应变效应应用论文参考文献

应变效应：金属导体的电阻值，随着它受力所产生机械变形（拉伸或压缩）的大小而发生变化的现象，称之为金属的电阻应变效应。电阻应变测量(电测法)是实验应力分析中使用最广泛和适应性最强的方法之一。该方法是利用电阻应变计(简称应变片或电阻片)作为敏感元件，用应变仪作为测量仪器，通过测量可以得出受力构件上的应力、应变的一种实验方法。测量时，将应变计牢固地贴在构件上，构件变形连同应变计一起变形，应变计的变形产生了电阻的变化，通过测量电桥使这微小的电阻变化转换成电压或电流的变比，经过信号放大，将其变换成构件的应变值而显示出来，完成上述转换工作的仪器叫应变仪。电测法的特点：（1）测量精度高、范围广。（2）应变片尺寸小，重量轻，粘贴方便，对试件的工作状态和应力分布影响很小。（3）频率响应快，机械滞后小。利用该方法不仅可测构件在静载作用下的应变，而且可以测动载下和冲击载荷下的应变。（4）可在恶劣的环境下测量。如在高温、低温、深水结构、强磁场及核辐射等条件下测量。（5）可对运动状态下的结构实测。如可对高速旋转的飞轮和轴、行驶中的汽车、拖拉机等进行实测。（6）自动化程度高，可实现遥控测量。局限性：（1）一枚应变片只能测量一个“点”，而且测出的应变只能代表栅长范围内的平均应变。（2）应变片一般只能测构件表面的应力、应变．对结构内部的三维应力测量很难进行。（3）尽管应变片尺寸小，但对应力集中的测量，仍不够精确。

电阻应变片工作原理电阻应变片的工作原理是基于应变效应，即导体或半导体材料在外界力的作用下产生机械变形时，其电阻值相应发生变化，这种现象称为“应变效应”。2、应变片的种类、材料及粘贴金属电阻应变片的种类有丝式和箔式两种。1）丝式：直径0．01～0．05mm，材料为胶膜、纸、玻璃纤维布等。图1 金属电阻应变片的结构2）箔式应变片：直径0．003~0．01mm原理：它是利用照相制版或光刻腐蚀法将电阻箔材在绝缘基底上制成各种图形的应变片；优点：1）敏感栅尺寸准确，线条均匀；2）其弯头横向效应可以忽略；3）可通过较大的电流；4）散热性好，寿命长；5）生产效率高；3、电阻应变片的特性（一）电阻应变片主要特性：1）灵敏系数2）横向效应3）机械滞后，零漂及蠕变4）温度效应5）应变极限、疲劳寿命6）动态响应特性（二）应变片的温度误差及补偿由于测量现场环境温度的改变而给测量带来的附加误差，称为应变片的温度误差。1）电阻温度系数的影响敏感栅的电阻丝阻值随温度变化的关系可用下式表示：rt=r0（1+α0δt） δrα=rt-r0=r0α0δt2）试件材料和电阻丝材料的线膨胀系数的影响。试件与电阻丝线膨胀系数不同时，产生附加电阻变化。由于温度变化而引起的应变片总电阻相对变化量为：

应变效应应用范围十分广泛，可测量应变、应力、力矩、位移、加速度、扭矩等物理参量。电阻式应变片应用模式有两种，一是将应变片粘贴于弹性刚体上组成平衡电桥，然后接到转换电路，构成专用应变传感器；二是将应变片粘贴于被测物体上，然后接到专用应变仪直接读取应变量。1.专用应变传感器的应用 应变式扭矩传感器结构见图14-8。使机械部件转动的力矩称为转动力矩，任何转动部件在转动力矩的作用下，都会产生不同程度的扭曲变形，尤其是表面蠕变，所以一般也称转动力矩为扭矩。图14-8中卷筒扭矩的大小用T=FD/2来表示。当转动轴表面产生蠕变时，也会使组成平衡电桥的电阻应变片阻值发生变化，同理输出电压或电流产生跃变，其跃变值直接反映扭矩的大小。 一体化压阻式压力传感器是利用半导体材料的压阻效应和集成工艺研发出的一种固态传感器，它没有可动部件。压变片采用硅片光刻制成，平衡电桥及输出放大电路均密封在保护壳体中，所以也称固态传感器。它在工业测量中多用于与应变有关的力、重力、压力、压差、液位、真空度等物理参数的测量。压阻式压力传感器的结构见图14-9。方形虚线区为固态传感器的压力承受区，也是传感器的核心部分，它采用光刻技术在单晶硅膜片上制成四个等值电阻，并组成平衡全桥。压阻R2、R4距受压中心较近，且长边受压，它们所感受的应变应为正值(拉应变)；压阻R1、R3距受压中心较远，且短边受压，它们所感受的应变应为负值(压应变)。与上述原理一样，当固态传感器中心受压时，也会造成电桥平衡破坏，其输出电压直接反映受压值的大小。压阻式固态传感器可以测量储罐液位见图14-10。测量时将重锤落在基准板上，此时的液位视值应为PI=H1pg。p为被测介质混合密度；g为重力加速度；P1为所测介质重力。将P1=Hlpg整理代人H =H1+H2式，有：这种投入式液位计可测范围较宽，并且不受被测介质性质的影响，测量准确度与混合密度p和被测介质是否静止有关。