应变计知识简介(入厂培训).ppt

应变计知识简介主讲：晏志鹏 应变计知识介绍v应变计基础知识 vZEMIC应变计介绍 v应变计的用途应变计知识介绍v电阻应变计是实验应力分析、测试计量技 术、自动检测与控制技术以及应变式传感 器的关键元件，它广泛应用于各种机械、 工程结构强度及寿命的诊断与评估，也用 于多种物理量的的检测和计量，实现生产 过程和科学实验过程的测量与控制 v详细了解应变计的特点和结构特性，准确 把握应变计应用中的要点，可以有效减少 电阻应变计应用中人为干扰因素的影响， 提高应变计使用水平和应用精度，在功能 和性能价格比方面具有重要参考价值应变计知识介绍应变计基础知识1.1 应变计的工作原理、典型结构、术语及分类 1.1.1 应变计的工作原理 v 应变效应——导体或半导体材料在外界力的作用下产生机 械变形时，其电阻值相应发生变化应变计知识介绍求R的 全微分灵敏度系数 又应变计知识介绍如图所示为一种普通钢材的 应力与应变关系图应力与 应变成直线关系的范围内胡 克定律成立，对应的最大应 力称为比例极限σ = E ⋅ε应力与应变的比例常数E 被 称为扬氏模量，不同的材料 有其固定的扬氏模量一般 无法直接测量对应力，只能 通过测量应变计算出应力大 小。

应变计知识介绍1.1.2电阻应变计的基本结构 应变计知识介绍1.1.3应变计构造和术语 v1、应变计基本构造和术语 v2、敏感栅主要结构 应变计知识介绍v应变计基 本构造和 术语应变计知识介绍v2、敏感栅结构示意：直线表示敏感栅轴线方向， 如下图所示应变计知识介绍v应变计的应用范围应变计可以应用到国民经济的各个方面， 如我们经常提到的衡器用传感器、力传感 器、电子天平、应力分析、材料分析、强 度试验、风洞试验、压力传感器、张力传 感器、位移传感器、加速度传感器、力矩 传感器、扭矩传感器等等，过程控制，安 全生产监控，国防工业，石油化工，工程 机械，车辆运输等领域，应用广阔 应变计知识培训v典型应用应变计知识介绍ZEMIC应变计介绍 v应变计系列介绍 v应变计型号命名规则 v应变计敏感栅主要结构形式和应用 v应变计的主要特点 应变计知识介绍1、应变计系列简介我公司应变计基底材料有玻璃丝布增强环氧树脂、特种聚酰亚胺薄膜、改性酚醛树脂、聚酰亚胺、玻璃丝布增强聚酰亚胺等，敏感栅材料有康铜、 卡玛两种，形成了BHB、BAM、BF、ZF、BE、BQ、BA、BA150℃、BAB250℃、BB250℃等系列。

2.应变计型号命名规则 我公司应变计敏感栅主要结构形式和应用 v应变计主要敏感栅结构形式如下图 应变计知识介绍4.2应用 敏感栅结构形状包括敏感栅的形状、数目和方向，横栅尺寸，焊端的形状及分布， 敏感栅的横向宽度等，可分为单轴应变计， 多轴应变计和复式应变计应变计知识介绍单轴应变计主要特征是具有单一敏感栅，用于测量敏感栅 轴线方向应变结构型式有“AA”和“AB”两种其中“AA”的敏感栅为单轴水平方向结构型式，可测量 拉、压、弯应变以及位移等；“AB”为单轴45º敏感栅结构型式，可测量弯距、扭矩、剪切应变等 应变计知识培训双栅应变计 主要特征是有两个敏感栅，两栅轴向相互成90º 或0º，一般情况下，使用这些应变计必须事先预知 其应力或应变方向主要的结构型式有 “BB”“HA”“GB”“FB”四种其中“BB”两栅互相垂 直，即“T””型应变计，主要用于测试轴向应变和横 向应变（也称泊松应变）；“HA”两栅互相垂直成 90º，与水平方向成45º，即“V”型应变计，主要用 于测量剪切应力﹑ ﹑扭矩等物理量；“GB”两栅处于 同一轴向，主要用于测量处于同一轴向而受力方向 不同的材料或结构FB”两栅互相平行，主要用于 测量并排的不同梯度应力或应变。

