普通金屬應(yīng)變片常見全參數(shù)和使用方法

1、普通金屬應(yīng)變片常見參數(shù)和使用方法本文檔簡要的介紹了應(yīng)變及應(yīng)變片相關(guān)的容，包括個(gè)人在使用中應(yīng)變片的關(guān)鍵參數(shù)，查到的一些應(yīng)變片品牌，以及應(yīng)變片的使用技巧，盡管最終應(yīng)變用的是淘寶貨，但這些查閱的資料對應(yīng)變片的選型和使用很有幫助。其中應(yīng)變計(jì)基礎(chǔ)知識引自章和電氣。目錄關(guān)鍵參數(shù)2.應(yīng)變計(jì)命名規(guī)則 2.國產(chǎn)金屬應(yīng)變片舉例2.應(yīng)變片基礎(chǔ)知識3.區(qū)分應(yīng)力與應(yīng)變的概念3.應(yīng)變片的構(gòu)造及原理 4.惠斯通電橋概述 5.溫度補(bǔ)償7.應(yīng)變片粘貼8.殘余應(yīng)力的概念1.1常見品牌：13關(guān)鍵參數(shù)應(yīng)變計(jì)命名規(guī)則常見應(yīng)變計(jì)命名規(guī)則1<0類耐鄰1冊民（mm>槪稱電飢值敏慮冊匍構(gòu) 形狀可遍度A補(bǔ)樓材料的繚噓髓累載（X10勺

2、匸）(«1星找塩式頁探血臨0占11耶R-制國合金12(1- ”也不銹tflT-特種川謹(jǐn)H區(qū)翼2002WX-編醮2MI511Q紙社膠J5*411A -棗趾亞54W51510006 202000750S80應(yīng)變計(jì)命名規(guī)則國產(chǎn)金屬應(yīng)變片舉例高精應(yīng)變片（如 BF120-3AA120）普通應(yīng)變片（如BX120-3AA120 ）室溫應(yīng)變極限：20000 um/m室溫應(yīng)變極限：20000 um/m"1機(jī)械滯后：1.2 um/m機(jī)械滯后：1.2 um/m室溫絕緣電阻：10000 M Q室溫絕緣電阻：10000M Q基底材料：改性酚醛基底?；撞牧希悍尤〇沤z材料：康銅箔制成，全封閉結(jié)構(gòu)。柵絲

3、材料：康銅箔制成，全封閉結(jié)構(gòu)。靈敏系數(shù)：2.1+-2%靈敏系數(shù)：2.1+-2%應(yīng)變片基礎(chǔ)知識區(qū)分應(yīng)力與應(yīng)變的概念應(yīng)力圖1所謂 應(yīng)力”是在施加的外力的影響下物體部產(chǎn)生的力。如圖1所示：在圓柱體的項(xiàng)部向其垂直施加外力P的時(shí)候，物體為了保持原形在部產(chǎn)生抵抗外力的力一一力。該力被物體（這里是單位圓柱體）的截面積所除后得到的值即是 應(yīng)力”或者簡單地可概括為單位截面積上的力，單位為 Pa （帕斯卡）或N/m2。 例如，圓柱體截面積為 A（m2）,所受外力為P（N牛頓），由外力=力可得，應(yīng)力：P£7=（Pa或者N/m2）這里的截面積 A與外力的方向垂直，所以得到的應(yīng)力叫做垂直應(yīng)力。應(yīng)變當(dāng)單位圓柱體

4、被拉伸的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生伸長變形 AL,那么圓柱體的長度 則變?yōu)長+AL o這里，由伸長量 AL和原長L的比值所表示的伸長率（或 壓縮率）就叫做應(yīng)變”，記為&與外力同方向的伸長（或壓縮）方向上的應(yīng)變稱為 軸向應(yīng)變”。應(yīng)變表示的是伸長率（或壓縮率），屬于無量綱 數(shù)，沒有單位。由于量值很小（1 XI0-6百萬分之一），通常單位用 微應(yīng)變”表示，或簡單地用 uE表示。而單位圓柱體在被拉伸的狀態(tài)下，變長的同時(shí)也會(huì)變細(xì)。直徑為d0的棒產(chǎn)生Ad的變形時(shí)，直徑方向的應(yīng)變?nèi)缦率剿荆?LdU每種材料都這種與外力成直角方向上的應(yīng)變稱為橫向應(yīng)變”軸向應(yīng)變與橫向應(yīng)變的比稱為泊松比，記為有其固定的泊松比，且大部分材

