第六章应变片测试技术.
机械工程测试技术基础第6章位移测量
2、非接触式轮廓仪
国家标准中规定的评定 基准为轮廓中线，
有
1、最小二乘中线
n
yi2 min
i 1
2、算术平均中线。中 线上下部分所包含的轮 廓面积相等(常用)
n
n
Fi Fi'
i 1
i 1
表面粗糙度的高度评定 参数：
轮廓算术平均偏差:
Ra
1 l
l 0
y
dx
n
或 ( yi ) / n i 1
位移测量方法
位移测量包括线位移测量和角位移测量。位 移测量的方法多种多样，常用的有下述几种。
（1）积分法 （2）回波法 （3）线位移和角位移相互转换 （4）位移传感器法
（1）积分法
测量运动体的速度或加速度，经 过积分或二次积分求得运动体的位移。
例如在惯性导航中，就是通过测 量载体的加速度，经过二次积分而求得 载体的位移。
图 正余弦旋转变压器
当输出绕组接有负载时，就有电流通过输出绕组并产 生电枢反应磁通，使气隙中磁场发生畸变，输出电压 亦产生变化。为了减小这种变化，应将辅助绕组 D3D4短接，或在两输出绕组上接对称负载。为提高 旋转变压器的精确度，其负载阻抗应尽量大。
6.3 位移测量应用实例 1．回轴轴误差运动的测量 回转轴误差运动是指在回转过程中回转轴线偏离理想位置而 出现的附加运动。 径向误差运动的常用测量方法
分辨力高，寿命长， 后续电路较复杂
测量范围宽，使用方 便可靠，寿命长，动 态性能较差
结构简单，耐油污、
水，被测对象材料，
<3%
灵敏度不同，线性范
围须重校
变面
电
积
容
式
变间
隙
(10-3 ~10)mm
第06章--应变片测试技术基础123
应变片按断面形状可分:
丝状（圆断面）:用电阻丝绕制成一定形状,上下覆
盖基底制成的.叫应变丝片.
箔状（扁断面）:用5～10μm厚的箔材料在基底材
料上经过光刻腐蚀后制成的.叫应变箔片.
应变片按敏感栅丝材质不同可分:
金属栅丝应变片
半导体栅丝应变片
几种常见的电阻应变片:
1.单轴电阻丝片
2.单轴常规箔片 3.单轴半导体应变片 4.剪切力片(扭矩片) 5.直角三轴片(直角应变片) 6.压力片 7.裂纹探测片 此外还有测大变形的单轴位移片(测水泥变形);测应力集中的应 变片;测量薄壳的弯曲应力以及薄膜中面应力的双层弯曲片. 测温、测疲劳、测残余应力等应变片.
19 %
b l
0
（6-12） 时， 0
0 . 28
b 4 l
若 5 b l
52 %
24 %
若
b 10 l
第三节 应变片灵敏系数测定
一、 应变片灵敏系数 Ks
应变片灵敏系数Ks是由制造厂在单向应力状态
下的梁上测定的（又称标定），一般采用等弯矩梁 或等强度（应力）梁进行测定。测定时，将应变片 粘贴在梁的等应力区。 利用千分表测出梁的挠度，或通过已知大小的
即dundi??所示其总输出电或写成6331dbr?didii?dudidbur?若电桥电阻都相同那么n个并联电桥的因此因此1dbr?dbnr634undudi?图610电桥串联图610电桥并联第六节电阻应变仪电阻应变仪是配合电阻应变片用来测量应变的仪器静态电阻应变仪动态电阻应变仪超动态电超动态电阻应变仪应变仪按用途可分为应变仪直流供桥电阻应变仪应变仪按供桥电源性质可分为交流供桥电阻应变仪一静态电阻应变仪静态电阻应变仪工作原理测量桥放大器放大器检波器检波器显示器显示器读数桥振荡器电源二动态电阻应变仪动态电阻应变仪工作原理测量桥放大器放大器检波器检波器滤波器滤波器显示器显示器标定桥振荡器功放级电源动态应变仪并联电阻法标定法动态应变仪一般采用并联电阻法标定标定时将电阻并联在第四臂若并联在第三臂将输出负值这时第四臂电阻将减少减少量为4r?4r?244444sssrrrrrrrr?????电桥输出电压为若以第四臂并联?模拟第一臂应变这时第一dauu4414srrr?srm?臂应变使电压输出为mdauu4smk?因此得4skr一般应变仪的标定电阻不可能太多在求标定电阻m?41srr?4ssrkr与应变关系时令120200这时的应变表示为4rsks?60sr因此得到如下关系
应变测试技术
圆环 平均直径。
A或B处的应变：
54Fd 100bh2E
力作用点相对挠度：y 18Fd3 1000EJ
式中，J—惯性矩。 最低自振频率：
f
0
10.72 2πd 2
EJ
A
式中，A—圆环截面积。
应变片电测技术具有以下优点： 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。 ③测量范围广，一般测量范围为10~10-10量级的 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。
