当中的△R项，经整理得（3）

说明电桥输出电压的变化与四个桥臂电阻变化的总和成正比或与测点应变总和成正比。

其次，对角桥臂电阻变化率或应变相加，邻臂的电阻变化率或应变相减。这种规律称为电桥输出的加减特性。4、数字电阻应变仪电原理框图

电压变换器桥压E1电源放大器滤波器A/D数显表头模数转换电桥●使用方法（1）组桥

a，1/4桥接法（静态多点应变测量常用的接法），桥路形式bR-1，所有测量片均接AB，连接片连于BB’。共用一枚补偿片。

b，半桥接法AB,BC接应变片，桥路bR-2,c，全桥接法四个桥臂均接应变片，多用于传感器电路，桥路bR-4

（2）K，R设定（3）平衡、测量5、有关应变电测法的若干问题（a）温度变化会产生电阻变化（b）应变计线膨胀系数与被测工件线膨胀系数不同，温度变化会产生附加电阻变化

，必须设法消除（1）温度补偿补偿方法

(1)补偿片补偿

(2)工作片补偿

(3)温度自补偿片

●温度补偿方法

a，补偿块补偿法

FF(补偿块必须与被测工件同材料且置于被测工件旁)●温度补偿方法

b工作片补偿法不允许单独设置补偿块的构件应变测量用工作片补偿法

c补偿应变片必需接于测量应变片的邻臂补偿方法

温度自补偿片

R1R2通过选择合适的加温、退火使：

（2）应变计的串连及其应用串连的2枚应变片所测的应变自动取平均RaRbRcRdABCR1R2（3）静态多点应变测量

当测点较多，希望加一次载荷能同时读下所有测点应变时，可利用1/4桥接法，事先把所有测点接到应变仪的AB桥臂上，共用一枚补偿片接于公共补偿桥臂上，利用测点转换按键同时读出各个测点的应变。●用途

（a）偏心受拉压构件测轴向应变（b）测材料弹性模量时用串连半桥测量电路4.参数几何尺寸：L基距,B基宽长基距测粗材质，短基距测应力梯度。电阻值：120Ω

，60Ω

，350Ω

，600Ω

，1000Ω灵敏系数：k允许电流：箔式Imax<100mA~300mA绝缘电阻：丝栅与试件间的电阻。室外：〉50MΩ室内:〉100MΩ机械滞后：加载与卸载间应变值之差。蠕变：恒温、恒载时应变片感受的变形随时间的变化量。零漂：应变片零线的漂移。应变计的粘贴工艺和防护措施

应变计粘结剂1．氰基丙烯酸脂粘结剂

牌号为501、502、504和661等的粘结荆均属此类型。这是一种化学反应型粘结剂。2．环氧树脂粘结剂这种粘结剂是以环氧树脂为粘料，加入适量的固化剂、增塑剂而成。环氧树脂是含有环氧基的线型高分子化合物，加入固化剂后形成体型结构，具有很强的粘结力。这种粘结剂具有绝缘电阻高、防水、耐油、耐化学药品以及固化不收缩，不会造成应变计残余应力等优点。虽然性脆，但加入适量的增塑剂可提高韧性。3．酚醛树脂粘结剂

酚醛树脂应变胶，一般由酚醛树脂加入聚乙烯醇缩醛等成份组成。市售的1720胶，

JSF－2胶和JSF－4胶等属此类。这是一种热固型粘结剂，具有强度高、耐温、耐油、

耐水、耐老化和绝缘性能好等优点。由于需加热固化，现场测试难于应用。应变计的粘贴工艺

应变计的粘贴工艺包括：

1、构件测点部位的表面处理；

2、应变计的粘贴、固化；

3、导线的焊接；

4、应变计和引线的防护以及贴片质量检查等。

这是电测技术中的一个关键环节，其中任何一道工序的质量未能保证，都将直接影响测试结果。应变计准备

贴片前，将待用的应变计进行外观检查和阻值测量。外观检查可凭肉眼或借助放大镜进行，目的在于观察敏感栅有无锈斑，缺陷，是否排列整齐，基底和覆盖层有无损坏，引线是否完好。阻值测量可用4位惠斯登电桥或数字欧姆表，目的在于检查敏感栅是否有断路、短路，并进行阻值分选，对于共用温度补偿的一组应变计，阻值相差不得超过±0.5。同一次测量的应变计，灵敏系数必须相同。构件表面处理

对于钢铁等金属构件，首先是清除表面油漆、氧化层和污垢；然后磨平或锉平，并用细砂布磨光。通常称此工艺为“打磨”。打磨光洁度应达▽5左右。对非常光滑的构件，则需用细砂布沿45°方向交叉磨出一些纹路，以增强粘结力。打磨面积约为应变计面积的5倍左右。打磨完毕后，用划针轻轻划出贴片的准确方位。表面处理的最后一道工序是清洗。即用洁净棉纱或脱脂棉球蘸丙酮或其它挥发性溶剂对贴片部位进行反复擦洗，直至棉球上见不到污垢为止。贴片

贴片工艺随所用粘结剂不同而异，用502胶贴片的过程是，待清洗剂挥发后，先在贴片位置滴一点502胶，用应变计背面将胶水涂匀，然后用镊子拨动应变计，调整位置和角度。定位后，在应变计上垫一层聚乙烯或四氟乙烯薄膜，用手指轻轻挤压出多余的胶水和气泡。待胶水初步固化后即可松开。粘贴好的应变计应保证位置准确，粘结牢固、胶层均匀、无气泡和整洁干净。导线的焊接与固定

粘结剂初步固化后，即可进行焊线。常温静态测量可使用双芯多股铜质塑料线作导线，动态测量应使用三芯或四芯屏蔽电缆作导线。应变计和导线间的连接最好通过接线端子，焊点应确保无虚焊。导线最好与试件绑扎固定，导线两端应根据测点的编号作好标记。

贴片质量检查

贴片质量检查包括外观检查、电阻和绝缘电阻测量。外观检查主要观察贴片方位是否正确，应变计有无损伤，粘贴是否牢固和有无气泡等。测量电阻值可以检查有无断路、短路。绝缘电阻是最重要的受检指标。绝缘好坏取决于应变计的基底，粘贴不良或固化不充分的应变计往往绝缘电阻低。

胶层要薄、均匀。粘牢，特别是两端：试件和应变片是通过剪力来传递应变的，剪力两端最大，中间为零。方向正确：丝栅纵向受力。