应变计知识介绍三栅应变花 主要是测量主应力方向未知的面应力或点应力 一般情况下，在需要确定应力的材料上，粘贴应 变片来测量三个方向的应力或应变，通过特定的计 算公式来计算其应力大小和应力方向，三轴互相夹 角有45º，60º或120º等主要结构型式有“BA” ﹑ ﹑“CA” ﹑ ﹑“CC” ﹑ ﹑“CA—K” ﹑ ﹑“CD—K” ﹑ ﹑“BC” “CB”四种，其中“BA”、“CA”、“CC”用于测量平 面应力，“BC”“CB”用于测量点应力，“CA— K”“CD—K”用于测量残余应力 应变计知识介绍复式应变计 复式应变计是在同一基底上将多个敏感栅排列成所需形状，且连接电路回路，它主要用于传感器 制造如圆膜片（KA）、FG、EB等，其中KA主要用于压力、压强的测量 应变计知识介绍多轴应变计 多轴应变计又称应变花，在同一基底上有两个或两个以上敏感栅排列成不同方向，用于测定测点主应力和主应力方向另有排列在同一方向的多个敏感栅的应变计称为应变链，用于确定应力集中区 内应力分布主要结构型式有“FD”和“GD”两种 应变计知识介绍应变计的主要特点 v5.1应变计蠕变自补偿功能 v5.2应变计温度自补偿功能 应变计知识介绍应变计蠕变自补偿功能 传感器弹性元件因其材料的滞弹性效应而存在 固有微蠕变特性，表现为传感器的输出随时间增加 而增加(正蠕变)。

电阻应变计的基底和贴片用粘结 剂具有一定的粘弹性，使应变计的输出随时间的增 加而减少；而敏感栅材料存在滞弹性效应使应变计 输出随时间的增加而增加，迭加的结果是应变计在 承受固定载荷时呈现或正或负的蠕变特性，其方向 和数值可以通过改进敏感栅结构设计、基底材料配 比及关键工艺参数加以调节 应变计知识介绍应变计知识介绍我公司蠕变规律如下，其中N※、T※为蠕变标号， 标号不同，蠕变数值不同N9＞N7＞N5＞N3＞N1＞N0＞N8＞N6＞N4＞N2＞T0＞T2＞T4＞T6＞T8＞T1 + 蠕变 —应变计知识介绍应变计温度自补偿功能 安装在无任何外力作用、不受约束的试件上的 应变计，当环境温度发生变化时，其电阻值也将随 之改变（指示应变），被称为热输出热输出是由 于应变计敏感栅材料的电阻温度系数和敏感栅材料 以及被测试件材料之间的线膨胀系数的差异共同作 用、迭加产生的结果应变计知识介绍图4给出了几种应变合金材料对钢试件的典型 热输出曲线。

从图可以看出，当温度偏离 参考温度时，热输出误差变大，对于静态 应变精密测量和传感应用必须进行误差修 正或补偿 应变计知识介绍图4 钢试件上不同材料的应变计热输出曲线 应变计知识介绍由于热输出是静态应变测量中最大的误差源 ，并且热输出分散也会随着热输出值的增大而增 大在测试环境存在温度梯度或瞬变时，这种差 异就更大 可以通过调整应变计的敏感栅材料的合金成 分配比、改变冷轧成型压缩率以及适当的热处理 ，使敏感栅材料的内部晶体结构重新组合，改变 其电阻温度系数，从而实现对弹性体或试件材料 的温度自补偿功能，满足高精度应力分析和传感 器的要求应变计知识介绍目前我公司生产有多种温度自补偿应变计，主要提 供以下温度自补偿系数的应变计：9、11、16、23 、27其中，“9”用于钛合金、普通玻璃（线膨胀 系数典型值为8.8×10-6/℃）；“11”用于合金钢、马 氏体不锈钢、沉淀硬化型不锈钢、镍基合金、生铁 、锻铁、碳化钢、混凝土等（线膨胀系数典型值为 11.3×10-6/℃）；“16”用于奥氏体不锈钢、铜基合 金（黄铜除外）（线膨胀系数典型值为16×10-6/℃ ）；“23”用于铝合金（退火铝除外）、黄铜（线膨 胀系数典型值为23.2×10-6/℃）；“27”用于镁合金( 线膨胀系数典型值为26.1×10-6/℃)。