悬臂梁为具有一个固定端，另一端处于自由状 态的弹性元件 。
等截面梁
悬臂梁 等强度梁
（1）等截面梁
图8-2 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：
x
6F(l x) Ebh2
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；
Sn ↑→K ↓→fn↓ fn ↑→K ↑→Sn↓
弹性敏感元件材料选择：
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。
当α=0时，力F在轴向产生的应力和应变为
F A
应变测试方法
应变测试方法电阻应变测试1.电阻应变测量技术是用电阻应变片测量构件的表面应变，再根据应力—应变关系确定构件表面应力状态的一种实验应力分析方法。
用电阻应变片测量应变的过程：2.分类：（1）静态测量：对永远恒定的载荷或短时间稳定的载荷的测量。
（2）动态测量：对载荷在2～1200HZ范围内变化的测量。
3.电阻应变测量方法的优点（1）测量灵敏度和精度高。
其最小应变读数为1με（微应变，1με=10-6 ε）在常温测量时精度可达1~2%。
（2）测量范围广。
可测1με~20000με。
（3）频率响应好。
可以测量从静态到数十万赫的动态应变。
（4）应变片尺寸小，重量轻。
最小的应变片栅长可短到0.178毫米，安装方便，不会影响构件的应力状态。
（5）测量过程中输出电信号，可制成各种传感器。
（6）可在各种复杂环境下测量。
如高、低温、高速旋转、强磁场等环境测量。
4.电阻应变测量方法的缺点（1）只能测量构件的表面应变，而不能测构件的内部应变。
（2）一个应变片只能测构件表面一个点沿某个方向的应变，而不能进行全域性测量。
电阻应变片1.电阻应变片的工作原理由物理学可知：金属导线的电阻率为当金属导线沿其轴线方向受力变形时（伸长或缩短），电阻值会随之发生变化（增大或减小），这种现象就称为电阻应变效应。
将上式取对数并微分，得：2.电阻应变片的构造电阻应变片由敏感栅、引线、基底、盖层、粘结剂组成。
其构造如图所示L R=A ρdR d dL dA R L A ρρ=+-dR d (12)R ρμερ=++3.电阻应变片的分类电阻应变片按敏感栅材料不同可分为金属电阻应变片和半导体应变片。
其中金属电阻应变片分为：(1)丝绕式应变片:敏感栅是用直径为0.01~0.05毫米的铜镍合金或镍铬绕制而成。
优点：基底、盖层均为纸做成，价格便宜，易安装。
缺点：其横向效应大，测量精度较差，应变片性能分散。
(2)短接式应变片:将金属丝平行排成栅状，端部用粗丝焊接而成。
应变测试技术概述及发展
目录1.前言 (2)2．正文 (3)2.1应变测试技术概述 (3)2.1.1应变量测的原理. (3)2.1.2应变量测的方法 (3)2.1.3.应用`最广泛的电阻应变计的构造，性能及使用技术。
(3)2.1.4应变量测技术中的温度补偿技术 (6)2.1.5．应变测点的布置技术 (6)2.2应变测试技术的发展 (6)2.2.1.我国近年来应变测试技术的发展 (6)2.2.2．浅谈对应变测试技术的展望 (7)3.结束语 (8)4.参考文献 (8)应变测试技术概述及发展100607224 许嘉琳南京林业大学土木工程学院摘要：大多数的试验与检测中都要用到应变测试技术。
应变测试技术简单说来就是用应变计测出试件在一定长度范围内的长度变化，再由长度变化和应变的关系求出应变值。
电阻应变计是最主要的一种应变计，测点的选择，应变片的粘贴，以及温度补偿技术是应变计使用技术的重要组成部分。
近年来应变测试技术有了很大发展，与虚拟技术的结合将使它拥有更广阔的前景。
关键词：应变量测技术，概述内容，电阻应变计，使用技术，发展与前景。
