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应变计选择方法


    

 

应变计选择方法

 

http://www.williamvogt.com/images/file/201504/20150422172745134513.docx

 

    在实际应用中,应遵循试验或应用条件(即应用精度、环境条件包括温度,湿度,环境恶劣状况,各类干扰,共模共地问题、试件材料大小尺寸、粘贴面积、曲率半径、安装条件等)为先,试件或弹性体材料状况(材料线膨胀系数、弹性模量、结构、大概受力状况或应力分布状况等)次之的原则,利用上述内容来选用与之匹配为最佳性价比的应变计。下面列出了选择应变计应考虑的内容,仅适用于常规情况,不包括核辐射、强磁场、高离心力等特殊场合。

 

一、选择应变计的步骤

    1. 首先根据应用精度、环境条件选择应变计的系列。
    2. 根据试件材料大小尺寸、粘贴面积、曲率半径、安装条件、应变梯选择敏感栅栅长。
    3. 根据应变梯度、应力种类、散热条件、安装空间、应变计电阻等选择敏感栅结构。
    4. 根据使用条件、功耗大小、最大允许电压等选择标称电阻。
    5. 根据试件材料类型、工作温度范围、应用精度选择温度自补偿系数或弹性模量自补偿系数。
    6. 根据弹性体的固有蠕变特性、实际测试的精度、工艺方法、防护胶种类、密封形式等选择蠕变补偿代号。

 

二、选择应变计的方法

 

   应变计敏感栅结构型式的选择:

   测量未知主应力方向试件的应变时选用三轴应变计(丝栅结构为CA或CB),测量剪应变时选用夹角为90°的二轴应变计(丝栅结构为HA);测量已知主应力方向试件的应变时,可选用单轴应变计(拉升或压缩、弯曲变形选择丝栅结构为AA的应变计,剪切、扭曲变形选择丝栅结构为AB的应变计);用于压力传感器的应变计,可选用圆形敏感栅的多轴应变计(丝栅结构为KA);测量应力分布时,可选用排列成串或成行的5~10个敏感栅的多轴应变计。

 

   应变计敏感栅长度的选择:

   应变计在加载状态下的输出应变是敏感栅区域的平均应变。为了获得真实的测量值,通常应变计的栅长应不大于测量区域半径的1/5~1/10。栅长较长的应变计具有易于粘贴和接线、散热性好等优点,对应变计性能有一定的改善作用,但应根据实际测量需要进行选择,对于应变场变化不大和一般传感器用途,我们推荐用户选用栅长3~6mm的应变计。如果对非均匀材料(如混凝土、铸铁、铸钢等)进行应变测量,应选择栅长不小于材料的不均匀颗粒尺寸的应变计,以便比较真实地反映结构内的平均应变。对于应变梯度大的应变测量,应尽量选用敏感栅长度较小的应变计。

 

   应变计敏感栅材料和基底材料的选择:

   80℃以内的传感器、最大应变量在103μm/m以下的应变测量,一般选用康铜合金或卡玛合金箔为敏感栅、改性酚醛(BF)或聚酰亚胺为基底的应变计(BA)。180℃以内的应变测量或传感器,一般选用康铜合金或卡玛合金箔为敏感栅、聚酰亚胺为基底的应变计(BA);60℃以内高精度传感器常用以康铜合金或卡玛合金箔为敏感栅、改性酚醛为基底的应变计(BF)。

 

   极限工作温度的选择:

   测量温度低于80℃时,选用改性酚醛为基底的应变计(BF),测量温度高于80℃时,选用聚酰亚胺为基底的应变计(BA)。变计型号命名规则中“极限工作温度”表示应变计的极限工作温度。在极限工作温度不高于60℃时,一般在我们的产品命名中将省略此项。

 

   应变计电阻的选择:

   应变计电阻的选择应根据应变计的散热面积、导线电阻的影响、信噪比、功耗大小来选择。对于传感器一般推荐选用350Ω、1000Ω电阻的应变计。对于应力分布试验、应力测试、静态应变测量等,应尽量选用与仪器相匹配的阻值,一般推荐选用120Ω、350Ω的应变计。

 

   温度及弹性模量自补偿系数的选择:

   温度自补偿的选用方法:

  (1)我厂目前提供以下温度自补偿系数的应变计:11、16、23。其中,“11”用于合金钢、马氏体不锈钢和沉淀硬化型不锈钢材料(线膨胀系数典型值为11.3×10-6/℃);“16”用于奥氏体不锈钢材料和铜基材料(线膨胀系数典型值为16×10-6/℃);“23”用于铝合金材(线膨胀系数典型值为23.2×10-6/℃)。
  (2)温度自补偿应变计与试件材料匹配时,在补偿温度范围内,不必对热输出进行修正。
  (3)当温度自补偿应变计所要求使用材料的线膨胀系数与试件材料有微小差异时,应选用两片或四片应变计组成半桥或全桥,以消除热输出所带来的影响。
  (4)采用1/4桥路进行高精度应力测量时,除安装在试件表面的工作应变计外,还应在与试件材料相同的补偿块上安装相同的应变计作为补偿片,并与工作片处于相同的环境条件下,这两片应变计应分别接在惠斯通电桥的相邻两臂,以消除热输出的影响。

 

   蠕变标号的选择:

  (1)首次使用时,可选用一种或两种蠕变相差较大(蠕变标号不同)的应变计粘贴在弹性体上,根据实测的综合蠕变大小和方向最终确定与传感器相匹配的蠕变标号。
  (2)对弹性体材料、结构相同的传感器来说,量程越小,蠕变越正,应选择蠕变越负的应变计。
  (3)不同的弹性体材料具有不同的蠕变特性,应选用不同蠕变标号的应变计。
  (4)传感器的蠕变系数除与弹性体、应变计、粘结剂等主要因素有关外, 还受密封结构形式、防护胶、生产工艺参数等影响。这种误差的量值和方向是可预知的,选择蠕变标号时应一并考虑。


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