应变计知识介绍应变计的用途v1、传感器应用 v2、应力分析 v3、残余应力 应变计知识介绍传感器应用 对于弯曲梁、悬臂梁、拉伸梁、柱体、圆筒体 、双孔平行梁（包括各种变体）、S型拉伸梁可选 用结构形式为AA、HA、AB的应变计如果拉伸梁 、柱体、圆筒体应用时采用全桥接法，有两片应变 计应感受轴向应变，另两片感受横向应变，设计、 计算试验梁或弹性体梁厚以及桥路接入电路时，应 考虑材料泊松系数的影响常用传感器结构示意图 如图4－1 应变计知识介绍几种传感器示意图应变计知识介绍应变计知识介绍应变计知识介绍应变计知识介绍对于双孔平行梁也可以选用结构形式为 FB、GB、FG的应变计在选片前，应预 先知道所要设计梁孔中心距，以便能够准 确地确定应变计的敏感栅栅间距（中心距 ），或者根据实际的应变计栅间距，设计 梁孔中心距，后一种方法更好一些，当然 ，具体情况具体分析对于弯矩梁、拉伸梁也可以采用结构形 式为EB的应变计应变计知识介绍对于柱体、圆筒体也可以选用结构形式为BB 、AA的应变计，如下图所示 应变计知识介绍v对于扭矩梁、剪切梁、桥式结构等可选用结构形 式为AB、HA的应变计应变计知识介绍应变计知识介绍15应变计知识介绍应力分析 应力分析主要采用应变电测的方法将构件表面的应变转换为电阻变化，再用应变仪等仪表转换为 相应的指示应变，然后应用材料的一力应变关系， 即本构关系转换成应力。

针对不同材料和不同应力 状况，又分为单向应力和平面应力，下面我们就分 别作以介绍 应变计知识介绍1）应力应变测量的目的 v a.获得构件的应力应变分布资料；v b.检验构件的强度储备；v c.研究构件的局部位置的应力集中；v d.研究构件所受的载荷状况应变计知识介绍2）确定应力应变方案 根据测量目的选择点的位置，确定应变计布置方案首先选择测量点，可以根据构件受载荷时应力分布的计 算资料，在应力较大或反映应力特点的若干点布置测量点 如果没有现成的计算资料，可参考类似的构件计算或试验资 料作为选择测点的依据然后依据测点的应力状态、构件的手载情况和温度补偿 的原则布置应变计单向应力测点只需要单个应变计；主应 力方向已知的，应布置互相垂直的两个应变计；而主应力方 向未知的，应采用三个应变计或单个应变花应变计知识介绍3）单向应力应变 对于线弹性的应力应变关系，可以直接采用单 轴应变计进行测量，并根据测量物体的均匀程度、 测量物体的大小、测量位置的尺寸等选择不同栅长 的应变计，等测量获得应变后，利用虎克定律（式 4－1）可以直接计算材料的应力状况δ＝Eε （4－1）其中E为材料的弹性模量，ε为应变计测量的指示应 变。

应变计知识介绍4）平面应变 例一： 对于主应力方向未知的平面应力，必须布置三个不同方向的应变计 或采用三轴应变花如图4－1所示，沿任意三个方向θ1、θ2、θ3粘贴三 个应变计，分别测出三个应变εθ1、εθ2、εθ3，根据应变状态理论公式：εθi=(εx+εy)/2+[(εx-εy)/2]cos2θi+(γxy/2)sin2θi (4－2）式中i分别代表1、2、3，这样得到三个公式，就可以解出三个未知量εx、 εy、γxy，再由它们计算出主应变ε1、ε2和主方向和x轴的夹角φ：应变计知识介绍ε1、2＝（εx+εy）／2±1／2√（(εx-εy)2＋γxy2 （4－3）φ＝1／2tg-1[γxy/(εx-εy)] (4-4)将ε1、ε2代入公式（4－5）就可以求出主应力大小σ1=E(ε1+με2)/(1－μ2) σ2=E(ε2+με1)/(1－μ2) （4－5）式中E为材料的弹性模量，μ为泊松比应变计知识介绍图4－1 主应力方向未知时的应变计粘贴实际上为了方便计算，我们总是将应变栅的夹角选取特殊的角度， 如0°、45°、90°或0°、60°、120°等，形成特制的应变花，如我公司的 CA、CE、CC结构的应变计均为此类型。

应变计知识介绍例二：双向应力 状态 2、主应力方向未知、、应变计知识介绍应变计知识介绍常见应变花应变计知识介绍5）点应力 点应力测量与平面。