应变测试方法

应变测试方法

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。 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。

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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。

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-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。 -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。

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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 -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

-电阻测量技术可分为静态应变测量和动态应变测量两类。

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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；

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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 显示记录 测量电路 放大线路

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惠斯登电桥

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电阻应变片测量应变

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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。

L R A

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电阻应变片当电阻丝受到拉伸、压缩时有下式存在

dR d dL dA R L AD ' (1 ) D dA 2 ( )2 2 A

dL L dA D' A

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电阻应变片dR d (1 2 ) R dR d Ks 1 2 R

dR K s RK s 称为单根金属丝应变灵敏系数。可见二者存在线性关系。

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常有电阻应变片的灵敏系数

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电阻应变片

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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。

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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。

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电阻应变片的构造

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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;1000 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。

dR K / R

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电阻应变片性能参数

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。

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电阻应变片的构造

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