应力应变测试技术.ppt

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1、第七章应力应变测试技术第一节电阻应变片第七章应力应变测试技术第一节电阻应变片电阻应变式传感器可以用于测量应变、力、位移、加速度、扭矩等参数。具有体积小、动态响应快、测量精确度高、使用简便等优点。在航空、船舶、机械、建筑等行业里获得广泛应用。电阻应变式传感器可分为金属电阻应变片式与半导体应变片式两类。第一节电阻应变片第七章应力应变测试技术一、金属电阻应变片常用的金属电阻应变片有丝式和箔式两种。其工作原理都是基于应变片发生机械变形时，其电阻值发生变化。金属丝电阻应变片(又称电阻丝应变片)出现得较早，现仍在广泛

2、采用。其典型结构如图所示。把一根具有高电阻率的金属丝(康铜或镍铬合金等，直径0.025mm左右)绕成栅形，粘贴在绝缘的基片和覆盖层之间，由引出导线接于电路上。第一节电阻应变片第七章应力应变测试技术金属箔式应变片则是用栅状金属箔片代替栅状金属丝。金属箔栅系用光刻技术制造，适于大批量生产。其线条均匀，尺寸准确，阻值一致性好。箔片厚约1—10μm，散热好，粘结情况好，传递试件应变性能好。因此目前使用的多系金属箔式应变片。第一节电阻应变片第七章应力应变测试技术R＝ρl／A当每一可变因素分别有一增量dl、dA和dρ

3、时，所引起的电阻增量为:式中：A=πr2，r为电阻丝半径，πr3第一节电阻应变片第七章应力应变测试技术电阻的相对变化率式中-----电阻丝轴线相对变形，或称纵向应变-----电阻丝轴线相对变形，或称横向应变当电阻丝沿轴向伸长时，必沿径向缩小，两者之间的关系为式中μ——电阻丝材料的泊松比；dρ／ρ——电阻丝电阻率相对变化，与电阻丝轴向所受正应力σ有关。第一节电阻应变片第七章应力应变测试技术式中E—电阻丝材料的弹性模量；λ—压阻系数，与材质有关。从而得到：第一节电阻应变片第七章应力应变测试技术(1十2μ)ε项

4、是由电阻丝几何尺寸改变所引起的。对于同一电阻材料，1十2μ是常数。λEε项是由电阻丝的电阻率随应变的改变而引起的。对于金属电阻丝来说，λE是很小的，可忽略。上式可简化为：上式表明了电阻相对变化率与应变成正比电阻应变片的应变系数或灵敏度。用于制造电阻应变片的电阻丝的灵敏度S，多在1.7—3.6之间。一般市售电阻应变片的标准阻值有60Ω、120Ω、350Ω、600Ω和1000Ω等。其中以120Ω为最常用。应变片的尺寸可根据使用要求来选定。第一节电阻应变片第七章应力应变测试技术第一节电阻应变片第七章应力应变测试

5、技术二、半导体应变片半导体应变片的工作原理是基于半导体材料的压阻效应。所谓压阻效应是指单晶半导体材料在沿某一轴向受到外力作用时，其电阻率ρ发生变化的现象。从半导体物理可知，半导体在压力、温度及光辐射作用下，能使其电阻率ρ发生很大变化。分析表明，单晶半导体在外力作用下，原子点阵排列规律发生变化，导致载流子迁移率及载流子浓度的变化，从而引起电阻率的变化。分析表明，单晶半导体在外力作用下，原子点阵排列规律发生变化，导致载流子迁移率及载流子浓度的变化，从而引起电阻率的变化。(1十2μ)ε项是由几何尺寸变化引起的，

6、λEε是由于电阻率变化而引起的。对半导体面言，后者远远大于前者，它是半导体应变片电阻变化的主要部分，故上式可简化为第一节电阻应变片第七章应力应变测试技术第一节电阻应变片第七章应力应变测试技术半导体应变片灵敏度这一数值比金属丝电阻应变片大50一70倍。半导体应变片优点：灵敏度高，机械滞后小、横向效应小、体积小等。缺点：温度稳定性能差、灵敏度分散度大(由于晶向、杂质等因素的影响)以及在较大应变作用下，非线性误差大等，这些缺点给使用带来一定困难。应变片的后续电路为电桥电路。第二节应变片的主要特性第七章应力应变测

7、试技术第二节应变片的主要特性一横向效应二温度误差及其补偿第二节应变片的主要特性第七章应力应变测试技术（一）横向效应敏感栅是由多条直线和圆弧部分组成直线段：沿轴向拉应变ε，电阻圆弧段：沿轴向压应变εr电阻Klεrε回线式应变片敏感栅半圆弧形部分bOlεrrdldθθε0ε第二节应变片的主要特性第七章应力应变测试技术应变片的横栅部分将纵向丝栅部分的电阻变化抵消了一部分，从而降低了整个电阻应变片的灵敏度，带来测量误差，其大小与敏感栅的构造及尺寸有关。敏感栅的纵栅愈窄、愈长，而横栅愈宽、愈短，则横向效应的影响愈小

8、。第二节应变片的主要特性第七章应力应变测试技术（二）温度误差及其补偿1、敏感栅电阻随温度的变化引起的误差。当环境温度变化△t时，敏感栅材料电阻温度系数为，则引起的电阻相对变化为2、试件材料的线膨胀引起的误差。当温度变化△t时，因试件材料和敏感栅材料的线膨胀系数不同，应变片将产生附加拉长（或压缩），引起的电阻相对变化温度误差第二节应变片的主要特性第七章应力应变测试技术相应的虚假应变输出可得由于温度变化而引起的总电阻变化为第二节应