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第十章 应变、应力、力的测量
应力、应变以及力的测量是 机械工程中分析零件或结构受力状态、验证设计的正确性、
确定整机在实际工作时负载情况和研究某些物理现象机理的重要手段之一.
§10-1 应变、应力的测量
应用电阻应变片和应变仪测量待测件的表面应变,然后根据应变、应力之间的关系式确
定应力是最常用的应力应变分析方法.电阻应变片简称应变片,是一种能将应变转换成电阻
的变化的变换元件,从1938 年首次出现金属电阻丝粘贴式传感元件到现在,已形成一种使
用方便,适用性强,比较完备的测试手段.应变片因为能测量应变,所以能测量引起应变的
任何物理量.如:力、压力、位移、加速度、扭矩等,通用性极广.此外,应变片还具有价
格便宜、线性度好、分辨率高以及工作范围广,可测静态载荷,也可测动载荷等优点.
1. 电阻应变片
电阻应变片的结构和工作原理在第四章中已介绍,电阻应变片的种类繁多,分类方
法各异,常见的有丝式应变片、箔式应变片以及半导体应变片等.其工作参参数主要有:应
变片的尺寸、应变片的电阻值、机械滞后、热滞后、零点漂移、、蠕变、应变极限、绝缘电
阻、疲劳寿命、最大工作电流等.下面介绍应变片使用过程中的注意问题:
(1)应变片的粘贴
试件表面的变形(应变)是通过胶层、基底以剪力的形式传给电阻丝的,当试件沿变形
时,胶层下表面与试件一起移动,和基底粘合的上表面是被动的,基底被带动,胶层和基层
均发生剪应力,基底发生的剪应力将应变传到电阻丝上.因此在粘贴应变片时应注意将应变
片的两端贴牢固.
在测试被测量时,粘合剂所形成的胶层起着非常重要的作用,应准确无误地将试件或弹
性元件的应变传递到应变片的敏感栅上去.
对粘合剂有如下要求:①有一定的粘结强度;②能准确传递应变;③蠕变小;④机械滞
后小;⑤耐疲劳性能好、韧性好;⑥长期稳定性好;⑦具有足够的稳定性能;⑧对弹性元件
和应变片不产生化学腐蚀作用;⑨有适当的贮存期;⑩有较大的使用温度范围.选用粘合剂
时要根据应变片的工作条件、工作温度、潮湿程度、有无化学腐蚀、稳定性要求,加温加压、
固化的可能性,粘贴时间长短要求等因素考虑,并注意粘合剂的种类是否与应变片基底材料
相适应.
质量优良的电阻应变片和粘合剂,只有在正确的粘贴工艺基础上才能得到良好的测试结
果,因此正确的粘贴工艺对保证粘贴质量,提高测试精度关系很大.
(2)电阻应变片的温度误差及补偿
由于温度变化所引起应变片的电阻变化与试件应变所造成的电阻变化几乎有相同的数
量级,如不采取必要的措施克服温度的影响,测量精度无法保证.温度补偿方法,分为桥路
补偿和应变片自补偿两大类,桥路补偿法也称补偿片法.应变片通常是作为平衡电桥的一个
臂测量应变的,桥路补偿法的优点是简单、方便,在常温下补偿效果较好,缺点是在温度变
化梯度较大的条件下,很难做到工作片与补偿片处于完全一致的温度情况,因而影响补偿效
果.利用温度自补偿应变片来实现温度补偿的方法称为应变片自补偿法.这种方法的缺点是
膨胀系数相同的应变片只能在一种材料上应用,局限性很大.还有一种补偿方式称组合式自
补偿应变片,这是利用两种电阻丝材料的电阻温度系数不(一个为正,一个为负)的特性,
将二者串联绕制成敏感栅,若两段敏感栅由于温度变化而产生的电阻变化为大小相等而符号

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