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第二章 力与应变的测量
2.1 应变式传感器及测量电路
2.2 压阻式传感器及测量电路
2.3 压电式传感器及测量电路
2.4 压磁式传感器及测量电路
2.5 应力及应变的其他测量方法
2.1 应变式传感器及测量电路
• 应变式传感器是基于测量物体受力变形所产生的应变的一
种传感器。电阻应变片则是其最常采用的传感元件。它是
一种能将机械构件上应变的变化转换为电阻变化的传感元
件。
一、金属电阻的应变效应
金属导体的电阻值R与其长度L、横截面积S及该金属的电
阻率ρ有关,可表示为:
R= Ρ*L/S
当导体受到外力 F 作用时,其长度 L 、横截面积 S 和电阻
率ρ都将发生变化,从而引起导体电阻 R 的变化ΔR ,即
∂R ∂R ∂R
=Δ R Δ +L Δ +S Δρ
∂L ∂S ∂ρ
S r π 2
若电阻丝的横截面积 (r 为电阻丝的半径)
L L L 2 r
ρ ρ Δ Δ Δρ
=Δ Δ − Δ + =Δ R 2 L 2 3 r 2 ρ R ( − + )
πrπ πr r L r ρ
ΔR Δρ ΔL
+ (1R 2+) μ ε ρ ε L , μ为电阻材料的泊松比
把单位应变所引起的电阻相对变化,称为电阻丝的灵敏系数。
Δρ
+(1ks 2+) μ
ρε
二、金属电阻应变片的结构及特性 :
• 它一般由敏感栅、基底、
引线、盖片等组成。敏感
栅由直径为0.01-0.05mm、
高电阻系数的细丝弯曲而
成栅状,它实际上是一个
电阻元件,是电阻应变片
感受构件应变的敏感部分。
敏感栅用粘合剂将其固定
在基底上。基底的作用应
保证将构件上应变准确地
传递到敏感栅上去。因此
它必须作得很薄,一般为
0.03-0.06mm,使它能与试
件及敏感栅牢固地粘结在
一起。
• 另外它还应有良好的绝缘性能、抗潮性能和耐热性能。基
底材料有纸、胶膜、玻璃纤维布等。纸具有柔软、易于粘
贴、应变极限大和价格低廉等优点,但耐温耐湿性差,一
般工作温度低于70℃下采用。为了提高耐湿耐久性和使用
温度,可浸以酚醛树脂类粘合剂使用温度可提高至
180℃,且时间稳定性好,适用于测力等传感器使用。胶
膜基底是由环氧树脂、酚醛树脂、聚脂树脂和聚酰亚胺等
有机粘合剂制成的薄膜,胶膜基底具有比纸更好的柔性、
耐湿性和耐久性,且使用温度可达100-300℃。玻璃纤维
布能耐400-450℃高温,多用做中温或高温应变片基底。
引出线的作用是将敏感栅电阻元件与测量电路相连接,一
般由0.1-0.2mm低阻镀锡铜丝制成,并与敏感栅两输出端
相焊接。
• 在测试时,将应变片用粘合剂牢固地粘贴在被测
试件的表面上,随着试件受力变形,应变片的敏
感栅也获得同样的变形
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