利用金屬應(yīng)變片測(cè)力參量

-前言人們?yōu)榱藦耐饨绔@取信息，必須借助于感覺(jué)器官。而單靠人們自身的感覺(jué)器官，在研究自然現(xiàn)象和規(guī)律以及生產(chǎn)活動(dòng)中它們的功能就遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠了。為適應(yīng)這種情況，就需要傳感器。因此可以說(shuō)，傳感器是人類五官的延長(zhǎng)，又稱之為電五官。新技術(shù)革命的到來(lái)，世界開(kāi)場(chǎng)進(jìn)入信息時(shí)代。在利用信息的過(guò)程中，首先要解決的就是要獲取準(zhǔn)確可靠的信息，而傳感器是獲取自然和生產(chǎn)領(lǐng)域**息的主要途徑與手段。在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)尤其是自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中，要用各種傳感器來(lái)監(jiān)視和控制生產(chǎn)過(guò)程中的各個(gè)參數(shù)，使設(shè)備工作在正常狀態(tài)或最正確狀態(tài)，并使產(chǎn)品到達(dá)最好的質(zhì)量。因此可以說(shuō)，沒(méi)有眾多的優(yōu)良的傳感器，現(xiàn)代化生產(chǎn)也就失去了根底。在根底學(xué)科研究中，傳感器更具有突出的地位?，F(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的開(kāi)展，進(jìn)入了許多新領(lǐng)域：例如在宏觀上要觀察上千光年的茫茫宇宙，微觀上要觀察小到納米的粒子世界，縱向上要觀察長(zhǎng)達(dá)數(shù)十萬(wàn)年的天體演化，短到毫秒的瞬間反響。此外，還出現(xiàn)了對(duì)深化物質(zhì)認(rèn)識(shí)、開(kāi)拓新能源、新材料等具有重要作用的各種極端技術(shù)研究，如超高溫、超低溫、超高壓、超高真空、超強(qiáng)磁場(chǎng)、超弱磁場(chǎng)等等。顯然，要獲取大量人類感官無(wú)法直接獲取的信息，沒(méi)有相適應(yīng)的傳感器是不可能的。許多根底科學(xué)研究的障礙，首先就在于對(duì)象信息的獲取存在困難，而一些新機(jī)理和高靈敏度的檢測(cè)傳感器的出現(xiàn)，往往會(huì)導(dǎo)致該領(lǐng)域內(nèi)的突破。一些傳感器的開(kāi)展，往往是一些邊緣學(xué)科開(kāi)發(fā)的先驅(qū)。傳感器早已滲透到諸如工業(yè)生產(chǎn)、宇宙開(kāi)發(fā)、海洋探測(cè)、環(huán)境保護(hù)、資源調(diào)查、醫(yī)學(xué)診斷、生物工程、甚至文物保護(hù)等等極其之泛的領(lǐng)域?？梢院敛豢?地說(shuō)，從茫茫的太空，到浩瀚的海洋，以至各種復(fù)雜的工程系統(tǒng)，幾乎每一個(gè)現(xiàn)代化工程，都離不開(kāi)各種各樣的傳感器。由此可見(jiàn)，傳感器技術(shù)在開(kāi)展經(jīng)濟(jì)、推動(dòng)社會(huì)進(jìn)步方面的重要作用，是十清楚顯的。世界各國(guó)都十分重視這一領(lǐng)域的開(kāi)展。相信不久的將來(lái)，傳感器技術(shù)將會(huì)出現(xiàn)一個(gè)飛躍，到達(dá)與其重要地位相稱的新水平。本課題是利用傳感器測(cè)力參量，其根本原理是講被測(cè)受力件尺寸的變化轉(zhuǎn)換成電阻值的變化，再經(jīng)相應(yīng)的測(cè)量電路最后顯示被測(cè)量值的變化。傳統(tǒng)測(cè)量是通過(guò)加載載荷，測(cè)量試件的變形尺寸，但是這樣會(huì)帶來(lái)很大的誤差，而且費(fèi)時(shí)費(fèi)力，但是電阻式應(yīng)變片可以大大彌補(bǔ)傳統(tǒng)方法的缺乏，準(zhǔn)確快捷。本論設(shè)計(jì)原理一、應(yīng)變儀的電橋輸出特性其中R1、R2、R3和R4分別為電橋的四個(gè)橋臂電阻。假設(shè)在外力作用下四個(gè)電阻所產(chǎn)生的電阻變化分別為R1、R2、R3和R4，初始狀態(tài)電橋的各臂阻值相等，即R1=R2=R3=R4=R，且考慮到R<<R，可忽略R的高次項(xiàng)〔線性化處理〕，則上式可寫成：當(dāng)各橋臂應(yīng)變片的靈敏度K一樣時(shí)，上式可改寫為：當(dāng)各橋臂應(yīng)變片的靈敏度K一樣時(shí)，上式可改寫為：二、電阻應(yīng)變片的選用(1)應(yīng)變計(jì)幾何參數(shù)的選擇應(yīng)變片敏感柵的長(zhǎng)度稱為標(biāo)距。在應(yīng)變場(chǎng)梯度大、應(yīng)變頻率高時(shí)應(yīng)采用小標(biāo)距應(yīng)變計(jì)。對(duì)于混凝土、鑄鋼、鑄鐵等材質(zhì)不均勻的材料宜采用較大標(biāo)距的應(yīng)變計(jì)。(2)電阻值的選擇應(yīng)變儀橋臂電阻多按120Ω設(shè)計(jì)，所以常用120Ω的應(yīng)變片。