《力的测量》PPT课件

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1、第三章力的测量第一节电阻应变计电阻应变计，也称应变计或应变片，是利用电阻应变效应做成的传感器，是一种能将机械构件上的应变的变化转化为电阻变化的传感元件，是常用的传感器之一，下图为其构造简图。排列成网状的高阻金属丝构成敏感栅1，用粘合剂粘在绝缘的基片2上。敏感栅上粘有盖片(即保护片)3。第一节电阻应变计电阻丝较细，一般在0.015~0.06mm，其两端焊有局的低阻镀锡铜丝(0.1~0.2mm)4作为引线，以便与测量电路连接。图中，l成为应变计的标距，也成(基)栅长，a称为(基)栅宽，l*a称为应变计的使用面积。第一节电阻应变计使用时，用粘合剂将

2、应变计贴在被测事件表面上。试件形变时，应变计的敏感栅与试件一同变形，使其电阻发生变化，由测量电路将电阻变化转化为电压或电流的变化，再由显示器纪录仪将其显示纪录。应变计的电阻变化是与应变成比例的，因此，由显示纪录的电压或电流的变化，可得知被测试件应变的大小。电阻应变计的工作原理是基于电阻应变效应的，下面加以介绍。第一节电阻应变计（一）、电阻应变效应金属导线的电阻值与其长度L成正比，与其横截面积S成反比，用公式表示为：式中——金属导线的电阻率。如果金属导线沿其轴线方向产生变形，则其电阻值也随其发生变化，这一物理现象称为金属导线的应变一电阻效应。为

3、了说明产生这一效应的原因，对上式取对数后，再微分得：式中，dL／L为金属导线长度的相对变化率，用来表示，即dS／S为导线横截面积的相对变化率，当金属导线为圆形截面，其直径为D时，则第一节电阻应变计横向收缩和纵向伸长的之比用泊松比表示，则代入式得第一节电阻应变计由上式看出，金属导线受力变形后，其几何尺寸和电阻率发生变化，从而使其电阻发生变化。可以设想，如果将一根直径较细的金属丝粘贴在工程构件的表面上，利用金属丝的应变一电阻效应把构件表面的应变量直接变换成金属丝电阻的相对变化，这样就可以用电测的方法进行应变测量。第一节电阻应变计（二）、金属丝的灵

4、敏系数用一根直的金属丝通过基底粘贴到被测试件上，当被测试件受力产生的应变量传递到金属丝之后，金属丝的电阻发生变化。金属丝电阻的相对变化与其所承受的应变量有直接关系，由式得第一节电阻应变计令，代入得K0是单根金属丝的灵敏系数，它表示金属丝对所承受的应变量的灵敏程度。K0的大小受两个因素影响：一是由(1+2u)所表达的几何尺寸改变引起的；二是由金属丝受力后电阻率发生变化引起的，即。第一节电阻应变计这就从机理上对电阻应变效应作了一定的说明。可惜，电阻率到底依据什么规律随应变量变化，至今尚无圆满的解释。所以K0无法从理论上求出，而只能从实验中求得。一

5、般的金属丝在弹性区内，泊松比u=0.2-0.4，在塑性区内,u=0.5，假如导线变形后其电阻率不发生变化，则各种金属丝的灵敏系数K0=1.4～1.8(弹性区)或K0=2.0(塑性区)。第一节电阻应变计但是实验测得的几种不同材料金属丝的灵敏系数一般都超过2.0，如表3-1所示。这说明金属丝变形后其电阻率发生了变化。第一节电阻应变计材料主要成分灵敏系数硬态软态小应变大应变小应变大应变康铜镍铬镍碳钢铂铱铂铑镍铬铁50～60CU，50～60Ni80NiNi99.5Fe，0.5C90Pt，10Ir90Pt．10Rh2．22．4负值3．94．85．52．

6、62．11．92．72．42．12．42．32．2负值3．73．95．12．52．22．32．11．92．01．8第一节电阻应变计电阻丝的灵敏系数K0是电阻材料的重要特性参数，在一定范围内，应变与电阻变化率△R／R存在着线性关系，其比值为一常数。实验证明，康铜的与△R／R之间不但有良好的线性关系，而且这种线性关系远远超过应力-应变曲线的线性范围。它说明康铜在进入塑性变形区以后，K0仍保持常数。这就是应变片能用于应变测量的理论依据。第一节电阻应变计由于具有一定阻值的单根电阻丝的长度很长，不便于直接使用，所以在应变测量中通常都将电阻丝做成栅状，称

7、为敏感栅。应当指出，敏感栅灵敏系数与是不同的，值需由实验确定。（三）、电阻应变片的构造下图是目前常用的电阻丝式应变片的结构示意图。它由基底、黏结层、敏感栅、覆盖层和引线组成。1、3-黏结层；2-基底；4-覆盖层；5-敏感栅；6-引线；7-试件第一节电阻应变计a基底用以固定和支撑敏感栅、引线的几何形状和相对位置。当应变片粘贴在试件上后，基底与黏结剂一起把试件的变形传给敏感栅，并使敏感栅与试件绝缘。基底材料主要有纸和有机聚合物。用纸作基底的应变片称为纸基应变片，这种应变片除了热稳定性和抗潮湿性稍差外，第一节电阻应变计其他性能都能满足使用要求，故目

8、前在70℃以下的测量中多使用它。用有机聚合物(如酚醛树脂、环氧树脂和聚酰亚胺等)作基底的应变片称为胶基应变片，可用于工作温度较高，湿度很大(甚至水下)或长期测量中。