第8章 应变电测技术 知识 检测技术 知识与仪器 工程测试技术 知识 .ppt

测试技术 应变测试技术之一; 应变片电测技术具有以下优点： ①非线性小，电阻的变化同应变成线性关系。 ②应变片尺寸小（我国的应变片栅长最小达; 8.1 应变式传感器常用的弹性敏感元件;弹性敏感元件：将被测参量变换成为应变、位移 （或转换成另一种需要的相应物 理状态）。 ;F——作用在弹性元件上的外力 x——弹性元件产生的变形;8.弹性后效 定义：弹性敏感元件所加载荷改变后不是立即完成相应的变形，而是在一定时间间隔中逐渐完成变形的现象。;9.固有振动频率 固有振动频率与弹性元件的动态特性及变换时的滞后现象有关。 固有频率的计算公式较复杂，一般采用实验来测定，估算公式：;★设计敏感元件时要注意线性度、灵敏度、刚度、固 有频率间关系 Sn ↑→K ↓→fn↓ fn ↑→K ↑→Sn↓;基本要求有： 1）弹性滞后要小； 2）弹性模量的温度系数要小； 3）线膨胀系数要小且稳定； 4）弹性极限和强度极限要高； 5）具有良好的稳定性和耐腐蚀性； 6）具有良好的机械加工和热处理性能。 常用的材料有： 合金刚：35CrMnSiA 、40Cr等。; 8.1.1 弹性圆柱 弹性圆柱可承受较大的载荷，可做成测力（拉或压）传感器，如图8-1所示。; 在轴向力F的作用下，与轴线成α角的截面上所产生的应力和应变为 ;当α=0时，力F在轴向产生的应力和应变为 ;则圆柱的应变表达式：;l—圆柱长度；E—圆柱材料的弹性模量；ρ—圆柱材料的密度。 ;（1）等截面梁 ; 在x=0处，ε最大，x=l处ε=0。 结构灵敏度系数为：;（2）变截面梁（等强度梁） ★突出优点是：当作用力F正好作用于自由端三角形顶角上时，梁上各处产生的应变大小相等，即实现等强度 。;等强度梁各处的应变值：; 8.1.3 弹性圆环 集中载荷F加在顶部，圆环A、B处的应力： ;A或B处的应变：;8.1.4 周边固支圆形平膜片 周边固支的圆形平膜片，一般用于102~106Pa压力的测量。;（2）压力均匀作用于平膜片。 径向应力：; 在膜片中心（r=0）处，切向应力和径向应力相等，且具有正的最大值：;平膜片的挠度： ;平膜片的最低自振频率：;周边固支圆形平膜片的应力、应变分布图： ;8.1.5 弹性筒(薄壁圆筒) 薄壁圆筒的壁厚一般都小于筒径的1/20，当其内腔与压力p接通时，筒壁不受弯曲变形，只是均匀向外扩张，所以，筒壁的每一单元面积都将在轴向和圆周方向产生拉伸应力和应变。 ;筒的轴向拉伸应力：;灵敏度结构系数：; 8.1.6 扭转圆柱 在力矩测量中常用到扭转圆柱，其结构如图8-8所示。;式中，Mt—所加的扭矩；r—柱的半径；J—横截面对圆心的极惯性矩， ；d—柱的直径。; 在与轴线成45°的方向上所出现的最大垂直应 力 将在数值上等于最大剪切应力 ，即有 ;8.2 电阻应变片工作原理 ;1. 应变片的结构;敏感栅：应变片的敏感元件，作用是敏感应变变化。基底：敏感栅粘结在基底1上，基底除能固定敏感栅外，还有绝缘作用； ; 标距（基长）：图中l称为应变片的标距或基长，它是敏感栅沿轴方向测量变形的有效长度，对具有圆弧端的敏感栅，指圆弧外侧之间的距离。对具有较宽横栅的敏感栅，指两横栅内侧之间的距离。其宽度b指最外两敏感栅外侧之间的距离。 ; 由物理学可知，金属丝的电阻为; 当金属丝受拉而伸长dL时，其横截面积将相应减小dS，电阻率则因金属晶格发生变形等因素的影响也将改变d?，这些量的变化，必然引起金属丝电阻改变dR。 ;式中，μ为金属材料的泊松系数。; 关于灵敏系数讨论: 金属丝的灵敏系数 受两个因素影响： 第一项（1+2μ）是由于金属丝受拉伸后，材料几何尺寸发生变化而引起的； 第二项是由于材料发生变形时，其自由电子的活动能力和数量均发生了变化的缘故，这项可能是正值，也可能是负值，但作为应变片材料都选为正值，否则会降低灵敏度。 ; 实验表明:应变片的ΔR/R与εx的关系在很大范围内仍然有很好的线性关系 ;3. 应变片测试原理 用应变片测量应变或应