對(duì)于不需配用應(yīng)變儀的測(cè)量電路，可根據(jù)應(yīng)變計(jì)的允許電流、功率來(lái)選擇阻值。. z.-(3)靈敏系數(shù)的選擇動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀多按靈敏系數(shù)K=2設(shè)計(jì)，故動(dòng)態(tài)測(cè)量宜選用K=2的應(yīng)變計(jì)。而高靈敏度的應(yīng)變計(jì)可省去中間放大單元，簡(jiǎn)化測(cè)量系統(tǒng)。(4)應(yīng)變計(jì)類型的選擇一般絲式應(yīng)變計(jì)多用紙基，價(jià)格低、粘貼容易，但耐久性、耐濕性較差，在要求不高時(shí)可用；箔式應(yīng)變計(jì)多用膠基，可用于150℃以下的中溫和常溫測(cè)試，它絕緣性能好，精度高，在應(yīng)變測(cè)量中應(yīng)用最廣泛。半導(dǎo)體應(yīng)變計(jì)靈敏系數(shù)高，機(jī)械滯后小，頻率響應(yīng)好；但溫度影響大，線性范圍小。半導(dǎo)體應(yīng)變計(jì)多用于測(cè)量小的應(yīng)變。三、應(yīng)變片的布置和接橋方式應(yīng)變片的布置〔布片〕和電橋組接〔組橋〕應(yīng)根據(jù)被測(cè)量和被測(cè)對(duì)象受力分布來(lái)確定，而且還應(yīng)利用電橋的和差特性來(lái)消除溫度變化和復(fù)合載荷作用的影響。測(cè)量拉伸〔或壓縮〕應(yīng)變時(shí)，要采用適當(dāng)?shù)牟计M橋方式，以便到達(dá)溫度補(bǔ)償〔測(cè)軸向拉(壓)時(shí)的溫度補(bǔ)償〕、消除彎矩影響〔用雙工作片消除溫度的影響〕和提高測(cè)量靈敏度〔用四工作片提高測(cè)量的靈敏度〕的目的。應(yīng)變測(cè)量中的溫度補(bǔ)償一個(gè)簡(jiǎn)化了的單向受拉件如左圖(測(cè)軸向拉(壓)時(shí)的溫度補(bǔ)償)所示，在軸向力P作用下。試件為單向應(yīng)力狀態(tài)。故沿構(gòu)件外表的軸線方向貼工作片R1，在溫度補(bǔ)償板上貼補(bǔ)償片Rt，將二者組成半橋即可測(cè)得軸向應(yīng)變?chǔ)臥。電橋的輸出為：實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償必須滿足以下條件：1、補(bǔ)償板和試件的材料一樣；2、工作片、補(bǔ)償片完全一樣，放在完全一樣溫度場(chǎng)中；3、必須接在相臨橋臂上。軸向拉〔壓〕應(yīng)變測(cè)量中消除彎矩的影響〔1〕圖(用對(duì)稱雙工作片測(cè)軸向拉(壓)應(yīng)變)為軸向拉伸(壓縮)載荷下布片、接橋的又一例。工作片在上、下外表對(duì)稱粘貼，由加減特性可知，這樣可以消除因加載偏心而造成的附加彎矩。其中全橋接法的輸出是半橋接設(shè)溫度補(bǔ)償片軸向拉〔壓〕應(yīng)變測(cè)量中消除彎矩的影響〔2〕布片時(shí)省去了溫度補(bǔ)償板，也可以消除因加載偏心而造成的附加彎矩。不設(shè)溫度補(bǔ)償片布片的一般原則1、根據(jù)試驗(yàn)?zāi)康牟计瑢?duì)于鑒定性試驗(yàn)，通過(guò)構(gòu)造應(yīng)力的測(cè)定，了解構(gòu)造承受危險(xiǎn)載荷時(shí)是否平安可靠，應(yīng)力狀態(tài)是否符合設(shè)計(jì)要求，應(yīng)選擇構(gòu)造的危險(xiǎn)點(diǎn)處布片。2、根據(jù)構(gòu)造分析布片對(duì)于構(gòu)造對(duì)稱和外載也對(duì)稱的構(gòu)造體，可在構(gòu)造體的對(duì)稱面上布片。3、根據(jù)應(yīng)力方向布片分析構(gòu)造應(yīng)力性質(zhì)進(jìn)展布片。對(duì)于的單向應(yīng)力狀態(tài)，應(yīng)沿應(yīng)力方向布片。對(duì)于平面應(yīng)力狀態(tài)，應(yīng)采用單向布片結(jié)合應(yīng)變花進(jìn)展測(cè)量，通過(guò)計(jì)算獲得主應(yīng)力值的大小和方向。四、應(yīng)力確實(shí)定設(shè)計(jì)方案一般情況下，應(yīng)采用應(yīng)變花布片，分別測(cè)得三個(gè)方向的線應(yīng)變，再根據(jù)相關(guān)公式計(jì)算出相應(yīng)的主應(yīng)變和主應(yīng)力. z.-結(jié)論求力參量在金屬加工中很重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，但也很復(fù)雜，通過(guò)電阻應(yīng)變片和計(jì)算機(jī)，就能快捷地計(jì)算，結(jié)果也比較計(jì)算。電阻應(yīng)變片測(cè)力的優(yōu)點(diǎn)：1、既可測(cè)量彈性變形，可在高溫、超低溫、高壓、水下、強(qiáng)磁場(chǎng)以及核輻射等惡劣環(huán)境下使用。 2、適應(yīng)性強(qiáng)。既可用于靜態(tài)測(cè)量，測(cè)量時(shí)對(duì)被測(cè)件的工作狀態(tài)和應(yīng)力分布影響較