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电阻应变测试仪器与技术

2024-10-18 来源:威能网



电阻应变测试仪器与技术科学发展过程中,科学实验起着非常重要的作用。结构在外力的作用下,内部会产生应力,直接测定应力比较困难,目前常应用电阻应变测试技术来测定应变。

本文主要是通过介绍电阻应变片来检验桥梁结构的技术指标以及相关参数是否符合标准。

1电阻应变片的工作原理电阻应变测试技术是凭借安装在试件上的电阻应变片将应变、位移等力学量转换为电阻变化,从而获得应变读数的测试技术。

电阻应变片简称应变片或应变计,电阻应变片的测量原理为:金属丝的电阻值

除了与材料的性质有关之外,还与金属丝的长度 L,横截面积

D有关。将金属丝粘贴在构件上,当构件受力变形时,金属丝的长度和横截面

积也随着构件一起变化,进而发生电阻变化

dR/R=Ks*£

其中,Ks为材料的灵敏系数,其物理意义是单位应变的电阻变化率,标志

着该类丝材电阻应变片效应显着与否。 量纲的量,但习惯上仍给以单位微应变,

由此可知,金属丝在产生应变效应时,应变

£为测点处应变,为无常用符号八表示

£与电阻变化率dR/R

线性关系,这就是利用金属应变片来测量构件应变的理论基础。

E

2、电阻应变片的构造

电阻应变片的种类繁多,形式各样。但基本结构差异不大。由敏感栅,粘合 剂,基底,

覆盖层和引出线几个主要部分组成。



如图2:

2:电阻应变片的基本构造3、电阻应变片的工作性质

电阻应变片的工作特性有许多条,但我们必须着重了解以下几条:

1)应变片的电阻值:指应变片没有安装,也不受外力情况下,在室温下测定的电阻值。我国生产的应变片电阻系列为60120200350500,1000
姆。制造厂家按阻值参数分装成包,注明每包应变片电阻的平均值及单个阻值与平均阻值的最大偏差。

2)灵敏系数:应变片安装在单向应力状态的试件表面上,且其轴线与应力方向重合。在单向应力作用下,应变片电阻的相对变化与沿其轴向的应变之比值称为灵敏系数。它经抽样标定制造厂于包装上注明其平均名义值和标准误差。它是使用应变片的重要数据。

3)蠕变:在温度不变的情况下,安装有应变片的试件表面产生某恒定的应变,应变片的

指示应变将时间稍有下降,此现象称为应变的蠕变。

4)机械滞后:在温度不变的情况下,对安装有应变片的试件加载和卸载,当试件到达同一应变水平时,来比较应变片在相应过程中的两个指示应变,它们的差值,取在各种应变水平下的最大值,作为这批应变片的机械滞后量。机械滞后现象总是存在,但经多次加卸载之后就趋于稳定。因此,在使用应变片正式测量前,最好预先加载几次,以减少机械滞后的影响。



绝缘电阻:指应变片引出线与安装应变片的构件之间的电阻值。它用低压( 30100V)高阻(104MQ表测出。使用应变片时,这个电阻值往往作为安装应变片时粘结层固化程度和是否受潮的标志。

6)应变极限:温度不变,使试件应变逐渐加大。当应变片的指示应变与实际应变的相对

误差达到某规定值(10%时,此时的试件应变为该应变片的应变极限。

7)疲劳寿命:已安装的应变片,在一定幅值的交应变作用下,不致发生机械的或电气的损坏,而且其指示应变和真实应变的差值不超过某一规定数值的循环次数,为该应变片的疲劳寿命。

8)横向效应系数:对于同一个单向应变值,应变片在与此应变方向垂直安装时的指示应

变与沿此应变方向安装时的应变的比值(以百分数表示,称为横向效应系数)。由于箔式应

变片的独特设计及广泛使用,在一般测量精度下,横向效应系数可以不予考虑。

4、电阻应变片的分类

根据不同的用途和特点应变片的类型很多。下面介绍几种常用的应变片。

1)丝绕式应变片:它是最早出现的一种应变片。敏感栅用绕丝机绕成,基底多为纸,并以硝化纤维素粘结剂为制片胶。由于敏感栅存在圆角部分,故横向效应比较大,特别是短标准距应变片,由于圆弧形状不易保证,故阻值分散度较大。使用范围一20C—+ 60C

2)箔式应变片:与丝绕应变片相比,箔式片有下列优点。箔式片能保证尺寸准确、线条均匀、灵敏系数分散性小,且能制成栅长小的敏感栅及图案特殊的应变片,故栅丝周表面积大,散热好允许通过的电流大。表面积大使附着能力加强,有利于变形传递,增加了测量的准确性;箔式片敏感栅横向部分的线条比纵向部分的大的多,因而单位长度的电阻也小的多,使箔式片横向效应很小;箔式片均为胶基,故绝缘性好,蠕变和机械滞后小,耐湿性好;便于成批生产,生产率高。

目前,箔式片已取代了丝绕式和其他多种应变片。

如图3



3:丝式应变片和箔式应变片的比较

5、电阻应变片的选用及粘贴

应变片的选用:根据工作环境(构件的外形尺寸及构件的材质、温度、湿度、电磁场、机械撞击等因素);根据被测量应变的性质(应力梯度的大小、应变频率的高低);根据测点的应力状态(单向、平面);根据测量精度要求。

应变片的粘贴:包括粘结剂的选用、粘贴工艺和防护措施三方面。

电阻应变片的粘贴步骤:

佥查:外观、电阻值、修整•式件表面处理:光洁度要求、划定位线 •粘贴:厚度、方法•固化处理 •接线端子的焊接、固定 •粘贴质量的检查:电阻值和绝缘电阻值•防潮处理 如图4:

4:电阻应变片的粘贴占

6、电阻应变测试技术在桥梁工程中的应用

应变片电测作为一种无损检测技术在桥梁工程结构中得到广泛应用。但是电阻应变片的测试结果受温度、

湿度、导线长短等环境因素的影响极大。如何处理好这些问题是电阻应变片在桥梁工程中应用的关键。

应变片电测使用电阻应变片可分为两种方法,一种是将应变片直接粘贴在某一受载零件表面上进行测量。

这种方法简单,但不够精确。另一种方法是将应变片粘贴在弹性元件上制成传感器,受载后建立载荷与电阻变化

间的函数关系,通过预先确定的载荷标定曲线获得桥梁结构的载荷值。所获的的测量结果比较准确。

7、小结

以上从大体上介绍了电阻应变片及选用其时应主要考虑的地方,还有许多因素需要结合具体情况加以考

虑。电阻应变测试技术在各个领域的应用越来越广,但是也应该看到,这种技术还不完善,还存在很多问题有待

解决。但是随着材料科学和工艺技术的发展,电阻应变片的应用前景一定越来越广。

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