电阻应变片精选(九篇)

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第1篇：电阻应变片范文

关键词 传感器；制造；焊接技术；应用

中图分类号： TP212 文献标识码： A

焊接技术指的是在高温或者高压的条件下，将需要连接的材料连接成一个整体。目前，焊接技术逐渐朝着自动化、数字化、智能化的方向发展，并在各行各业均有广泛的应用。其中，其在传感器的制造中便发挥着至关重要的作用。传感器在实现信息的自动化检测和控制中的用途极为突出，但是随着科学及信息技术的发展，传统的焊接技术已经不能满足其对于传感器质量、准确性、灵敏性的需求。因此，笔者对焊接技术在传感器制造中的应用展开了较为系统的论述，以期促进传感器制造中焊接技术的创新与完善。

1 焊接技术与传感器制造的关系概述

焊接技术是一项将两种或多种母料连接在一起的工艺，其具有效率高、花费低、连接稳固可靠、适于批量生产等优势，从而逐渐取代了传统的螺纹连接、黏结等连接工艺，广泛应用于工业、建筑业、机械制造业等领域。同时，传感器作为一种精密的检测装置，也使用了焊接技术进行制造，且随着焊接技术的发展进步，其在传感器制造中也得到了越来越迅速的发展应用。由于焊机类型各不相同，其焊接原理也存在差异，因此，为了更加高效便捷的完成传感器的制造，并保证其达到具体应用条件对其性能的要求，就要选择恰当的焊机。此外，还要在掌握焊接工艺基本要求与操作规范的基础上，不断改进创新工艺，以进一步提高传感器制造的效率，降低生产成本，避免安全隐患，为企业和社会创造更大的综合效益。

2 焊接技术在传感器制造中的具体应用

2.1传感器壳体间的焊接

在传感器的制造过程中，对焊技术是普遍使用的焊接工艺之一。对焊指的是将两个外径相同的母料焊接在一起。传感器种需要对焊的壳体的内部装有线缆、芯片、电路等零部件，因此，为了避免或者减小焊接对零部件的损坏，就需要在保证焊接强度足够使壳体牢固连接为一体的条件下，使焊接电流尽量维持在较小的范围内。此外，还要求在焊接结构上进行特殊的工艺设计，例如常用的焊唇结构，在焊接时，其不仅有利于热量的集中，还能在电流较小的条件下，使得需要对焊的壳体牢固的焊接为一体，并且在微束等离子焊接、氩弧焊中还能够有效减少焊弧偏移的程度。如果需要对较为复杂的壳体或者相贯面进行焊接，可以采用钎焊技术。在进行钎焊之前，要先按规范装配待焊接的零部件，然后在需要实施焊接的部位灌以焊料。在焊接前，需要把上述已灌注焊料的零部件放入高温炉中，焊料熔点较低，在高温作用下会逐渐熔化，从而达到焊接的目的。

2.2波纹膜片的焊接

传感器用于各种测量，并将检测到的信息以所需的形式输出。其中，用于测量压力的传感器要求把敏感芯片和被测介质分离开来，因此需要在制造传感器时焊接波纹膜片以起到分隔作用。通常来说，波纹膜片与需要与其相焊接的传感器部分的质量、厚度是不同的，因此，这类焊接技术以采用激光焊接、电子束等离子焊接等焊接工艺为宜。这些焊接技术具有美观、热影响较小、焊接深宽比大等显著优势。最常用的焊接方法是激光焊接，操作时，首先要将电流和频率调节到最适值。一般情况下，应该在保证焊接面能够熔化的基础上，尽量减小电流值，同时增大频率。这样做的目的是保证焊接面焊接质量的良好，还能避免发生瞬间击穿波纹膜片的情况。从焊接结构方面考虑，最常选择的是夹持焊接技术，具体做法是：在焊接时把波纹膜片夹置于中间部位，其一侧采用的压环或者接头的质量和厚度都要相对大一些，并需要将其另外一侧与传感器壳体相焊接在一起。这样能够确保焊接的稳固可靠性，还可以更好的发挥波纹膜片的隔离作用。

2.3管帽、管壳与传感器基座的焊接

随着科学技术的发展进步，传感器逐渐具备了微型化、数字化、集成化、智能化、自动化等现代化设备的特点。为了与其上述性质相适应，管帽、管壳与传感器基座相互连接更多的采用了焊接技术，其焊接最常见的方式是电阻焊。电阻焊技术效率高，焊接质量及安全性更加可靠。在电阻焊的过程中，最值得注意的是，要尽量使两焊接面之间的接触电阻值保持较大值，这样可以有效减小焊接所产生的热影响。管帽、管壳与传感器基座的焊接结构采用的是增加焊接筋和焊接凸台的方式，这也有利于增大焊接面之间的接触电阻。此外，在工装方面，采用具有较好导热性能的材料（例如，铜和铝）；如果焊接面之间存有难以处理的油污、氧化物等杂质，或者待焊接的材料的导热率都比较高，可以选择使用电阻焊中的双波焊技术 。在双波焊的操作过程中，首先释放出脉冲相对较小的电流，产生一部分热量加热零部件并清理焊接面的油污、氧化物等，然后再放出脉冲相对较大的电流，使管帽、管壳和传感器基座牢固焊接在一起。

