電阻應(yīng)變片特性介紹
應(yīng)變片的靈敏軸線指的是應(yīng)變片的縱軸線。在使用應(yīng)變片時,總是把應(yīng)變片的靈敏軸線平行于試件的最大的主應(yīng)變方向。此時應(yīng)變片可獲得最大的電阻變化。應(yīng)變片的靈敏系數(shù)k就是這樣測試出來的。
1.應(yīng)變片的靈敏系數(shù) 應(yīng)變片的靈敏軸線指的是應(yīng)變片的縱軸線。在使用應(yīng)變片時,總是把應(yīng)變片的靈敏軸線平行于試件的最大的主應(yīng)變方向。此時應(yīng)變片可獲得最大的電阻變化。應(yīng)變片的靈敏系數(shù)k就是這樣測試出來的。 2.橫向效應(yīng)和橫向靈敏度(transverse sensitjvity) 金屬絲應(yīng)變片的橫向效應(yīng)表現(xiàn)得最為典型,當(dāng)金屬線材受單向拉力時,線材的任一微段的應(yīng)變都是相同的。由于每段都受到同樣大小的拉應(yīng)力,其應(yīng)變也相同,故線材總電阻的增加值為各微段電阻增量之和。但線材彎折成柵狀制成應(yīng)變片后,如也接應(yīng)變片的靈敏軸向施以拉力,則直線段部分的電阻絲仍產(chǎn)生沿軸向的拉應(yīng)變,其電阻是增加的,問題在于各圓弧段。由于沿x方向拉伸,除有沿x方向產(chǎn)生的應(yīng)變外,還有在與x方向相垂直的y方向產(chǎn)生壓縮應(yīng)變e,,使圓弧段截面積增大,電阻值減小。敏感柵的電阻雖然總的表現(xiàn)為增加,但因存在各圓弧段電阻值減小的影響,故應(yīng)變片的靈敏系數(shù)要比同樣長度單純受軸向力時的靈敏系數(shù)為小。這種因彎折處應(yīng)變的變化使靈敏系數(shù)減小的現(xiàn)象稱之為應(yīng)變片的橫向效應(yīng)。 3.應(yīng)變片的應(yīng)變極限(straIn limit) 它是由應(yīng)變特性曲線的非線性決定的。特性曲線隨真實(shí)應(yīng)變增加而出現(xiàn)彎曲,指示應(yīng)變偏離要求的直線特性(虛線所示)而產(chǎn)生非線性誤差,當(dāng)這種非線性誤差達(dá)到規(guī)定值時所對應(yīng)的真實(shí)應(yīng)變,即為應(yīng)變片的應(yīng)變極限。 4.機(jī)械滯后(mechanical hysteresis) 對于已安裝好的應(yīng)變片,在一定溫度下,其△R/R(∈指)與的加載特性與卸載特性不重合,因此在同一真實(shí)應(yīng)變值下,其對應(yīng)的△R/R(∈指)值不一致,這個加卸載差值稱為應(yīng)變片的滯后值。產(chǎn)生的原因主要是敏感柵材料、基底和粘合劑在承受機(jī)械應(yīng)變以后所留下的殘余變形引起的。因此,要選用性能良好的粘合劑與基底材料,敏感柵材料(如金屬絲或金屬箔)要經(jīng)過適當(dāng)?shù)臒崽幚恚@樣可以減少應(yīng)變片的機(jī)械滯后。為了減小新做的應(yīng)變片的滯后,最好在正式測量前對試件或結(jié)構(gòu)進(jìn)行二次以上的加卸載循環(huán)測量。 5.最高工作頻率 因?yàn)樵趧討B(tài)測量時,應(yīng)變是以應(yīng)變渡的形式在材料中傳播的,它的傳播速度與聲波相同(對鋼材V =5000 m/s),因此應(yīng)變片要反映應(yīng)變的變化是需要經(jīng)過一定時間的。不難理解應(yīng)變片的最高工作頻率與應(yīng)變片線柵的長度(或稱基長)有關(guān)。以鋼材為例,其不同基長的應(yīng)變片的最高工作頻率。 6.應(yīng)變片電阻值 應(yīng)變片在未經(jīng)安裝也不受外力情況下,于室溫時測得的電阻值,是使用應(yīng)變片時應(yīng)知道的一個特性參數(shù)。目前國內(nèi)應(yīng)變片電阻系列尚無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn),習(xí)慣上選用60、120、200,350、500、1000歐姆,其中以120的為最常用。電阻值大,可以加大應(yīng)變片承受的電壓,因此輸出信號可以加大。 7.最大工作電流 它是指允許通過應(yīng)變片而不影響其工作的最大電流值。工作電流大,應(yīng)變片輸出信號就大,因而靈敏度高。但過大的工作電流會使應(yīng)變片本身過熱,使靈敏系數(shù)變化,零漂和蠕變增加,甚至把應(yīng)變片燒毀。通常允許電流值在靜態(tài)測量時約取25mA左右,動態(tài)測量時可高一些,箔式應(yīng)變片可取更大一些。 8.零漂和蠕變 對于已安裝好的應(yīng)變片,在一定溫度下,不承受機(jī)械應(yīng)變時,其指示應(yīng)變隨時間而變化的特性,稱為該應(yīng)變片的零漂(strain gauge zero shift)。 如果在一定溫度下,使其承受一恒定的機(jī)械應(yīng)變時,指示應(yīng)變隨時間變化的特性,稱為應(yīng)變片的蠕變(strain gauge creep)。 這兩個指標(biāo)都是衡量應(yīng)變片特性對時間的穩(wěn)定性的,對于長時間測量的應(yīng)變片才有意義。實(shí)際上,蠕變中已包含零漂,因?yàn)榱闫遣患虞d的情況,它是加載情況的特例。 9.電阻應(yīng)變片的溫度特性 把應(yīng)變片粘貼在自由膨脹的試件上,使試件不受任何外力的作用,此時如果環(huán)境溫度發(fā)生變化,應(yīng)變片的電阻值將隨之發(fā)生變化。在測量中,應(yīng)變片電阻隨溫度變化的現(xiàn)象必然造成誤差,稱這種誤差為應(yīng)變片的溫度誤差。 尤其值得注意的是,電阻應(yīng)變片由溫度引起的電阻變化與試件應(yīng)變引起的電阻變化幾乎具有相同的數(shù)量級,所以必須采取相應(yīng)的補(bǔ)償措施,以便測量能正常進(jìn)行。 由于環(huán)境溫度改變引起應(yīng)變片電阻變化的原因有兩個:一是應(yīng)變片的金屬敏感柵電阻本身隨溫度變化;二是因試件材料和敏感柵材料的線膨脹系數(shù)不同而造成應(yīng)變片的附加變形使得電阻變化。 |
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