5、料的泊松比都在0.3左右。u = = 0.3應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系各種材料的應(yīng)變與應(yīng)力的關(guān)系已經(jīng)通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了測定。圖2所示為一種普通鋼材（軟鐵）的應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系圖。根據(jù)克定 律，在一定的比例極限圍應(yīng)力與應(yīng)變成線性比例關(guān)系。對應(yīng)的最 大應(yīng)力稱為比例極限。-=EF -或者匚應(yīng)力與應(yīng)變的比例常數(shù) E被稱為彈性系數(shù)或揚(yáng)氏模量，不同 的材料有其固定的揚(yáng)氏模量。圖2綜上所述，雖然無法對應(yīng)力進(jìn)行直接的測量，但是通過測量由外力影響產(chǎn)生的應(yīng)變可以計(jì)算出應(yīng)力的大小。應(yīng)變片的構(gòu)造及原理應(yīng)變片的構(gòu)造應(yīng)變片有很多種類。一般的應(yīng)變片是在稱為基底的塑料薄膜（15-16 ym）上貼上由薄金屬箔材制成的敏感柵（3-6 ym），然后

6、再覆蓋上一層薄膜做成迭層構(gòu)造。應(yīng)變片的原理將應(yīng)變片貼在被測定物上，使其隨著被測定物的應(yīng)變一起伸縮，這樣里面的金屬箔材就隨著應(yīng)變伸長或縮短。很多金屬在機(jī)械性地伸長或縮短時(shí)其電阻會(huì)隨之變化。應(yīng)變片就是應(yīng)用這個(gè)原理，通過測量電阻的變化而對應(yīng)變進(jìn)行測定。一般應(yīng)變片的敏感柵使用的是銅鉻合金，其電阻變化率為常數(shù)，與應(yīng)變成正比例關(guān)系。即：其中，R :應(yīng)變片原電阻值 Q （歐姆） R:伸長或壓縮所引起的電阻變化Q （歐姆）K :比例常數(shù)（應(yīng)變片常數(shù)）£：應(yīng)變不同的金屬材料有不同的比例常數(shù)K。銅鉻合金的K值約為2。這樣，應(yīng)變的測量就通過應(yīng)變片轉(zhuǎn)換為對電阻變化的測量。但是由于應(yīng)變是相當(dāng)微小的變化，所以產(chǎn)

7、生的電阻變化也是極其微小的。要精確地測量這么微小的電阻變化是非常困難的，一般的電阻計(jì)無法達(dá)到要求。為了對這種微小電阻變化進(jìn) 行測量，我們使用帶有惠斯通電橋的專用應(yīng)變測量儀?；菟雇姌蚋攀龌菟雇姌蚧菟雇姌蜻m用于檢測電阻的微小變化，應(yīng)變片的電阻變化 就用該電路來測量。如圖 1所示，惠斯通電橋由四個(gè)同等阻值 的電阻組合而成。如果：I- 4 或則無論輸入多大電壓，輸出電壓總為0,這種狀態(tài)稱為平衡狀態(tài)。如果平衡被破壞，就會(huì)產(chǎn)生與電阻變化相對應(yīng)的輸出電 壓。如圖2所示：將這個(gè)電路中的 R1與應(yīng)變片相連，有應(yīng)變（形變）產(chǎn)生 時(shí)，記應(yīng)變片電阻的變化量為AR則輸出電壓的計(jì)算公式如下所示：1尸口呂=ae =

8、K. C c-，即：'I上式中除了 &均為已知量，所以如果測出電橋的輸出電壓就 可以計(jì)算出應(yīng)變的大小。雙應(yīng)變片法（半橋）圖1圖2圖4四條邊中有兩條邊的電阻發(fā)生變化，根據(jù)上面的四應(yīng)變片法的算法可得輸出電壓的公式。圖3為:圖4為：或也就是說當(dāng)聯(lián)入兩枚應(yīng)變片時(shí)，根據(jù)聯(lián)入方式的不同，兩枚應(yīng)變片上產(chǎn)生的應(yīng)變或加或減。如圖3,4所示，在電橋中連接了兩枚應(yīng)變片，共有兩種聯(lián)入方法。四應(yīng)變片法（全橋）四應(yīng)變片法是橋路的四邊全部聯(lián)入應(yīng)變片，在電子行業(yè)的應(yīng)變 測量中不經(jīng)常使用，但常用于橋梁、建筑中，如下圖所示。當(dāng)四條邊上的應(yīng)變片的電阻分別引起如R1+A R1、R2+A R2、R3+A R3、R4+A

