Transcript 应变片粘贴技能和测试技术

应变片的粘贴和
测试
制作人:熊 莉
一、电阻应变片

电阻应变片通常可分为丝式片和箔式片两种。丝式
电阻应变片的结构如图，在绝缘片基上固定有盘成
栅状的电阻丝，又称敏感栅。但片基牢固地粘贴在
欲求应变的部位时，与电阻丝平行的应变
就传递给敏感栅了，使电阻丝发生长度变化并相应
发生电阻变化。箔式电阻应变片的结构如图，它
是电阻箔片经光刻腐蚀等工艺制作成电阻箔栅而
成。
电阻丝做成栅状，可在很小面积内增加丝的长
度，既达到一阻值，又能测得局部“点”的应变。
目前，甚至已能做出测量面积小于1mm2的应变片。
电阻丝的电阻变化与应变存在什么关系呢？
R
 K
R
K为应变片灵敏系数
K值与敏感栅的材料和几何形状等有关，是由制
造厂家用标准应变设备抽样标定后，提供给使用
者的。
二、惠斯登电桥
R
R
R
R
为了测量ε,就要测得
,而
是通过惠斯登电桥测
得的,电桥如图,其作用是将电桥的电阻变化转换成电压输
出。
电阻R1、R2、R3、R4构成电桥的四个桥臂,它们可用应变
片代替。其中两个对角AC为供桥端，供给直流电压VAC来
表示，另两个对角BD为输出端，输出电压用UBD来表示。
工作时只有两个相邻桥臂电阻发生变化的称为半桥接法，
四个桥臂电阻均发生变化的称为全桥接法。
1、电桥采用半桥接法时，输出电压为：
UBD=
R1 R4  R2 R3
V AC
R1  R2 R3  R4 
电桥的平衡条件为R1R4-R2R3=0
一般电阻应变仪都设计为等臂电桥，即
R1=R2=R3=R4=120Ω
所以电桥的原始状态是平衡的。当测量的构件受
力作用时，构件的变形使粘贴于上的电阻应变片
R1也跟着变形而产生电阻的变化。如AB 桥臂上
R1这个电阻应变片（简称工作片），它从R1变化
为R1+ΔR，其他的几个桥臂固定不动。这就造成
了电桥的不平衡，将有一个电压输出，即：
R1  R R4  R2 R3 V
UBD= R  R  R R  R  AC =
1
2
3
4




1 R
1

V AC 
1

R
4 R
1 




2 R 
R
由于应变测量时，电阻变化率甚小，R
UBD=
1 R
VAC
4 R
=
« 1，因此：
KVAC

4
式中：K——应变片的灵敏系数
ε——应变片的应变量
2、电桥采用全桥接法时，输出电压为：
UBD=
R1R4  R2 R3
Vi
R1  R2 R3  R4 
设等臂电桥的 R1=R2=R3=R4=R，
工作时四个电阻都要产生电阻变化量，其变化量
分别为ΔR1、ΔR2、ΔR3、ΔR4，
且
R»ΔRi（i=1,2,3,4)则：
UBD=
R1R4  R2 R3
Vi
R1  R2 R3  R4 
UBD=
1  R1 R2 R3 R4 




Vi
4 R
R
R
R 
可近似为：
将 R  K 代入上式，可得 ：
R
UBD=
K
1   2   3   4 Vi
4
故应变仪读数：
 读数   1   2   3   4
该式是应变测量最重要的关系式，各种应变
测量方法均以此为依据。
三、温度补偿
R
R
应变片的电阻变化率 不仅受所贴构件承载变
形的影响，而且受温度变化的影响也很大，要测
构件的承载应变，就要消除温度对测试的影响，
这一过程称温度补偿。常用方法是利用式：
 读数   1   2   3   4
中的相减关系抵消温度的影响。
（1）半桥另补偿
（2）半桥自补偿
（3）全桥自补偿
采用全桥接法时，补偿片接入R2和R4位置，采用
半桥接法时，补偿片接入R2位置。
四、应变仪
通过电桥可把应变片感受到的应变转变成电压
信号，但是在构件的弹性变形范围内，这一信号
非常微小，所以要进行放大，然后把放大了的信
号再用应变表示出来，这就是电阻应变仪的工作
原理。从应用的角度来看，电阻应变仪实质上是
由一个惠斯登电桥组成的，也叫测量桥。
五、应变片的选用与粘贴
略
六、测点布置及应变片方位
1、单向应力状态
若被测点是单向应力状态，则应变片粘贴在主
应力方向，通过应变仪测得主应变ε，则该测点
的主应力为：σ=Eε
2、平面应力状态（主应力方向已知）
若被测点是二向应力状态，且其主应力方向已
知，则应变片粘贴在两个主应力方向，通过应变
仪测出两个主应变ε1和ε2，则该测点的主应力
为：
σ1=
E
 1   2 
2
1 
σ2=
E
 2   1 
2
1 
3、平面应力状态（主应力方向未知）
若被测点是二向应力状态，但两个主应力方向
未知时，则被测点要粘贴三个不同方向的应变片
（即应变花），通过应变仪测出三个方向的线应
变,再利用平面应力状态下的虎克定律和主应力计
算公式,计算出主应力及方向。
七、实验步骤
1、每两人一组，在图示位置粘贴应变片。
2、将工作片与温度补偿片组成半桥，接入电阻应
变仪，测出工作片的应变值，计算出实际正应力
σ实=Eε实
3、由正应力公式计算出σ理
σ理=
M
y
IZ
4、比较理论和实际正应力
八、思考题
1、应变片粘贴的关键是什么？
2、温度补偿有几种方法？
3、什么叫半桥接法？什么叫全桥接法？