什么叫做電阻應(yīng)變片
作者:訪客發(fā)布時(shí)間:2021-07-14分類:膠粘劑瀏覽:86
電阻應(yīng)變計(jì) resistance strain gage
能將工程構(gòu)件上的應(yīng)變,即尺寸變化轉(zhuǎn)換成為電阻變化的變換器(又稱電阻應(yīng)變片),簡稱為應(yīng)變計(jì)。一般由敏感柵、引線、粘結(jié)劑、基底和蓋層組成。
將電阻應(yīng)變計(jì)安裝在構(gòu)件表面,構(gòu)件在受載荷后表面產(chǎn)生的微小變形(伸長或縮短),會(huì)使應(yīng)變計(jì)的敏感柵隨之變形,應(yīng)變計(jì)的電阻就發(fā)生變化,其變化率和安裝應(yīng)變計(jì)處構(gòu)件的應(yīng)變 ε成比例。測(cè)出此電阻的變化,即可按公式算出構(gòu)件表面的應(yīng)變,以及相應(yīng)的應(yīng)力。
將電阻應(yīng)變計(jì)安裝在構(gòu)件表面,在應(yīng)變計(jì)軸線方向的單向應(yīng)力作用下,敏感柵的電阻變化率和引起此電阻變化的構(gòu)件表面在應(yīng)變計(jì)軸線方向的應(yīng)變?chǔ)胖?稱為電阻應(yīng)變計(jì)的靈敏系數(shù)K,即它表示電阻應(yīng)變計(jì)輸出信號(hào)與輸入信號(hào)在數(shù)量上的關(guān)系,是電阻應(yīng)變計(jì)的主要工作特性之一。
敏感柵的柵長一般為 0.2~100毫米, 電阻為60~1000歐(最常用的為120歐和350歐),測(cè)量范圍為幾微應(yīng)變至數(shù)萬微應(yīng)變(με,1微應(yīng)變=10-6毫米/毫米)。
按敏感柵的材料,電阻應(yīng)變計(jì)分為金屬電阻應(yīng)變計(jì)和半導(dǎo)體應(yīng)變計(jì)兩類。
金屬電阻應(yīng)變計(jì) 金屬電阻應(yīng)變計(jì)的種類、所使用的材料和安裝方法分述如下:
絲式應(yīng)變計(jì)
這種應(yīng)變計(jì)的敏感柵最常用的有絲繞式和短接線式兩種。①絲繞式的敏感柵是用直徑 0.015~0.05毫米的金屬絲連續(xù)繞制而成,端部呈半圓形。如果安裝應(yīng)變計(jì)的構(gòu)件表面存在兩個(gè)方向的應(yīng)變,此圓弧端除了感受縱向應(yīng)變外,還能感受橫向應(yīng)變,后者稱為橫向效應(yīng)。若對(duì)測(cè)量精度的要求較高,應(yīng)考慮橫向效應(yīng)的影響并進(jìn)行修正。②短接線式的敏感柵采用較粗的橫絲,將平行排列的一組直徑為 0.015~0.05毫米的金屬縱絲交錯(cuò)連接而成,端部是平直的。它的橫向效應(yīng)很小,但耐疲勞性能不如絲繞式的。
箔式應(yīng)變計(jì)
這種應(yīng)變計(jì)的敏感柵用厚度 0.002~0.005毫米的金屬箔刻蝕成形。 用此法易于制成各種形狀的應(yīng)變計(jì)。箔柵有如下優(yōu)點(diǎn):①橫向部分可以做成比較寬的柵條,使橫向效應(yīng)較小;②箔柵很薄,能較好地反映構(gòu)件表面的變形,因而測(cè)量精度較高;③便于大量生產(chǎn);④能制成柵長很短的應(yīng)變計(jì)。因此,箔式應(yīng)變計(jì)得到廣泛應(yīng)用。
臨時(shí)基底應(yīng)變計(jì)
還有一種臨時(shí)基底型的金屬電阻應(yīng)變計(jì)。制造時(shí)將用紫銅等材料制成的敏感柵粘在作為臨時(shí)基底的框架上,使用時(shí)用粘結(jié)劑將敏感柵固定在構(gòu)件上,然后將臨時(shí)基底去掉。這種應(yīng)變計(jì)多用于測(cè)量高溫條件下的應(yīng)變。
應(yīng)用材料和安裝方法
制造敏感柵的常用材料有銅鎳合金(康銅)、鎳鉻系合金、鐵鉻鋁合金、鎳鉻鐵合金、鉑和鉑合金等。前三種最常用。這些合金的靈敏系數(shù)為2~6。