9、 R4 的變化時(shí)：若四枚應(yīng)變片完全相同，比例常數(shù)為K，且應(yīng)變分別為 &1、£2 £ 3 s繃U上面的式子可寫成下面的形式雙應(yīng)變片（半橋）用途如圖1所示，同時(shí)對懸臂梁施加使其彎曲和伸長的兩個(gè)作用力，在梁的上下表面對應(yīng)的位置分別貼上一枚應(yīng) 變片，再聯(lián)入橋路的相鄰邊或相對邊就可以測知分別由彎曲和伸長所產(chǎn)生的應(yīng)變。由于懸臂梁的彎曲，在應(yīng)變片 上產(chǎn)生拉伸應(yīng)變（正），在應(yīng)變片 上產(chǎn)生壓縮應(yīng)變（負(fù)）。因?yàn)閮擅稇?yīng)變片與梁的末端距離相同，所以雖然2所示，將，聯(lián)二者的正負(fù)不同，但絕對值的大小相同。這樣，如果只想測量由于彎曲產(chǎn)生的應(yīng)變，則如圖入電橋的相鄰邊。應(yīng)變片圖1輸出電壓為：

10、6;二疋（叼一邑）E4因?yàn)楫?dāng)拉伸作用在應(yīng)變片 ，上時(shí)，會(huì)同時(shí)產(chǎn)生大小相等的正應(yīng)變，所以上述公式括號中的項(xiàng)等于零。另一方面，由于彎曲變形而在應(yīng)變片 ，上產(chǎn)生的應(yīng)變大小相等，符號相反，從數(shù)學(xué)角度看括號中的項(xiàng)變?yōu)槊棵稇?yīng)變片上產(chǎn)生的應(yīng)變的 2倍，從而可以測得由于彎曲而產(chǎn)生的應(yīng)變。若如圖 c所示，將應(yīng)變片聯(lián)入橋路的相對 邊，則輸出電壓? = - KGi + 習(xí)）總4與上例相反，這種情況下，由于彎曲應(yīng)變所產(chǎn)生的輸出 電壓為零，由于拉伸應(yīng)變所產(chǎn)生的輸出電壓變?yōu)槊棵稇?yīng) 變片所產(chǎn)生的電壓的 2倍。也就是說如圖 c所示聯(lián)接即 可測得僅由拉伸作用所產(chǎn)生的應(yīng)變。溫度補(bǔ)償在應(yīng)變測量中會(huì)遇到一個(gè)問題，那就是溫度對應(yīng)變的影

11、響。因?yàn)楸粶y定物都有自己的熱膨脹系數(shù)，所以會(huì)隨 著溫度的變化伸長或縮短。因此如果溫度發(fā)生變化，即使不施加外力貼在被測定物上的應(yīng)變片也會(huì)測到應(yīng)變。為 了解決這個(gè)問題，可以應(yīng)用溫度補(bǔ)償法。動(dòng)態(tài)模擬法（雙應(yīng)變片法）這是使用兩枚應(yīng)變片的雙應(yīng)變片法。如圖a所示，在被測物上貼上應(yīng)變片（A）,在與被測物材質(zhì)相同的材料上貼上應(yīng)變片（ D）,并將其置 于與被測物相同的溫度環(huán)境里。如圖所示，將兩枚應(yīng)變片聯(lián)入橋路的相 鄰邊，這樣因?yàn)椋ˋ）,（ D）處于相同的溫度條件下，由溫度引起的伸 所量相同，即由溫度引起的應(yīng)變相同，所以由溫度引起的輸出電壓為 零。自我溫度補(bǔ)償法從理論上講，動(dòng)態(tài)模擬法是最理想的溫度補(bǔ)償法。但是粘貼

