《工程测试技术》第五章电阻应变片.pptx

第五章电阻应变片电阻应变片是一种重要的传感器元件,在结构力学、机械设计等领域广泛应用。本章将介绍电阻应变片的基本原理、结构特性、安装技术、测试电路以及校calibration方法,并探讨其在不同领域的应用案例。

5.1应变测试的基本原理应变测试是一种广泛应用于工程结构分析和机械设计的重要技术。通过测量材料或构件在外力作用下的变形量,可以推算出内部应力分布,从而判断结构的承载能力和安全性。电阻应变片作为一种高灵敏、易安装的传感器元件,在应变测试中发挥着关键作用。

5.1.1应变测量的基本概念应变是指材料或构件在外力作用下发生的相对变形,是一种无量纲的物理量。应变分为拉伸应变、压缩应变和剪切应变三种基本形式,可以用来表征材料的受力状态。测量应变是评估结构安全性和优化设计的关键,常用的传感器包括电阻应变片、光纤传感器等。

5.1.2电阻应变片的工作原理电阻应变片工作原理是基于金属材料在受力时电阻发生变化的物理效应。当外力作用于材料时,原子晶格结构发生变形,导致材料内部电子迁移路径改变,从而引起电阻值的变化。通过测量电阻变化量,即可推算出作用在材料上的应变大小。

5.2电阻应变片的结构和特性结构设计电阻应变片由金属箔、绝缘基材和保护层组成。精心设计的结构使其能够准确感应材料表面的微小变形,并转换为电阻变化信号。材料特性应变片常用的材料包括铬镍合金、铂钢合金等,具有高灵敏度、良好的稳定性和耐腐蚀性能。选用适当的材料可满足不同应用环境的要求。性能指标电阻应变片的主要性能参数包括量程、灵敏度、温度特性、频响特性等。合理选择可确保测量精度、工作稳定性和使用寿命。类型多样根据安装方式、尺寸规格、网格形状等不同,电阻应变片可分为贴装式、嵌入式、栅格式等多种类型,满足不同测量需求。

5.2.1电阻应变片的结构电阻应变片由三个主要部件组成:金属箔网格、绝缘基材和保护层。金属箔网格作为感应元件,能够精准感知材料表面的微小变形;绝缘基材提供机械支撑和电绝缘;保护层则可防止外部环境对箔网的损害。这种精心设计的结构使电阻应变片能够稳定、可靠地捕捉应变信号。

5.2.2电阻应变片的材料和性能电阻应变片通常采用金属箔或金属膜作为感应元件,常见材料包括铬镍合金、铂钢合金等。这些材料具有高电阻率、良好的线性伸应变特性和优异的温度稳定性,能够准确捕捉材料的微小变形。材料电阻率线性范围温度系数铬镍合金约100μΩ·cm1%~2%10~20×10^-6/℃铂钢合金约30μΩ·cm1%~3%3~6×10^-6/℃

5.2.3电阻应变片的类型根据安装方式和结构设计的不同,电阻应变片可分为以下几种主要类型:贴装式应变片:将金属箔网格粘贴在待测构件表面,可快速安装并直接感知表面应变。嵌入式应变片:将应变片埋入材料内部,用于监测内部应力分布,适用于复杂结构的应变测试。栅格式应变片:采用多个独立网格元件构成的矩阵阵列,可测量二维应变场分布。

5.3电阻应变片的安装技术1表面清洁确保待测构件表面洁净无油污,为后续粘贴做好准备。2定位粘贴根据测试要求精确定位电阻应变片,并利用专用胶水将其牢固粘贴在构件表面。3保护与密封在粘贴后,需要采取措施保护应变片免受外界环境侵害,确保长期稳定工作。

5.3.1电阻应变片的安装步骤表面处理：使用酒精等清洁剂仔细清洁待测构件表面,去除油污和杂质。确保表面干燥整洁,为后续粘贴做好准备。定位测量：根据测试方案确定应变片的安装位置,用标尺等工具精确测量并标记粘贴位置。确保应变片安装角度和方向正确。粘贴施加：在粘贴位置涂抹特殊的环氧树脂胶水,将应变片平整贴合在构件表面。使用橡皮杆轻轻压实,确保牢固粘接。绝缘保护：在粘贴完成后,应用绝缘胶带或密封胶对应变片进行保护,防止受到外界环境的损坏和干扰。

5.3.2电阻应变片的粘贴工艺电阻应变片的安装离不开精细的粘贴工艺。首先需要彻底清洁待测构件表面,使用酒精或专用清洁剂去除任何油污和杂质,确保表面干燥洁净。然后根据测试需求精确定位应变片的安装位置，利用测量工具标记好粘贴位置。接下来在构件表面涂抹特殊的环氧树脂胶水，将应变片平整贴合并用橡皮杆轻轻压实，确保牢固粘接。

5.3.3电阻应变片的保护措施为确保电阻应变片长期稳定工作,需要采取多项保护措施。首先要用绝缘胶布或密封胶将应变片完全包裹,防止外部环境对其造成损害。同时也可在应变片周围涂抹防腐涂层,提高抗腐蚀性能。此外,还可以采用金属外壳或塑料罩等方式进行机械保护。

5.4电阻应变片的测试电路组成要素电阻应变片的测试电路主要包括电源、应变片、桥式放大电路和输出表征设备。这些元件协同工作,可将微小的电阻变化转换为可测量的信号。布桥原理通常采用韦尔斯通电桥电路,当应变片受到应变作用时会产生电阻变化,从而引起电桥的失衡,产生输出电压信号。放大电路由于应变产