第三章熱加工課件

3.1傳感器概述3.2電阻應(yīng)變效應(yīng)3.3應(yīng)變計(jì)的主要特性3.4應(yīng)變計(jì)的粘貼3.5電橋原理及電阻應(yīng)變計(jì)橋路3.6溫度誤差及其補(bǔ)償3.7電阻應(yīng)變儀3.8應(yīng)變式傳感器第3章電阻應(yīng)變式傳感器圖1.1傳感器組成方塊圖圖1.1為傳感器組成方塊圖，此圖也說明了傳感器的基本組成和工作原理。1.傳感器的組成§3.2電阻式傳感器應(yīng)變計(jì)工作原理應(yīng)變計(jì)構(gòu)造與分類工作特性與主要參數(shù)

一.應(yīng)變片工作原理長(zhǎng)為l、截面積為A、電阻率為ρ的金屬或半導(dǎo)體絲,電阻

對(duì)金屬來說,πE很小,可忽略不計(jì),μ=0.25～0.5,故k0=1+2μ≈1.5～2。對(duì)半導(dǎo)體而言,πE比1+2μ大得多,壓阻系數(shù)π=(40-50)×10-11m2/N,楊氏模量E=1.67×1011Pa,則πE≈50～100,故（1+2μ）可以忽略不計(jì)?？梢?半導(dǎo)體靈敏度要比金屬大50~100倍。一.應(yīng)變片工作原理二應(yīng)變片構(gòu)造與分類應(yīng)變式傳感器是利用電阻應(yīng)變效應(yīng)做成的傳感器,是常用的。電阻應(yīng)變計(jì),也稱應(yīng)變計(jì)或應(yīng)變片,是一種能將機(jī)械構(gòu)件上的應(yīng)變的變化轉(zhuǎn)換為電阻變化的傳感元件。電阻應(yīng)變計(jì)構(gòu)造簡(jiǎn)圖電阻絲較細(xì),一般在0.015~0.06mm,其兩端焊有較粗的低阻鍍錫銅絲（0.1~0.2mm）4作為引線,以便與測(cè)量電路連接。圖中,l稱為應(yīng)變計(jì)的標(biāo)距,也稱（基）柵長(zhǎng),a稱為（基）柵寬,l×a稱為應(yīng)變計(jì)的使用面積。三應(yīng)變計(jì)的工作特性及主要參數(shù)應(yīng)力集中橫向效應(yīng)應(yīng)變極限機(jī)械滯后零漂和蠕變§3.3電橋原理一.直流電橋的原理

R1R4R3R2dU0acbIfU電橋平衡時(shí)If=0,有R1R3-

R2R4=0或上式稱為直流電橋平衡條件,它說明欲使電橋達(dá)到平衡,其相鄰兩臂的比值應(yīng)相等。一.直流電橋的原理電橋平衡時(shí)U=0設(shè)電橋中橋臂R1為應(yīng)變片，其余為固定電阻對(duì)進(jìn)行微分可得一.直流電橋的原理二.電橋的基本特性R1R4R3R2bU0cdaIfU重要結(jié)論：（1）相鄰橋臂輸出電壓為兩橋臂電壓之差（2）相對(duì)橋臂輸出電壓為兩橋臂電壓之和三.常用工作方式單臂工作2．半橋工作3．全橋工作兩個(gè)相鄰臂兩個(gè)相對(duì)臂四.直流電橋的電壓靈敏度

電阻應(yīng)變計(jì)工作時(shí),其電阻變化很微小。例如,1片k=2,初始電阻120Ω的應(yīng)變計(jì),受到1000微應(yīng)變時(shí),其電阻變化僅0.24Ω。引起的不平衡電壓極小,不能用它來直接推動(dòng)指示儀表,故需加以放大。設(shè)n=,考慮到起始平衡條件,并略去分母中的項(xiàng),得(2.6)(2.7)***四.直流電橋的電壓靈敏度當(dāng)電源電壓及電阻相對(duì)變化一定時(shí),電橋的輸出電壓及其電壓靈敏度將與各橋臂阻值的大小無關(guān)。四.直流電橋的電壓靈敏度五.溫度誤差及其補(bǔ)償1溫度誤差產(chǎn)生的原因產(chǎn)生溫度誤差的原因:(1)敏感柵金屬絲電阻本身隨溫度發(fā)生變化。(2)試件材料與應(yīng)變絲材料的線膨脹系數(shù)不一,使應(yīng)變絲產(chǎn)生附加變形而造成的電阻變化

由于應(yīng)變絲與構(gòu)件是粘接在一起的,因而應(yīng)變絲被迫從Δls拉長(zhǎng)至Δlg,使應(yīng)變絲產(chǎn)生附加變形Δl（相應(yīng)的附加應(yīng)變?chǔ)纽拢?而產(chǎn)生電阻變化ΔRtβ:因此由于溫度變化而引起的總的電阻變化ΔRt為圖2.142溫度補(bǔ)償方法1電橋補(bǔ)償法2溫度補(bǔ)償方法1.電橋補(bǔ)償法這是一種常用和效果較好的補(bǔ)償法。在被測(cè)試件上安裝一工作應(yīng)變計(jì),