12、兩枚應(yīng) 變片所費(fèi)勞力和模擬物的放置場所的選擇等問題。為了解決這個(gè)問題， 可以使用只用一枚應(yīng)變片即可進(jìn)行溫度補(bǔ)償?shù)淖晕覝囟妊a(bǔ)償應(yīng)變片。這種方法根據(jù)被測物材料的熱膨脹系數(shù)的不同來調(diào)節(jié)應(yīng)變片敏感 柵，因此使用適合被測物材料的應(yīng)變片就可以僅用一枚應(yīng)變片對應(yīng)變進(jìn) 行測量，且不受溫度的影響。除了特殊的情況，現(xiàn)在基本上都使用自我溫度補(bǔ)償型應(yīng)變片。祠圖1自我溫度補(bǔ)償片的原理在熱膨脹系數(shù)為 Bs的被側(cè)物表面貼上敏感柵熱膨脹系數(shù)為Bg的應(yīng)變片。則溫度每變化 1C,其所表現(xiàn)出來的應(yīng)變&T如下式所示：與=壬-4 （思-0其中，a:電阻元件的溫度系數(shù)； K5 :應(yīng)變片的應(yīng)變片常數(shù)上式中，K5為由敏感柵材料決定的

13、應(yīng)變片常數(shù)，B s Bg分別為由各自材料決定的被測物與敏感柵的熱膨脹系數(shù)，這三項(xiàng)均為定值，則通過調(diào)整a就可以使由溫度引起的應(yīng)變變?yōu)榱?。此時(shí)，Bs相對應(yīng)在箔材的制作過程中可以通過熱處理對a的值進(jìn)行控制。而且它是與特定的被測物的熱膨脹系數(shù)的，如果用在不適用的被測物時(shí)，不僅不會(huì)補(bǔ)償溫度引起的應(yīng)變還會(huì)引起較大的測量誤差。導(dǎo)線的溫度補(bǔ)償使用自我溫度補(bǔ)償片可以解決應(yīng)變片所受的溫度影響問題。但是從應(yīng)變片到測量儀之間的導(dǎo)線也會(huì)受到溫度 的影響，這個(gè)問題并沒有解決。如圖a所示單應(yīng)變片雙線的聯(lián)接方式將導(dǎo)線的電阻全部串聯(lián)入了應(yīng)變片中。導(dǎo)線較短時(shí)不會(huì)有太大的問題，但如果導(dǎo)線較長就會(huì)產(chǎn)生影響。為了減小導(dǎo)線的影響，可以使

14、用3線聯(lián)接法。如圖b所示，在應(yīng)變片導(dǎo)線的一根上再聯(lián)上一根導(dǎo)線，用3根導(dǎo)線使橋路變長。b中，導(dǎo)線電阻r1串聯(lián)這種聯(lián)接方式與雙線式不同的地方是導(dǎo)線的電阻分別由電橋的相鄰兩邊所分擔(dān)。圖 入了應(yīng)變片電阻 Rg，r2串聯(lián)入了 R2，r3成為電橋的輸出端。這樣，就幾乎不會(huì)產(chǎn)生什么影響了。應(yīng)變片粘貼應(yīng)變片的粘貼方法根據(jù)應(yīng)變片，粘貼劑，使用環(huán)境的不同而不同。這里以常溫室測量為 例。選用普通型應(yīng)變片（帶有導(dǎo)線的KFG應(yīng)變片），速干性粘貼劑（氰基丙烯酸鹽酸粘合劑系列CC-33A ），低碳鋼試驗(yàn)片。1、選擇應(yīng)變片根據(jù)被測物與目的選擇應(yīng)變片的種類及長度，參考應(yīng)變片熱膨脹系數(shù)，選擇適用于被測物的應(yīng) 變片。2、將應(yīng)變片所

15、要粘貼的部位（圍要大于應(yīng)變片的面積）用砂布（#200300 ）打磨，直到除去涂漆，銹跡及鍍金等。3、確定粘貼位置在需要測量應(yīng)變的位置沿著應(yīng)變的方向做好記號。使用4H以上的硬質(zhì)鉛筆或劃線器，注意在使用劃線器時(shí)，不要留下深的刻痕。4、對粘貼面的脫脂和清潔用工業(yè)用薄紙蘸丙酮溶液對要粘貼應(yīng)變片部位進(jìn)行清潔。在清潔過程中，沿著一個(gè)方向用力擦 拭，然后再沿著相同方向擦拭。如果來回擦拭會(huì)使污物反復(fù)附著，無法擦拭干凈。首先要確認(rèn)好應(yīng)變片的正反面。向應(yīng)變片的背面滴一滴粘貼劑（CC-33A ）。如果涂抹粘貼劑的話，先涂抹部分的粘貼劑會(huì)出現(xiàn)硬化，使粘性下降。因此不使用涂抹的方式。7、加壓在置于粘貼位置的應(yīng)變片上面蓋

