第9章 应力测量

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1、1工程测试技术9 应力测量9、应力测量2 应变量电测法的优点：n1、应变计尺寸小、重量轻，粘贴在构件表面上，对构件的工作状态和应力分布影响很小；n2、测量范围广，能测量静应变和动应变；n3、用途广，可直接测量应变，还可以制成测量各种物理量的传感器；n4、测量精度较高，一般误差可小于1%；n5、输出量为电信号，可直接输入电子计算机进行数据处理，实现测量过程自动化。9、应力测量39.1 测量系统n测量零件或部件上的应变量电测法的测试系统如图：9、应力测量49.1 测量系统n9.1.1 电阻应变计n1、电阻应变计的工作原理基于金属导线的应变-电阻效应，即当金属导线受力产生机械变形时，它的电阻发生变化

2、。n金属导线的电阻值R n如果金属导线沿其轴线方向n 受力而产生变形，则其n 电阻值也随之发生变化，n 这一物理现象被称为金n 属导线的应变-电阻效应。ALR 9、应力测量59.1 测量系统n将上式取对数进行微分后得：ndL/L 为金属导线的长度相对变化，用应变量来表示ndA/A为导线截面积的变化，对于圆形截面的导线，若其直径为D ，则 n导线直径的相对变化 （为导线材料的泊松比），上式可得：n在一定的应变范围内，金属丝的电阻率相对变化与他的体积相对变化有下列关系：dAdALdLRdR/ LdL/ DdDDDdDAdA/2)4/()2/(/2 LdLDdD/ LdLAdA/2/ dRdR/)2

3、1(/ cAdALdLcVcdVd )21()/(/9、应力测量69.1 测量系统n式中：c对于一定的金属材料和加工方法来说是常数。 n整理以上各式，得n设 则nK称为灵敏系数，在一般情况下为常数。n由上式看出，金属导线受力变形后，由于其几何尺寸发生变化，从而使其电阻发生变化。如果将一根直径较细的金属丝粘贴在工件的表面上，利用金属丝的应变-电阻效应，把构件表面的应变量直接变为电阻的相对变化量，这样就可以用电测的方法来进行应变测量。电阻应变计就是利用这一原理而制成的传感元件。 )21(21cK KRdR / cRdR )21(21/9、应力测量79.1 测量系统n2、电阻应变计的结构与分类n电阻

4、应变计一般由感应栅、基底、盖层、粘结剂和引线等组成。n感应栅是把应变量变换成电阻变化量的主要部分，一般是由金属或半导体材料制成的单丝或栅状体。n基底是用以保持敏感栅、引线的几何形状和相对位置的部分。n盖层是用来保护敏感栅而覆盖在上面的绝缘层。n粘结剂是具有一定电绝缘性能的粘结材料，n 用它将敏感栅固定在基底上，或者将应变n 计的基底固定在被测试件的表面上。n引线是用以从敏感栅引出电信号的丝状或带状n 的导线。9、应力测量89.1 测量系统n应变计的分类：按敏感栅的材料不同可分为金属电阻和半导体应变计两大类；按敏感栅的形状不同可分为丝式和箔式电阻应变计两类；按基底材料不同可分为纸基、胶基和金属基

5、底三大类；按使用方式不同可分为粘贴式、焊接式、喷涂式和埋入式四类；按使用温度不同可分为低温、常温、中温和高温四类。n箔式应变计的敏感栅使用高阻值的金属片经光刻腐蚀成栅状。箔片常用的材料是很薄的（0.0020.005mm）康铜、镍铬合金，比较柔软，可粘贴于复杂形状的构件表面，较真实地反映其应变值。粘贴牢固、散热性好、疲劳寿命长、蠕变小等优点，所以目前广泛采用。n半导体电阻应变计的敏感栅是一狭长的单晶硅半导体，硅片两端有黄金膜，引线自黄金膜上焊出。一般可在传感器中用作敏感元件。 9、应力测量99.1 测量系统n3、电阻应变计的工作特性n工作特性是为了满足实际测量工作的需要而规定的。下面介绍常温下应