Title: The simple present and development of strain measurementtechnologyAbstract: Most experiments and tests have to use strain measurement technology. To put itsimply, strain measurement technology is using strain gauges to measure length changes within a certain distance, and then get strain values by relationships in length changes and strain. Resistant strain gauge is the most important strain gauge. It’s using technology includes choosing measuring points, pasting strain gauges , and the temperature compensation technology. Recent years , strain measuring technology developed quickly .It will have a more broad prospect combined with the virtual technology.Key words:strain measurement technology; simple present; resistant strain gauge; using technology; development and prospect.1.前言在土木工程结构试验中,试件作为一个系统,所受到的外部作用(如力,位移,温度等)是系统的输入数据,试件的反应,如应变,应力,裂缝,位移,速度,加速度等是系统的输出数据.通过对输入与输出数据的量测,采集和分析处理,可以了解试件系统的分析特性,从而对结构的性能作出定量的评价.为了采集到准确可靠的数据,应该采用正确的量测方法,选用可靠的量测仪器设备.应变量测是结构试验量测中最重要的内容,掌握应变测试技术,了解构件的应力分布情况,特别是结构控制截面处应变的最大值及应力分布,对于建立强度计算理论或验证设计是否合理,计算方法是否正确等,都有重要的意义.2．正文2.1应变测试技术概述2.1.1应变量测的原理.结构在外力作用下,内部产生应力,不同部位的应力值是评定结构工作状态的重要指标,也是建立结构理论的重要依据.直接测定构件截面的应力值目前还没有较好的方法,一般的方法是先测定应变,而后通过应力应变的关系测定应力.应变的量测,通常是在预定的标准长度范围内,量测长度变化增量的平均值,由应变和长度的关系求得应变,这就是应变测量的原理.所以,应变的量侧实际上是量测标距和变化增量.标准长度原则上应尽量小,特别是对于应力梯度较大的结构和应力集中的测点.但对某些非均质材料组成的结构,应有适当的范围.一般要求应变计标距不小于20cm.对于钢材等均质材料，应变计标距可取小一些。
应变测试技术——电阻应变片ppt课件
三相电表电费计算公式
三相电表电费计算公式：
单价（元）=电费总额÷总用电量；
电费总额（元）=总用电量（度）×单价（元）；
峰谷费用（元）=峰电量（度）×峰单价（元）+谷电量（度）×谷单价（元）；
总电费（元）=峰谷费用（元）+月度服务费（元）+附加费（元）+电
调节服务费（元）+电度损耗费（元）；
电度损耗费（元）=实际用电量（度）×电度损耗率（%）×单价（元）。
应变片测试技术
一、应变片构造及材料
构成: 1.敏感栅:用专用材料制成的电阻栅丝. 2.基底:固定栅丝的绝缘层. 3.引线:与栅丝焊接输出（电阻变换量）外接电桥中.
对敏感栅材料性能的要求: 电阻率高;良好的加工性能,机械性能与焊接性能;具有一定热稳定性,灵敏系数大. 常用材料:康铜（铜镍合金）、镍铬合金、铁铬铝及金属铂（铂合金）等,前两种 用的多
K K S
l 1 H 0
dRK
(1H b
)
R
ll
l
1H b
H(
)b
R K
l
K [1
0
] l
R
S l 1H
Sl
1H
0
0
K
[1
H( b
)]
Sl
0
l
当应变片L方向与试件单向应力方向一致时， 为 -μ0，则后一项为零。否则不为零。
应变片在实际使用时，如果应力为单项应力状态时，
且
b
；或H=0，那么ΔR/R只与εl有
应变片测试技术
第六章、应变片测试技术基础
6.1 电阻应变计
1. 定义 电阻应变计是一种测量应变的片状量具，简
称应变片。
优点 ：精度高、频响宽、体积小、重量轻。
应用：应力、外力、扭矩、重量、振动、压力等
2 应变片工作原理
是基于金属导体的应变效应，即 金属导体在外力作用下发生机械变形 时，其电阻值随着所受机械变形(伸 长或缩短)的变化而发生变化。
电阻应变片的选择、粘贴技术
1.目测电阻应变片有无折痕.断丝等 缺陷，有缺陷的应变片不能粘贴。
2.用数字万用表测量应变片电阻值大 小。同一电桥中各应变片之间阻值 相差不得大于0.5欧姆.
