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1、应变片的粘贴和应变片的粘贴和测试测试制作人制作人:熊熊 莉莉一、电阻应变片一、电阻应变片v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，它是发生电阻变化。箔式电阻应变片的结构如图
2、，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，又能测得局部度，既达到一阻值，又能测得局部“点点”的应变。的应变。目前，甚至已能做出测量面积小于目前，甚至已能做出测量面积小于1mm2的应变片。的应变片。 电阻丝的电阻变化与应变存在什么关系呢？电阻丝的电阻变化与应变存在什么关系呢？ K为应变片灵敏系数为应变片灵敏系数 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，提供给使用造厂家用标准
3、应变设备抽样标定后，提供给使用者的。者的。二、惠斯登电桥二、惠斯登电桥 为了测量为了测量, ,就要测得就要测得 , ,而而 是通过是通过惠斯登电桥测惠斯登电桥测得的得的,电桥如图电桥如图,其作用是将电桥的电阻变化转换成电压输其作用是将电桥的电阻变化转换成电压输出。出。 电阻电阻R1、R2、R3、R4构成电桥的四个桥臂构成电桥的四个桥臂,它们可用应变它们可用应变片代替。其中两个对角片代替。其中两个对角AC为供桥端，供给直流电压为供桥端，供给直流电压VAC来来表示，另两个对角表示，另两个对角BD为输出端，输出电压用为输出端，输出电压用UBD来表示。来表示。工作时只有两个相邻桥臂电阻发生变化的称为半
4、桥接法，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。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：、电桥采用半桥接法时，输出电压为： UBD=电桥的平衡条件为电桥的平衡条件为R1R4-R2R3=0一般电阻应变仪都设计为等臂电桥，即一般电阻应变仪都设计为等臂电桥，即 R1=R2=R3=R4=120 所以电桥的原始状态是平衡的。当测量的构件受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。如也跟着变形而产生电阻的变化。
5、如AB 桥臂上桥臂上R1这个电阻应变片（简称工作片），它从这个电阻应变片（简称工作片），它从R1变化变化为为R1+R，其他的几个桥臂固定不动。这就造成，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：了电桥的不平衡，将有一个电压输出，即：UBD= =由于应变测量时，电阻变化率甚小，由于应变测量时，电阻变化率甚小， 1，因此：，因此： UBD= =式中：式中：K应变片的灵敏系数应变片的灵敏系数 应变片的应变量应变片的应变量2 2、电桥采用全桥接法时，输出电压为：电桥采用全桥接法时，输出电压为： UBD= 设等臂电桥的设等臂电桥的 R1=R2=R3=R4=R， 工作时四个电阻
6、都要产生电阻变化量，其变化量工作时四个电阻都要产生电阻变化量，其变化量分别为分别为R1、R2、R3、R4， 且且 RRi（i=1,2,3,4)则：则： UBD= 可近似为：可近似为： UBD= 将将 代入上式，可得代入上式，可得 ： UBD= 故应变仪读数：故应变仪读数： 该式是应变测量最重要的关系式，各种应变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。测量方法均以此为依据。三、温度补偿三、温度补偿 应变片的电阻变化率应变片的电阻变化率 不仅受所贴构件承载变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
7、要消除温度对测试的影响，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：这一过程称温度补偿。常用方法是利用式： 中的相减关系抵消温度的影响。中的相减关系抵消温度的影响。（1）半桥另补偿）半桥另补偿 （2）半桥自补偿）半桥自补偿（3）全桥自补偿）全桥自补偿 采用全桥接法时，补偿片接入采用全桥接法时，补偿片接入R2和和R4位置，采用位置，采用半桥接法时，补偿片接入半桥接法时，补偿片接入R2位置。位置。 四、应变仪四、应变仪 通过电桥可把应变片感受到的应变转变成电压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，这一信号信号，但是在构件的弹性
8、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。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五、应变片的选用与粘贴略略 六、测点布置及应变片方位六、测点布置及应变片方位1、单向应力状态、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应力方向，通过应
9、变仪测得主应变，则该测点，则该测点的主应力为：的主应力为：=E=E2 2、平面、平面应力状态（主应力方向已知）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仪测出两个主应变1 1和和2 2，则该测点的主应力为：，则该测点的主应力为： 1= 2=3、平面、平面应力状力状态（主（主应力方向未知）力方向未知） 若被测点是二向应力状态，但两个主应力方向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未知时，则
10、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（即应变花），通过应变仪测出三个方向的线应变变,再利用平面应力状态下的虎克定律和主应力计再利用平面应力状态下的虎克定律和主应力计算公式算公式,计算出主应力及方向。计算出主应力及方向。 七、实验步骤七、实验步骤1、每两人一组，在图示位置粘贴应变片。、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、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，计算出实际正应力仪，测出工作片的应变值，计算出实际正应力 实=E实3、由正应力公式计算出、由正应力公式计算出理理 理理=4、比、比较理理论和和实际正正应力力 八、思考题八、思考题1、应变片粘贴的关键是什么？、应变片粘贴的关键是什么？2、温度补偿有几种方法？、温度补偿有几种方法？3、什么叫半桥接法？什么叫全桥接法？、什么叫半桥接法？什么叫全桥接法？
