应变片电测技术

电阻应变片工作、测试原理及其应用摘要：随着CAE技术在中国的发展，特别是有限元理论和技术的应用，使大家的分析有了更简便的方法，但是这个分析必须要有真实试验的验证，用来验证模型和分析的正确性。这其中常常就会用到电阻应变片电测技术，用来测量关键的，所要研究部位的应力变化，然后与模型对比，进行检验。验证自己研究的准确性。关键词：电阻应变片、工作原理、测试原理、应用技术引言随着工业和科学技术的发展，人们对研究越来越重视，所做应用研究实验也越来越多，而好多实验中也用到应力测试技术。应变片电测技术作为一项专业应力测试技术得到了日益广泛的应用，例如起重量限制器、力矩限制器及扭矩传感器都运用应变片电测技术。在起重机领域，对于一些吨位较大、新结构形式的起重机，钢结构强度检验是一项非常重要的内容，由于焊接的残余应力和工艺差别，实际值和理论计算值会有误差。通过强度测试，来验证理论上的设计计算，也是十分有意义的。[1]机械工程中常用的应力测试方法有电测法、小位移针法、机械法等，其中电测法采用电阻应变片测量应变，具有测量精度高、灵敏、可连续测量、数据便于计算机处理等优点，在科学研究和实际工程应用中应用最广。[2]1、电阻应变片的结构应变片的种类很多，有金属箔式、丝式、薄膜式、半导体式。目前在电测实验中较为常用的电阻应片是金属箔式应变片。ab图1a：金属箔式应变片图1b：金属丝式应变片图2电阻应变片实物图片各种电阻应变片的结构大体相同，一般以合金电阻丝绕成形如栅栏的敏感栅，敏感栅粘贴在绝缘的基底上，电阻丝的两端焊接引出线，敏感栅上面粘贴有保护用的覆盖层。电阻应变片的结构一般如下图。(1)粘结剂：是具有一电绝缘性能的粘结材料，用它将敏感栅固定在基底上。(2)覆盖层：用来保护敏感栅而覆盖在上面的绝缘层。(3)基底：用以保护敏感栅，并固定引线的几何形状和相对位置。绕丝式它是将金属丝按图示形状弯曲后用粘合剂贴在基底上而成的，基底可分为纸基、胶基和纸浸胶基等。电阻丝两端焊有引出线，使用时只要将应变片贴于弹性体就可构成应变式传感器。箔式应变片它是利用照相制版或光刻腐蚀方法，将电阻箔材在绝缘基底下制成各种图形而成的，箔材厚度多在0.003~0.01mm之间，利用光刻技术可制成适用于各种需要的形状美观的称为应变花的应变片。[3]2、电阻应变片工作原理电阻应变片能将力学量转变为电学量是利用了金属导线的应变——电阻效应。我们知道，金属导线的电阻R与其长度L成正比，与其截面积A成反比，即ALR（1）式中是导线的电阻率。如果导线沿其轴线方向受力产生形变，则其电阻值也随之发生变化，这一物理现象被称为金属导线的应变——电阻效应。为了说明产生这一效应的原因，可将式（1）取对数后进行微分得dAdALdLRdR（2）式中，LdL为金属导线长度的相对变化，用轴向应变来表示，即LdL；AdA是截面积的相对变化。2rA（r为金属导线的半径），，rdrAdA2rdr是金属导线半径的相对变化，即径向应变r。导线轴向伸长的同时径向缩小，所以轴向应变与径向应变r有下列关系：r（3）为金属材料的泊松比，负号表示应变方向相反。用应变片测量应变或应力时，在外力作用下，被测对象产生微小机械变形，应变片随着发生相同的变化，同时应变片电阻值也发生相应变化。当测得应变片电阻值变化量为R时，便可得到被测对象的应变值，应力值为E（4）E为半导体材料的弹性模量。[4][5]3、电阻应变片测量原理利用电桥平衡原理，调节电路使其达到平衡,即电桥输出电压U0=0，当其中某一个电阻(R1到R4中)发生变化时，电桥平衡被破坏，此时输出电压U0不为零，利用电压变化可反映电阻阻值的变化。现将其中一个或几个电阻换成应变片，并将其粘贴于待测器件上，先调节电桥平衡，再对器件施加压力使器件发生形变(应变片亦随之发生了形变)，此时，应变12345图3电阻应变片1-敏感栅；2-引线；3-粘结剂；4-覆盖层；5-基底片电阻发生变化，电桥输出电压也发生变化，输出电压的变化即可反映器件的受力情况。图4电桥示意图假设R1为应变片若此时被测试件有应变的作用，则工作应变片电阻R1有新的增量R1=R1·K·，而补偿片因不承受应变，故不产生新的增量，此时电桥输出电压为1UoARK（5）通过输出电压的变化来反应应变和应力的变化情况。[5]4、应变片的粘贴技术1）检查应变片的完好性。检查应变片的外观，用万用表测量应变片阻值，看有无损坏。2）处理测试点的表面。先用砂轮机清除主动台车架表面的油漆，用粗细砂纸成45°方向交叉打磨测试点，去除表面的氧化层及油污等，使粘结面平整光洁，并具有一定的粗糙度。用丙酮清洗打磨的测点，清洗后不得用手触摸。3）确定应变片的准确位置。用十字划在主动台车架的表面上画出测试点的中心线，注意要画在处理过的表面范围之内。4）涂胶贴片。在主动台车架表面及应变片背面均匀涂1层495瞬干胶，按画好的十线贴好应变片，用手轻压，将多余的胶和空气挤出，并按压一定时间，以使胶固化。粘贴应变片并干燥、检查绝缘。5）焊接导线。导线焊接后用透明胶固定在主动台车架上，用万用表测试是否焊接好。焊好后用透明胶将应变片密封，防止其他的杂物落在应变片上影响测试结果。[6][7]5、应变片的适用现况电阻应变片广泛应用于汽车、冶金、矿业、化工、机械、港口码头及公路货站等行业。尤其在我们做研究的时候，在应用有限元技术的时候，我们都会做实验来验证，这个时候一般就会用到我们的应变片技术。可以说是我们做研究做技术必不可少的手段。如果做成传感器的话，应用范围会更广。其具有结构简单，尺寸小，重量轻，使用方便，性能稳定可靠，分辨率高，灵敏度高，价格又便宜，工艺较成熟。因此在航空航天、机械、化工、建筑、医学、汽车工业等领域有很广的应用。[8]参考文献：[1]吴波、左一凡、潘岩应力测试技术在桥式起重机上的应用[J]品牌与标准化2012(16)27[2]何文斌、曾攀、张磊、林峰、颜永年、赵锦基于有限元的大型模锻压力机钢丝缠绕动梁预应力测试[J]机械工程学报2012.0548(10)66—74[3]马西秦自动检测技术（第三版）[M]北京:机械工业出版社2008.9[4]刘鹏、周勤奋、陶梦江电阻应变式传感器在检测中的应用[J]科技向导2011（12）37[5]杨艳、安盼龙、赵瑞娟电阻应变式传感器的研究[J]物理与工程201020(2)29—33[6]陈德鑫、李松松、石兴磊基于应力测试技术的重型车变速器齿轮失效研究[J]汽车技术2012(8)48—53[7]万正喜、肖熳、周劲松、潘小毛斗轮堆取料机主动台车架应力测试与设计[J]起重运输机械2012(3)85—89[8]谢海龙浅谈桥梁结构应力测试方法及特点[J]山西交通科技2010.02(1)64—65