电测法基本原理综述 - 图文

电阻应变计基本原理与

使用方法

黄跃平

东南大学力学实验中心

1 一.电阻应变片简述

电阻应变片是由Φ=0.02-0.05mm的康铜丝或镍铬丝绕成栅状(或用很薄的金属箔腐蚀成栅状)夹在两层绝缘薄片中(基底)制成。 用镀银铜线与应变片丝栅连接， 作为电阻片引线。

2 电阻应变测量技术

机械量

电阻应变片

电量

电阻应变测量技术的优点：

1、应变片尺寸小、重量轻，安装方便。 2、测量灵敏度与精度高。 ??3、测量应变的范围广。 大应变

4、可测量应力梯度较大的构件的应变。 点应变 5、频率响应好。 可测动应变 6、可测量特殊环境下的应变。

7、可以实行测量结果的数字化和计算机处理。 8、可以制成各种传感器。 电阻应变测量系统

注意： 1、只能测量构件表面的应变。

2、应变片的测量值反映的是敏感栅下所覆盖面积下的平均值。

全场测量：光弹性法。 3、是局部测量。（ 逐点测量）

3 电阻应变计

丝栅焊点基底引线4 电阻应变计 5

箔式应变片的优点：

?

1、尺寸精确，线条均匀，灵敏系数、电阻值离散小。 ?2、横向效应小，粘结面积大，粘贴牢固，散热性好。?3、光刻腐蚀可制成各种应变花及小标距应变片。?4、耐潮湿，绝缘性好，蠕变及机械滞后小。?

5、便于成批生产，质量好，成品率高。

6 应变测量系统框图

数字式静态应变仪 电阻应变仪 应变片 动态应变仪 数据采集器 记录设备 示波器 光线振子示波器 毫伏表 磁带记录仪 X-Y记录仪

7 二.电阻应变效应

K：应变片的灵敏系数。 8 灵敏系数

dRd?dL??(1?2?)R?L?RRK??xK0?(1?2?)?d???9 2.

Temperature Compensation

Ambient temperature changes affect the performance characteristics of the gauge in the following ways.

- strain sensitivity of the metal alloy changes.

??/????T- grid elongation/ contraction governed by

- component elongation/ contraction. (base metal) - Resistivity changes governed by

?R/R???T

The effect of gauge grid, base material elongation and resistivity changes may be combined to give.:

??R????Sg??????T???T?R??TThis may be minimized by letting ??? and using materials with a low value of ? 10

应变片的粘贴技术和防护

（一）应变片的筛选

1、外观检查

2、测量应变片的初始电阻值 （二）构件表面处理 （三）贴片 （四）固化

（五）导线焊接与固定

接线端子

（六）粘贴质量检查

（七）应变片的防潮保护

11 粘贴技术

12 应变计的粘贴工艺应变计粘结剂

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。

13 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。

14 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。

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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 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

左右。打磨完毕后，用划针轻轻划出贴片的准确方位。

反复擦洗，直至棉球上见不到污垢为止。

16 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。

17 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。

18 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。

19 应变计及导线的防护

应变计受潮会降低绝缘电阻和粘结强度，严重时会使敏感栅锈蚀；酸，碱及油类浸入甚至会改变基底和粘结剂的物理性能。

为了防止大气中游离水分和雨水、露水的浸入，在特殊环境下防止酸、碱、油等杂质侵入，对已充分干燥、固化，并已焊好导线的应变计，应立即涂上防护层。 常用室温防护剂有：

1．凡士林；2．蜂蜡；3．石蜡，炮油和松香混合物；4．环氧树脂 20

实验时，将应变片粘贴在试件表面需测应变的点处和方向上，当该点沿应变片方向产生应变?时，应变片也随之变形，致使应变片的电阻值产生一个变化量ΔR。

21 三. 应变仪电桥原理

?R1R3?R2R4??Ui??U??R?R??R?R??04??123Ifor?RK?RR1R3?R2R4ThenE?0R1R2?R4R3i.e.A balanced bridge?xR1R2?Ui?U02?R1?R2???R1?R2?R3?R4??????RRRR234??122 R1两端的电压降为： 23 温度补偿片

在实验中,如果温度发生变化, 应变片的阻值将随之改变, 故测量结果中也将包括温度改变引起的虚假应变。

为了消除温度的影响，常采用补偿片法。即在与被测试件材料相同的另一试块上，粘贴上与工作片型号相同的电阻片，并放置在与被测试件相同的环境下，且不受力。

24 导线的影响 Effect of Lead Wires:

Consider a strain measuring device with a single remote active gauge connected to The completion bridge inside the instrument.

Where RL = Lead wire resistance connections: A,B,C,&D are inside the instrument.

For 1 Active Gauge: Subjected to ?

?E?V??Rg?2RL?R2??Rg?R2??g?2RL?R2???Rg?2RL??R1??Rg?2RL?But?RgR?Sg?g?E?V?Rg?2R?L?RgR2R?2RR2gL?2??Rg?2RSg?L??VR?gR2R2g?2RL?R2?Sg?25 温度补偿片接法

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