所用的粘結(jié)劑分為有機(jī)粘結(jié)劑和無機(jī)粘結(jié)劑兩類。在一般情況下,前者用在溫度低于400℃時(shí),后者則用于高溫條件下。有機(jī)粘結(jié)劑包括硝化纖維、氰基丙烯酸酯、環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、有機(jī)硅樹脂、聚酰亞胺等。除前兩種之外,使用時(shí)一般都要加溫加壓使其固化。常用的無機(jī)粘結(jié)劑有磷酸鹽和噴涂用的金屬氧化物。前者在使用時(shí)須加溫固化。用作基底的材料有紙、膠膜、玻璃纖維布、金屬薄片(或金屬網(wǎng))等。
把應(yīng)變計(jì)粘貼在構(gòu)件表面上有不同的安裝方法:用紙、膠膜、玻璃纖維布作基底的應(yīng)變計(jì),用粘結(jié)劑粘貼;用金屬薄片或金屬網(wǎng)作基底的應(yīng)變計(jì),用點(diǎn)焊或滾焊固定在金屬構(gòu)件上;對(duì)于臨時(shí)基底型應(yīng)變計(jì),用粘結(jié)劑或用氧炔焰或等離子焰將金屬氧化物熔化并噴涂的方法,將敏感柵固定于金屬基底或構(gòu)件表面上。
只用一個(gè)敏感柵的應(yīng)變計(jì),適用于測(cè)量單向應(yīng)變。測(cè)量平面應(yīng)力場的應(yīng)變時(shí),可采用應(yīng)變花。
半導(dǎo)體應(yīng)變計(jì)
將半導(dǎo)體應(yīng)變計(jì)安裝在被測(cè)構(gòu)件上,在構(gòu)件承受載荷而產(chǎn)生應(yīng)變時(shí),其電阻率將發(fā)生變化。半導(dǎo)體應(yīng)變計(jì)就是以這種壓阻效應(yīng)作為理論基礎(chǔ)的,其敏感柵由鍺或硅等半導(dǎo)體材料制成。這種應(yīng)變計(jì)可分為體型(圖5)和擴(kuò)散型兩種。前者的敏感柵由單晶硅或鍺等半導(dǎo)體經(jīng)切片和腐蝕等方法制成,后者的敏感柵則是將雜質(zhì)擴(kuò)散在半導(dǎo)體材料中制成的。半導(dǎo)體應(yīng)變計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是靈敏系數(shù)大,機(jī)械滯后和蠕變小,頻率響應(yīng)高;缺點(diǎn)是電阻溫度系數(shù)大,靈敏系數(shù)隨溫度而顯著變化,應(yīng)變和電阻之間的線性關(guān)系范圍小。正確選擇半導(dǎo)體材料和改進(jìn)生產(chǎn)工藝,這些缺點(diǎn)可望得到克服。半導(dǎo)體應(yīng)變計(jì)多用于測(cè)量小的應(yīng)變(10-1微應(yīng)變到數(shù)百微應(yīng)變),已廣泛用于應(yīng)變測(cè)量和制造各種類型的傳感器(見電阻應(yīng)變計(jì)式傳感器)。
半導(dǎo)體應(yīng)變計(jì)中用薄膜作敏感柵的稱為薄膜應(yīng)變計(jì)。它是將金屬、合金或半導(dǎo)體材料,用真空鍍膜、沉積或?yàn)R射方法,在絕緣基底上制成一定形狀的薄膜,其厚度從幾十納米至幾萬納米不等。此外,還有靈敏系數(shù)很大的p-n結(jié)半導(dǎo)體應(yīng)變計(jì)和壓電場效應(yīng)應(yīng)變計(jì)。
電阻應(yīng)變計(jì)的品種日益增加,應(yīng)用范圍也日益擴(kuò)大,除了常用的品種和規(guī)格外,還有各種不同用途的應(yīng)變計(jì),如溫度自補(bǔ)償應(yīng)變計(jì)、大應(yīng)變應(yīng)變計(jì)、應(yīng)力計(jì)、測(cè)量殘余應(yīng)力的應(yīng)變花等。利用箔式應(yīng)變計(jì)的制造技術(shù),還能生產(chǎn)出可以測(cè)量溫度、壓力、疲勞壽命、裂紋擴(kuò)展情況的各種片式檢測(cè)元件(包括測(cè)溫片、測(cè)壓片、疲勞壽命計(jì)、裂紋擴(kuò)展計(jì)等)。
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