《应变电测技术》ppt课件

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1、1.了解电阻式传感器的应变效应、压阻效应；2.了解电阻应变片的材料、种类及主要工作参数；3了解电阻应变仪的分类及工作原理，掌握直流电桥、交流电桥原理、作用；4.掌握应变测量中应变片的粘贴及布桥方法；5了解构件的常用应变测量方法。学习要求电阻应变式传感器具有悠久的历史，是应用最广泛的传感器之一。电阻应变片简称电阻片或应变片。它是一种将应变变换成电阻变化的变换元件，将应变片粘贴在被测构件表面上，接入测量电路，随着构件受力变形，应变片敏感栅也相应变形，从而使其电阻发生变化，电阻变化与构件表面应变成比例。应变测试技术的应用：应力、应变、力、扭矩、压强、位移、温度、加速度等。优点③测量范围广，一般测量

2、范围为2×105~10-4量级的微应变。④误差小，整个测量系统的误差可控制在1%以内。⑤可在各种复杂或恶劣的环境中进行测量。①非线性小，电阻的变化同应变成线性关系；②应变片尺寸小（我国的应变片栅长最小达0.178mm），重量轻（一般为0.1~0.2g），惯性小，频率响应好，可测0-500kHz的动态应变。8.1应变式传感器常用的弹性敏感元件★弹性敏感元件的作用及相关定义1.变形：物体在外力作用下改变原来尺寸或形状的现象；2.弹性变形：当外力去掉后物体又能完全恢复其原来的尺寸或形状；3.弹性元件：具有弹性变形特性的物体；弹性元件可分为：弹性敏感元件弹性支承元件弹性敏感元件：将被测参量变换成为应

3、变、位移（或转换成另一种需要的相应物理状态）。弹性支承元件：作为传感器中活动部分的支承，起支承导向作用；4.弹性特性：作用在弹性敏感元件上的外力与其引起的相应变形之间的关系。弹性特性与传感器静态特性一样，可能为线性关系，也可能是非线性关系5.刚度：弹性敏感元件在外力作用下变形量大小的量度。F——作用在弹性元件上的外力x——弹性元件产生的变形6.灵敏度Sn:刚度的倒数，单位力产生的变形大小当,则，说明弹性元件是线性元件；当，说明弹性元件是一非线性元件。当弹性元件由多个元件串联或并联：并联串联7.弹性滞后：定义：弹性元件在弹性范围内，弹性特性曲线的加载曲线与卸载曲线不重合的现象，称弹性滞后；滞后

4、误差：在同一力F作用下，加载与卸载时弹性变形之差Δx；产生原因：主要是由于弹性敏感元件在工作时分子之间存在内摩擦损耗了能量而造成。8.弹性后效定义：弹性敏感元件所加载荷改变后不是立即完成相应的变形，而是在一定时间间隔中逐渐完成变形的现象。F0与x0对应但变形是由0→x1→x0x1→x0与F0有时间差9.固有振动频率固有振动频率与弹性元件的动态特性及变换时的滞后现象有关。固有频率的计算公式较复杂，一般采用实验来测定，估算公式：Ke——等效刚度（kg/m）me——等效质量（kg·s2/m）★设计敏感元件时要注意线性度、灵敏度、刚度、固有频率间关系Sn↑→K↓→fn↓fn↑→K↑→Sn↓弹性敏感元

5、件材料选择：弹性敏感元件在传感器中直接参与变换和测量，要求弹性元件的材料需保证具有良好的弹性特性，足够的精度及稳定性，在长期使用中温度稳定性要好。基本要求有：1）弹性滞后要小；2）弹性模量的温度系数要小；3）线膨胀系数要小且稳定；4）弹性极限和强度极限要高；5）具有良好的稳定性和耐腐蚀性；6）具有良好的机械加工和热处理性能。常用的材料有：合金刚：35CrMnSi、40Cr等。8.1.1弹性圆柱弹性圆柱可承受较大的载荷，可做成测力（拉或压）传感器，如图8-1所示。在轴向力F的作用下，与轴线成α角的截面上所产生的应力和应变为F—沿圆柱轴向的作用力；E—材料的弹性模量；µ—材料的泊松系数；A—圆柱

6、的截面积；α—截面与圆柱轴线的夹角。当α=0时，力F在轴向产生的应力和应变为当α=90度时，力F在圆柱横向产生的应力和应变为元件在与轴线成不同角度α时，截面上产生的应力、应变不相等。引入灵敏度结构系数β：则圆柱的应变表达式：ε与β、A、E、F有关而与圆柱长度无关。对于空心圆柱，在相同的截面或重量情况下，圆柱的直径可以做得大些，从而可提高圆柱的抗弯强度，但圆柱壁也不宜太薄，否则可能会引起受压时圆柱失稳。弹性圆柱的固有频率为l—圆柱长度；E—圆柱材料的弹性模量；ρ—圆柱材料的密度。式中为音速。提高固有频率则应缩短柱长或选择低密度的材料。8.1.2悬臂梁悬臂梁为具有一个固定端，另一端处于自由状态的

7、弹性元件。等截面梁等强度梁悬臂梁（1）等截面梁作用力F与梁上某一位置处的应变关系可用下式表示：式中，εx—距支点x处的应变值；l—梁的长度；x—梁上某一位置距支点的距离；E—梁材料的弹性模量；b—梁的宽度；h—梁的厚度。图8-2等截面梁在x=0处，ε最大，x=l处ε=0。结构灵敏度系数为：梁的自由端的挠度或位移y与F的关系为等截面悬臂梁的固有频率为式中，ρ—材料密度。h↓→εx↑→f0↓（2）变截面梁（等强度