3.试件表面处理：贴片处置用细砂纸打磨干净，用 丙酮或酒精棉球反复擦洗贴处，直到棉球无黑迹 为止。
应变测量文档
应变测量1. 简介应变测量是一种用于测量物体形变或变形的技术。
通过测量物体的应变，可以了解材料的力学性质、结构的变形情况等。
应变测量广泛应用于工程实践中，例如材料测试、结构分析、机械设计等领域。
本文将介绍应变测量的基本原理、常用的测量方法以及应变测量技术的应用。
2. 应变测量的原理应变是在外力或内力作用下，物体发生形变或变形时产生的相对尺寸变化。
常用的应变测量方法包括应变片法、光弹法和光栅法等。
以下将对这些方法进行简要介绍。
2.1 应变片法应变片是一种材料，其电阻随应变而变化。
通过在被测物体表面粘贴应变片，可以将物体的应变转化为电阻的变化。
测量应变片电阻变化可以得到物体的应变信息。
2.2 光弹法光弹法是一种利用光的散射特性来测量物体应变的方法。
通过在物体表面涂覆一层光敏材料，当物体受到外力或内力作用时，材料表面的散射光强度会发生变化。
通过测量光强度的变化，可以确定物体的应变情况。
2.3 光栅法光栅法是一种利用光的干涉原理来测量物体应变的方法。
通过在物体表面粘贴光栅，当物体受到应变时，光栅上的干涉条纹会发生位移。
通过测量位移的大小，可以得到物体的应变信息。
3. 常见的应变测量方法3.1 应变片法的测量步骤1.准备应变片：选择适当的应变片材料，根据被测物体的应变范围和精度要求选择合适的应变片型号。
2.粘贴应变片：将应变片粘贴在被测物体的表面，确保应变片与物体表面完全紧密接触，并排除气泡。
3.连接电缆：将应变片两端的电缆连接到测量仪器上。
4.测量应变：使用测量仪器对应变片的电阻进行测量，得到物体的应变值。
3.2 光弹法的测量步骤1.准备光弹材料：选择适合的光弹材料，涂覆在被测物体的表面。
2.光弹装置设置：将光源、散射体和光电探测器设置在适当的位置，以保证散射光信号可以被准确检测到。
3.发射光线：通过光源发射光线，照射在光弹材料表面。
4.测量信号：使用光电探测器检测散射光的强度变化，将其转化为对应的应变信息。
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5.焊线:用电烙铁将应变片的引线焊接到导引线上。
6.用兆欧表检查应变片与试件之间的绝缘组织，应 大于500M欧。
7.应变片保护：用704硅橡胶覆于应变片上，防止 受潮。
6.2 应变片转换原理
电阻应变片的工作原理是基于电阻应变效应，即在导体 产生机械变形时，它的电阻值相应发生变化。
1) 工作原理
14.9
康
铜
Cu Ni
Ni Cr Ni Cr Al Fe
57% 1.7~2.1 43%
80% 2.1~2.5 20%
镍铬合金
0.9~1.1
110~150
14.0
镍铬铝 合金 (卡玛合金)
73% 20% 3~4 2.4~2.6 %
余量
1.33
-10~10
13.3
基底材料及粘接剂
纸基 :用纸作为基底,现在几乎不用了. 胶基 : 常用的基底材料: 胶膜:环氧树脂、酚醛树脂、聚酰亚胺等. 特点:柔软、易于粘贴. 玻璃纤维布:耐高温（450℃）多用于测中 、高温, 刚度比胶膜大. 金属薄片:用不锈钢或合金做成,用焊接法把应变片 焊接在试件上.
