关于应变片测试的初步试验方案1

关于应变片测试的初步实验方案

目录

实验概述

应变式电阻传感器是以电阻应变片为传感元件的传感器。自1865年应变效应被发现，1963年第一个电阻应变片问世以来，它已经成为应用最广泛，技术最成熟的一种传感器。应变式电阻传感器具有以下特点：精度高；测量范围广；体积小，重量轻；动态响应快，频响特性好；性能稳定可靠，使用寿命长。电阻应变片是一种能将被测试件上的应变变化转换成电阻变化的传感元件。而测量线路则进一步将电阻的变化再转换成电压或电流的变化，以便显示或记录被测非电量的大小。这就要求在实际测量中应变片灵敏度 K 保持恒定，不仅在弹性范围内保持常数，而且在进入塑性变形范围时也基本保持常数，因此深入分析应变片测量误差尤为重要。

实验目的

1.探讨应变片测试系统对整个测试过程的误差

2.探讨环境温度对测试结果的影响

3.研究粘贴剂对测量产生的影响

4.研究横向误差对测试的影响

实验设备

静态电阻应变仪

放大器

常温用应变片

502粘结剂

数据处理器

等强度测试梁一套。

实验原理

200X300h=11.65375bD1D3D4D2

图2－１实验装置图

实验装置如图2－1，梁的厚h=11.65mm 、宽b（X）=X/9 ， 在X=200mm和X=300mm处梁的上下表面沿对称轴方向粘贴了四片电阻应变片Ｄ1、Ｄ2、Ｄ3、Ｄ4。电阻片阻值：120Ω ，灵敏度系数：2.12，电阻片长：5mm。

通过对同一试件的不同条件下进行分组实验，得出不同的实验数据，将不同组的数据进行对比，对对比结果进行分析。 ⑴电阻应变片测量原理

目前常用的箔式电阻应变片是用0.003~0.01mm高阻抗镍铜箔材经化学腐蚀等工序制成电阻箔栅，然后焊接引出线，涂上绝缘胶粘固到塑料基膜上。使用时，只须把基膜面用特制胶水牢固粘贴到构件的测点处。这样当构件受力变形时电阻应变片亦随之变形，则电阻应变片的电阻值将发生改变。其特性关系为：

ΔR/R0∕ΔL/L0=K

即是说，应变片电阻的改变率与长度的改变率的比为一常数K，而长度的改变率ΔL/L0=ε。

常数K也称电阻应变片的灵敏系数，电阻应变片作为产品出厂时会给出K、R0、L0 。

因此，只要有专门的电子仪器能测出应变片的电阻改变率ΔR/R0，即可完成应力测量σ=Eε

这种专门的电子仪器已广泛应用，就是静态电阻应变仪。

⑵静态电阻应变仪测量原理

静态电阻应变仪是依据惠斯顿电桥原理进行测量的。

惠斯顿电桥如图2－2所示：

图2—2 惠斯顿电桥

若在节点A、C之间给一直流电压VAC，则B、D之间有电压输出VBD，且VBD=（R1R3-R2R4）VAC/（R1+R2）（R3+R4），当R1R3=R2R4时，称电桥满足平衡条件，此时VBD=0，且由该电桥特性知当 R1=R2=R3=R4=R时，电桥为全等臂电桥。 VBDABCDR1R2R3R4VACdVBD=4ACV（ΔR1/R-ΔR2/R+ΔR3/R-ΔR4/R）

由于电阻应变片有ΔR/R=Kε，上式可写成：

dVBD=K4ACV（ε1-ε2+ε3-ε4）

即是说电桥输出电压与四个桥臂上电阻应变片所产生应变的代数和成正比。即 4 dVBD/K VAB=（ε1-ε2+ε3-ε4）

令4 dVBD/K VAB=ε

则ε=（ε1-ε2+ε3-ε4）。

这便是静态电阻应变仪测量原理。同时，也表明了测量电桥的加减特性。利用电桥的加减特性可以根据不同的测量需求实现单臂、半桥、全桥等测量。要记住的是静态电阻应变仪的显示值是微应变（με），ε=106με。

（3）设置对照实验原理

所谓对照实验是指除所控因素外其它条件与被对照实验完全相等的实验。对照实验设置的正确与否，关键就在于如何尽量去保证“其它条件的完全相等”。将一组实验作为基准实验，然后改变某一变量，如温度，胶的厚度，机械滞后不同，电桥线性规律等。当然这项基准实验里面数据也不是完全正确的，也是存在误差，可以通过软件分析的方法先列出理论结果，再将两项结果进行对比，进行分析。

（4）实验步骤：

（一） 基准测量

⑴把等强度测试梁上四个电阻应变片Ｄ1Ｄ2、Ｄ3、Ｄ4分别接入静态电阻应变仪的四路电桥的A B两点；四路电桥的B点短接连通，即可用一个电阻应变片进行温度补偿。把它接入一路电桥的B、C两点，形成公共补偿、实现多点测量。每个电桥的R3、R4两个桥臂电阻在应变仪内已接好，四路电桥各自形成一个测量回路。打开某路电桥，静态电阻应变仪显示窗即显示该路电桥所测的微应变值。温度补偿用电阻应变片是粘贴在与被测构件相同的材料块上，不受载、置于测试点附近的电阻应变片。其作用是补偿测试点环境温度变化对测量结果造成的误

差，测量桥路如图2－3。此时，应变仪测量方式选择键应选“半桥测量”。

⑵开启电子万能试验机，按等量加载程序对试验梁加载。当F=0时，将静态电阻应变仪上四路电桥的输出值调为0。然后，当F依次每增加500N时，分别记录各路电桥测出的微应变值，直至加载程序结束。

（二） 温度影响测量

温度变化会使试件表面上的应变片产生一定的应变值εr

εr=ks1α（t-t0）+(β-β0)（t-t0）

式中：ks为应变片的灵敏度；α为应变片丝栅材料的电阻温度系数；β为试件的线膨胀系数；β0β为应变片的线膨胀系数；t-t0为温度变化值。将第二组实验改变室温下进行（比如在冬天）

（三） 胶的厚度影响测试

A1A2A3A4D1D2D3D4BC温度补偿片测量片