在另外一個(gè)與被測(cè)試件的材料相同,

但不受力的補(bǔ)償件上安裝一補(bǔ)償應(yīng)變計(jì)。補(bǔ)償件與被測(cè)試件處于完全相同的溫度場(chǎng)內(nèi)。（2)雙金屬敏感柵自補(bǔ)償應(yīng)變計(jì)若兩段敏感柵R1和R2由于溫度變化而產(chǎn)生的電阻變化為ΔR1t和ΔR2t,大小相等而符號(hào)相反,就可以實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償。ΔR1與ΔR2的關(guān)系可由下式?jīng)Q定圖2.17敏感柵自補(bǔ)償應(yīng)變計(jì)六.非線性對(duì)于全等臂電橋，n=1七.應(yīng)變片的串聯(lián)和并聯(lián)結(jié)論1：串聯(lián)應(yīng)變計(jì)相當(dāng)于測(cè)量單一橋臂的所有應(yīng)變計(jì)的平均值。結(jié)論2：并聯(lián)測(cè)量的是單一應(yīng)變計(jì)的值。當(dāng)采用交流供橋載波放大時(shí),應(yīng)變電橋也需交流電源供電。輸出電壓的特性方程為八.交流電橋§3.4應(yīng)變、力和扭矩的測(cè)量一.概述單向應(yīng)力：?jiǎn)蝹€(gè)應(yīng)變片測(cè)量平面應(yīng)力：應(yīng)變花測(cè)量解決問題步驟：應(yīng)力應(yīng)變分析——確定貼片方式——確定組橋方式——結(jié)果計(jì)算

二.簡(jiǎn)單受力狀態(tài)的應(yīng)變測(cè)量1．單向拉伸(壓縮)采用補(bǔ)償片溫度補(bǔ)償采用工作片溫度補(bǔ)償2.純彎曲1）半橋接線如圖，因?yàn)棣?＝εM，ε2＝-εM，故電橋輸出為2)全橋接線如圖同理，因?yàn)棣?=ε4＝εM；ε2＝ε3＝-εM，故電橋輸出為靜態(tài)應(yīng)變儀讀數(shù)：ε儀＝4εM，實(shí)際應(yīng)變：εM＝ε儀／4。

2.純彎曲3.純扭轉(zhuǎn)為純剪應(yīng)力狀態(tài)，在與軸線成±45°方向上，有最大正應(yīng)力σ1、σ2，其值為σ1＝-σ2＝τ；相應(yīng)應(yīng)變?chǔ)?、ε2，且有ε1＝-ε2

應(yīng)力應(yīng)變分析計(jì)算結(jié)果最大剪應(yīng)力

扭矩

3.純扭轉(zhuǎn)三、復(fù)雜受力情況下單向應(yīng)力的測(cè)量

1、彎曲與拉伸(壓縮)的組合變形計(jì)算結(jié)果實(shí)際拉伸應(yīng)變；εF＝ε儀／2(1+μ)

實(shí)際彎曲應(yīng)變；εM＝ε儀／2(1+μ)

2．扭轉(zhuǎn)、拉伸(壓縮)、彎曲的組合變形應(yīng)力應(yīng)變分析分析各種載荷在與軸線成±45°方向上的應(yīng)力應(yīng)變。在圓軸前、后面各取一單元體F、E

實(shí)際應(yīng)變?nèi)缦拢篍點(diǎn)Ra：εa=εn+εF+εmRb：εb=-εn+εF+εmF點(diǎn)Rc：εc=εn+εF+εmRd：εd=-εn+εF-εmR1R4R2R3bU0cdaIfU組成電橋測(cè)彎除扭拉彎矩MR1R4R3R2bU0cdaIfU組成電橋測(cè)扭除拉彎扭矩MN四、平面應(yīng)力狀態(tài)下測(cè)主應(yīng)力

當(dāng)主應(yīng)力方向已知xyσ1σ2計(jì)算結(jié)果當(dāng)主應(yīng)力方向未知xyσxσyτxyα與x軸成α角方向線應(yīng)變剪應(yīng)變當(dāng)時(shí)存在兩個(gè)相互垂直的方向，在這兩個(gè)方向上，線應(yīng)變?yōu)闃O值，剪應(yīng)變?yōu)榱?，這時(shí)線應(yīng)變稱為主應(yīng)變先測(cè)三個(gè)方向α1α2α3應(yīng)變?chǔ)纽?εα2εα3解出εxεyγxy計(jì)算主應(yīng)變將ε1ε2帶入廣義胡克定律應(yīng)變花五、應(yīng)變梯度測(cè)量凹圓角處應(yīng)變分布可展成泰勒級(jí)數(shù)ε（x)=a0+a1x+a2X2……在123處貼三片應(yīng)變片,測(cè)得應(yīng)變?yōu)闇y(cè)得ε1ε2ε3，可以計(jì)算得到a0a1a2六、提高應(yīng)變精度措施選擇合適儀器注意導(dǎo)線電阻溫度補(bǔ)償減小貼片誤差七、測(cè)點(diǎn)的選擇（1）利用結(jié)構(gòu)分析選擇測(cè)點(diǎn)脆性漆層法