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應變計選擇方法


    

 

應變計選擇方法

 

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

 

    在實際應用中,應遵循試驗或應用條件(即應用精度、環境條件包括溫度,濕度,環境惡劣狀況,各類干擾,共模共地問題、試件材料大小尺寸、粘貼面積、曲率半徑、安裝條件等)為先,試件或彈性體材料狀況(材料線膨脹系數、彈性模量、結構、大概受力狀況或應力分布狀況等)次之的原則,利用上述內容來選用與之匹配為最佳性價比的應變計。下面列出了選擇應變計應考慮的內容,僅適用于常規情況,不包括核輻射、強磁場、高離心力等特殊場合。

 

一、選擇應變計的步驟

    1. 首先根據應用精度、環境條件選擇應變計的系列。
    2. 根據試件材料大小尺寸、粘貼面積、曲率半徑、安裝條件、應變梯選擇敏感柵柵長。
    3. 根據應變梯度、應力種類、散熱條件、安裝空間、應變計電阻等選擇敏感柵結構。
    4. 根據使用條件、功耗大小、最大允許電壓等選擇標稱電阻。
    5. 根據試件材料類型、工作溫度范圍、應用精度選擇溫度自補償系數或彈性模量自補償系數。
    6. 根據彈性體的固有蠕變特性、實際測試的精度、工藝方法、防護膠種類、密封形式等選擇蠕變補償代號。

 

二、選擇應變計的方法

 

   應變計敏感柵結構型式的選擇:

   測量未知主應力方向試件的應變時選用三軸應變計(絲柵結構為CA或CB),測量剪應變時選用夾角為90°的二軸應變計(絲柵結構為HA);測量已知主應力方向試件的應變時,可選用單軸應變計(拉升或壓縮、彎曲變形選擇絲柵結構為AA的應變計,剪切、扭曲變形選擇絲柵結構為AB的應變計);用于壓力傳感器的應變計,可選用圓形敏感柵的多軸應變計(絲柵結構為KA);測量應力分布時,可選用排列成串或成行的5~10個敏感柵的多軸應變計。

 

   應變計敏感柵長度的選擇:

   應變計在加載狀態下的輸出應變是敏感柵區域的平均應變。為了獲得真實的測量值,通常應變計的柵長應不大于測量區域半徑的1/5~1/10。柵長較長的應變計具有易于粘貼和接線、散熱性好等優點,對應變計性能有一定的改善作用,但應根據實際測量需要進行選擇,對于應變場變化不大和一般傳感器用途,我們推薦用戶選用柵長3~6mm的應變計。如果對非均勻材料(如混凝土、鑄鐵、鑄鋼等)進行應變測量,應選擇柵長不小于材料的不均勻顆粒尺寸的應變計,以便比較真實地反映結構內的平均應變。對于應變梯度大的應變測量,應盡量選用敏感柵長度較小的應變計。

 

   應變計敏感柵材料和基底材料的選擇:

   80℃以內的傳感器、最大應變量在103μm/m以下的應變測量,一般選用康銅合金或卡瑪合金箔為敏感柵、改性酚醛(BF)或聚酰亞胺為基底的應變計(BA)。180℃以內的應變測量或傳感器,一般選用康銅合金或卡瑪合金箔為敏感柵、聚酰亞胺為基底的應變計(BA);60℃以內高精度傳感器常用以康銅合金或卡瑪合金箔為敏感柵、改性酚醛為基底的應變計(BF)。

 

   極限工作溫度的選擇:

   測量溫度低于80℃時,選用改性酚醛為基底的應變計(BF),測量溫度高于80℃時,選用聚酰亞胺為基底的應變計(BA)。變計型號命名規則中“極限工作溫度”表示應變計的極限工作溫度。在極限工作溫度不高于60℃時,一般在我們的產品命名中將省略此項。

 

   應變計電阻的選擇:

   應變計電阻的選擇應根據應變計的散熱面積、導線電阻的影響、信噪比、功耗大小來選擇。對于傳感器一般推薦選用350Ω、1000Ω電阻的應變計。對于應力分布試驗、應力測試、靜態應變測量等,應盡量選用與儀器相匹配的阻值,一般推薦選用120Ω、350Ω的應變計。

 

   溫度及彈性模量自補償系數的選擇:

   溫度自補償的選用方法:

  (1)我廠目前提供以下溫度自補償系數的應變計:11、16、23。其中,“11”用于合金鋼、馬氏體不銹鋼和沉淀硬化型不銹鋼材料(線膨脹系數典型值為11.3×10-6/℃);“16”用于奧氏體不銹鋼材料和銅基材料(線膨脹系數典型值為16×10-6/℃);“23”用于鋁合金材(線膨脹系數典型值為23.2×10-6/℃)。
  (2)溫度自補償應變計與試件材料匹配時,在補償溫度范圍內,不必對熱輸出進行修正。
  (3)當溫度自補償應變計所要求使用材料的線膨脹系數與試件材料有微小差異時,應選用兩片或四片應變計組成半橋或全橋,以消除熱輸出所帶來的影響。
  (4)采用1/4橋路進行高精度應力測量時,除安裝在試件表面的工作應變計外,還應在與試件材料相同的補償塊上安裝相同的應變計作為補償片,并與工作片處于相同的環境條件下,這兩片應變計應分別接在惠斯通電橋的相鄰兩臂,以消除熱輸出的影響。

 

   蠕變標號的選擇:

  (1)首次使用時,可選用一種或兩種蠕變相差較大(蠕變標號不同)的應變計粘貼在彈性體上,根據實測的綜合蠕變大小和方向最終確定與傳感器相匹配的蠕變標號。
  (2)對彈性體材料、結構相同的傳感器來說,量程越小,蠕變越正,應選擇蠕變越負的應變計。
  (3)不同的彈性體材料具有不同的蠕變特性,應選用不同蠕變標號的應變計。
  (4)傳感器的蠕變系數除與彈性體、應變計、粘結劑等主要因素有關外, 還受密封結構形式、防護膠、生產工藝參數等影響。這種誤差的量值和方向是可預知的,選擇蠕變標號時應一并考慮。


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