优点 ：精度高、频响宽、体积小、重量轻。
应用：应力、外力、扭矩、重量、振动、压力等
2 应变片工作原理
是基于金属导体的应变效应，即 金属导体在外力作用下发生机械变形 时，其电阻值随着所受机械变形(伸 长或缩短)的变化而发生变化。
一、应变片构造及材料
构成: 1.敏感栅:用专用材料制成的电阻栅丝. 2.基底:固定栅丝的绝缘层. 3.引线:与栅丝焊接输出（电阻变换量）外接电桥中.
l l b l l
l
假设εl=0,把εh =- μεb代入上式，得
dR ( M 1) ( M 1) K R
b b h b b
b
假设εl≠0,把εb ≠ 0，得
dR K K R
l l b
b
Kl—纵向灵敏度系数； Kb—横向灵敏度系数
令
该式
K H K
b
H—横向效应系数
电阻应变片的选择、粘贴技术
1.目测电阻应变片有无折痕.断丝等 缺陷，有缺陷的应变片不能粘贴。 2.用数字万用表测量应变片电阻值大 小。同一电桥中各应变片之间阻值 相差不得大于0.5欧姆. 3.试件表面处理：贴片处置用细砂纸打磨干净，用 丙酮或酒精棉球反复擦洗贴处，直到棉球无黑迹 为止。 4.应变片粘贴:在应变片基底上挤一小滴502胶水， 轻轻涂抹均匀，立即放在应变贴片位置。
可写成
l
dR K K R
l l b
b
dR K (1 H ) R
b l l l
由上式可知，当应变L 方向与试件单项应力状态的主应 力方向一致粘贴时， ， μ0为材料的泊松比
b 0
dR 与 l 成正比 R
l
这样,即:
dR K (1 H ) R
金属应变片的电阻R为
L
A
R l / A
上述任何一个参数变换均会引起电阻变化,求导数
R
L
bh
R R R R dR d dL db dh L b h L d dL 1 L db L 1 dh L bh bh L b h b b h h
1 H H ( ) R K K [1 ] R 1 H 1 H K [1 H ( )] 当应变片L方向与试件单向应力方向一致时，
b l S l S l 0 0 b S l 0 l
为 -μ0，则后一项为零。否则不为零。
应变片在实际使用时，如果应力为单项应力状态时， 且 ；或H=0，那么ΔR/R只与εl有 关。否则不但与εl有关，而且还与 有
L d L dL L db L dh dR bh bh L bh b bh h
有：
其中
dR d dL db dh R L b h
b db b b
b
L dL l L L 由压阻效应可得到
h dh h h
对敏感栅材料性能的要求: 电阻率高;良好的加工性能,机械性能与焊接性能;具有一定热稳定性,灵敏系数大. 常用材料:康铜（铜镍合金）、镍铬合金、铁铬铝及金属铂（铂合金）等,前两种 用的多
有几种常见电阻应变片: 1.单轴电阻丝片 2.单轴常规箔片 3.单轴半导体应变片 4.剪切力片(扭矩片 ) 5.直角三轴片(直角应变片) 6.压力片 7.裂纹探测片 另外还有测大变形的单轴位移片(测水泥变形);测应力集中的应变片;测量薄 壳的弯曲应力以及薄膜中面应力的双层弯曲片 .测温、测疲劳、测残余应力 等应变片.
(f)单轴半导体应变片；(g) 二轴片； (h) 裂纹探测片；
(i)直角三轴片；(j)三角三轴片
压力片
三轴片
应变计
金属应变计
常用金属电阻丝材料物理性能
成 分 含量 灵敏度 电阻率 温度系数 线胀系数
材料名称
元素
sg
· mm2/ m
0.49
×10-6 /° C
-20~20
×10-6 /° C
机械工程测试与数据处理技术
第六章、应变片测试技术基础
本章学习要求：
1.了解电阻应变片结构及类型； 2.掌握电阻应变片转换原理和应变片 灵敏系数测定； 3.了解应变片温度补偿及性能; 4.掌握应变片组桥及其输出特性; 5.掌握动态电阻应变仪工作原理。
第六章、应变片测试技术基础
6.1 电阻应变计
1. 定义 电阻应变计是一种测量应变的片状量具，简 称应变片。
l 0
l
若令
K K (1 H )
s l 0
Hale Waihona Puke 代入上式，并用增量形式表达
该式可求灵敏系数
可写成
KS
若把
R KSl R
S l
：应变片的灵敏系数（Strain Gage Factor）出厂时，厂家给出
K K 1 H
0
dR K (1 H ) R
b l l l
b 0 l
h
d
M M M
l l b b h
h
式中：Ml 、Mb 、Mh:为长、宽、厚三个方向的压阻应变系数
dR ( M 1) ( M 1) ( M 1) R
l l b b h
h
假设εh=0,把εb=- μεl 代入上式，得
dR ( M 1) ( M 1) K R