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应变规原理

产品简介:

   使用了应变片的传感器用途广泛,可对负载、压力、扭矩、加速度等进行电气测量、远程指示、记录、控制等。应用领域广泛,可用于工业(机械、船舶、飞机、土木、建筑等的研究)、商业()及家庭(体重计)

   本公司作为应变片生产厂家,其量产技术已拓展到海外,制造质量稳定的应变片且供应能力超强。

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应变片的特点

 

● 应变片的材料和网格形状的抗疲劳性优异,可用于要求稳定性的静态应变测量和要求抗疲劳性的动态应变测量。

 

 

● 美蓓亞集團生產的所有應變片都已進行自動溫度補償,使用於其它多種熱膨脹係數的被測量物體,適用溫度範圍廣。                                         

 应变片各部份的名称

 

 

 应变片的原理

● 金属电阻伸缩后,其电阻值会发生变化。

● 应变片为利用该原理在约厚5μm的金属电阻上印刷如上图所示的图形后再经蚀刻加工的产品。应变εΔL除以L后的值,定义为式(1)
此外,在与应变同时发生变化的电阻值R之间,式(2)成立。

● K称为应变率,为表示应变片灵敏度的比例常数。该应变率因金属电阻的材料而异,广泛用于应变片的康铜(铜镍合金)一般以2表示。

 自动温度补偿的原理

应变片已与被测量物体粘接时,应变片金属电阻的线性膨胀系数(λg15.5×106/)与被测量物体线性膨胀系数(例:铝合金λa23×106/ )之间存在差值,因温度变化导致表观应变。铝合金时,23-15.5=7.5×106/,因此,10℃时存在无法忽略的较大误差(75×10-6)。自动温度补偿的原理为使该误差与生成应变片的金属电阻的温度系数抵消。此时,表观应变以式(3)表示。

 

本公司的应变片已调整在±1.8×10-6/的误差范围內,如右图所示,适用温度范围较大(最高200 )

 应变片的测量

应变片的应变导致的电阻值的变化极小,使用惠斯通电桥电路,将其作为电压变化输出。使用该惠斯通电桥,排除因温度变化导致的表观应变,可根据应变片的组装方式使输出电压加倍并输出。

(1) 单片法(2线)

最简单的方法,在电桥的一测装入应变片。此处,应变片导线(r1r2)位于电桥中,应变片导线较长,温度发生变化时会产生无法忽略的较大的表观应变。下图为7/0.12的导线(10 m)的表观应变。

(2) 单片法(3线)

同样地,在电桥的一测装入应变片,应变片导线的一测与相邻一测接触,电桥中的r2r3抵消,不会因应变片导线的温度变化而产生表观应变。(请参照下图)


导线产生的表观应变

(3) 双片法(半桥)

各应变片已根据被测量材料的线性膨胀系数进行自动温度补偿,在电桥的相邻一测使用应变片后,可进一步减小因温度变化而产生的表观应变。此外,使2片应变片承受异号的应变后,如式(5)所示,最大可输出单片法的2倍。

 (4) 4片法(全桥)

与双片法的原理相同,可进行温度补偿,如式(6)所示,最大可输出单片法的4倍。

 通过应变片进行测量的示例

 

(1) 拉伸压缩应力

单片法

右图中图棒的应力σ可通过下式算出。

双片法

如右图所示,添加B应变片后,应变量会增加,增加量为泊松比。因此,可根据AB应变片的总应变ε,通过下式算出应力σ

4片法

可能产生拉伸压缩以外的弯曲应力时,可在柱的另一面添加另外1AB应变片,通过4片法消除弯曲应变。此时,可根据4片应变片的应变ε算出应力δ

 

(2) 弯曲应

单片法

与拉伸压缩应力相同,可根据右图中悬臂梁的A应变片的应变ε,通过下式算出应变片黏贴部分应力σ

双片法

使用AB后,应变量为2倍。因此,可根据应变ε,通过下式算出应变片黏贴部分应力σ

此外,计算后可通过下式算出弯曲应力。

具有代表性的弯矩和截面系数如下所示。

《弯矩示例》