16、上附帶的聚乙烯樹脂片，并在上面用手指加壓。步驟5，6，7要連貫快速地進(jìn)行。將放好的應(yīng)變片取下調(diào)整位置重新粘貼時(shí)會(huì)使粘性極大地下 降。加壓一分鐘左右，取下聚乙烯樹脂片，確認(rèn)是否已粘貼牢固。這樣整個(gè)粘貼過程結(jié)束。為了達(dá)到更好的效果，最好將應(yīng)變片放置60分鐘左右等粘貼劑完全硬化后再使用。殘余應(yīng)力的概念構(gòu)件在制造過程中，將受到來自各種工藝等因素的作用與影響；當(dāng)這些因素消失之后，若構(gòu) 件所受到的上述作用與影響不能隨之而完全消失，仍有部分作用與影響殘留在構(gòu)件，則這種殘留 的作用與影響稱為殘余應(yīng)力。殘余應(yīng)力是當(dāng)物體沒有外部因素作用時(shí)，在物體部保持平衡而存在的應(yīng)力。殘余應(yīng)力的作用機(jī)械零部件和大型機(jī)械構(gòu)件中的殘

17、余應(yīng)力對其疲勞強(qiáng)度、抗應(yīng)力腐蝕能力、尺寸穩(wěn)定性和使 用壽命有著十分重要的影響。在制造過程中，對于一個(gè)成品零件或大型構(gòu)件，適當(dāng)?shù)摹⒎植己侠淼臍堄鄩簯?yīng)力可能成為提 高疲勞強(qiáng)度、提高抗應(yīng)力腐蝕能力，從而延長零件和構(gòu)件使用壽命的因素；而不適當(dāng)?shù)臍堄鄳?yīng)力 則會(huì)降低疲勞強(qiáng)度，產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕，失卻尺寸精度，甚至導(dǎo)致變形、開裂等早期失效事故。所 以，一個(gè)構(gòu)件殘余應(yīng)力狀態(tài)如何，是設(shè)計(jì)者、制造者和使用者共同關(guān)心的問題。殘余應(yīng)力的測量欲了解構(gòu)件殘余應(yīng)力的分布，特別是一些比較復(fù)雜構(gòu)件的殘余應(yīng)力分布，采用計(jì)算方法有時(shí) 會(huì)遇到種種困難，譬如有時(shí)因缺乏材料的一些機(jī)械性質(zhì)與物理性質(zhì)的有關(guān)信息而導(dǎo)致計(jì)算工作無 法進(jìn)行。因此，采集

18、實(shí)驗(yàn)測試方法是有實(shí)用意義的。殘余應(yīng)力的測試方法很多，這里著重介紹最常用的通孔法。它在具有殘余應(yīng)力的構(gòu)件上鉆一 個(gè)小孔，使孔的鄰域由于部分應(yīng)力釋放而產(chǎn)生相應(yīng)的位移與應(yīng)變，用殘余應(yīng)變片進(jìn)行測量這些應(yīng) 變值，經(jīng)換算得鉆孔處原有的應(yīng)力。詳情請查看章和電氣汽車穩(wěn)定桿殘余應(yīng)力測試解決方案殘余應(yīng)力的調(diào)整針對工件的具體服役條件，采取一定的工藝措施，消除或 降低對其使用性能不利的殘余拉應(yīng)力，有時(shí)還可以引入有益的 殘余壓應(yīng)力分布，這就是殘余應(yīng)力的調(diào)整問題。通常調(diào)整殘余應(yīng)力的方法有：1.加熱，即回火處理，利用殘余應(yīng)力的熱松弛效應(yīng)消除或降 低殘余應(yīng)力。2施加靜載，使工件產(chǎn)生整體或局部、甚至微區(qū)的塑性變 形，也可以調(diào)整工件的殘余應(yīng)力。例如大型壓力容器，在焊接 之后，在其部加壓，即所謂的脹形”使焊接接頭發(fā)生微量塑性變形，以減小焊接殘余應(yīng)力。3. 振動(dòng)時(shí)效，英文叫做 Vibratio n Stress Relief, 簡稱V