3.传感器在机电一体化系统中应用

3.1机器人用传感器工业机器人之所以能够准确操作，是因为它能够通过各种传感器来准确感知自身、操作对象及作业环境的状态，包括其自身状态信息的获取通过内部传感器(位置、位移、速度、加速度等)来完成，操作对象与外部环境的感知通过外部传感器来实现，这个过程非常重要，足以为机器人控制提供反馈信息。

3.2机械加工过程的传感检测技术

3.2.1切削过程和机床运行过程的传感技术。切削过程传感检测的目的在于优化切削过程的生产率、制造成本或(金属)材料的切除率等。对于机床的运行来讲，主要的传感检测目标有驱动系统、轴承与回转系统、温度的监测与控制及安全性等，其传感参数有机床的故障停机时间、被加工件的表面粗糙度和加工精度、功率、机床状态与冷却液的流量等。

3.2.2工件的过程传感。与刀具和机床的过程监视技术相比，工件的过程监视是研究和应用最早、最多的，多数以工件加工质量控制为目标。20世纪80年代以来，工件识别和工件安装位姿监视要求也提到日程上来。粗略地讲，工序识别是为辨识所执行的加工工序是否是工(零)件加工要求的工序；工件识别是辨识送入机床待加工的工件或者毛坯是否是要求加工的工件或毛坯，还要求辨识工件安装的位姿是否是工艺规程要求的位姿。

3.2.3刀具(砂轮的检测传感。切削与磨削过程是重要的材料切除过程。刀具与砂轮磨损到一定限度(按磨钝标准判定)或出现破损(破损、崩刃、烧伤、塑变或卷刀的总称)，使它们失去切(磨削能力或无法保证加工精度和加工表面完整性时，称为刀具／砂轮失效。工业统计证明，刀具失效是引起机床故障停机的首要因素，由其引起的停机时间占N C类机床的总停机时间的1／5 1／3.此外，它还可能引发设备或人身安全事故，甚至是重大事故。

3.3汽车自动控制系统中的传感技术。随着传感器技术和其它新技术的应用，现代化汽车工业进入了全新时期。汽车的机电一体化要求用自动控制系统取代纯机械式控制部件，这不仅体现在发动机上，为更全面地改善汽车性能，增加人性化服务功能，降低油耗，减少排气污染，提高行驶安全性、可靠性、操作方便和舒适性，先进的检测和控制技术已扩大到汽车全身。在其所有重点控制系统中，必不可少地使用曲轴位置传感器、吸气及冷却水温度传感器、压力传感器、气敏传感器等各种传感器。

4结论

综上所述，由于焊接技术逐渐朝着自动化、数字化、智能化的方向发展，并且其具有高效、环保、成本低、生产快捷等显著优势，由此，在传感器的制造行业中获得了越来越广泛的应用。焊接技术工人应该系统掌握不同焊接方法的操作规范、技术要领和适用条件，使得焊接技术更好的应用于传感器的制造工艺中，创造更大的经济效益和社会效益。

参考文献

[1]段九勋.焊接技术在传感器制造中的应用[J].中国仪器仪表，2006（2）：89-90.

[2]Markus Kogel-Hollacher.新型传感器在遥控激光焊接技术中的应用[J]. 世界制造技术与装备市场，2006（2）：107-108.

第2篇：电阻应变片范文

关键词：天然气管道；应力分析

中图分类号：U473.2+4文献标识码： A 文章编号：

前言

管道应力分析方法的研究一直都受到人们的关注，各国学者从不同途径对管道应力分析方法进行了大量研究。某天然气分输站阀室管道自建成运行以来，发现地基有沉降现象，为确定敷设在此软土地基上管道的应力水平，应用应力测试方法对管道关键部位进行长达半年多的应力监测。通过应力测试，获得管道运行时的应力变化状况，从而为管道的安全评定积累大量数据。同时，对现场管道进行沉降测试，测试结果为下文综合分析沉降作用对管道应力的影响提供有力的支持。

一、现场基本情况

（1）环境介绍

阀室所在地为东亚季风气候区。冬季干燥寒冷，夏季温暖潮湿，年平均气温为22.3℃。管线部分以填海人造平原地貌为主，沉积了较厚的海相冲积物。根据岩土的工程特性、场地内岩土层分为：上部土层为人工填土（素填土）、近代海相冲积层（粘土、粉细砂、粗砂、淤泥质土），基底岩石为燕山三期花岗岩（全风化花岗岩）。

(2)试验对象

天然气从生产到销售需经过采集、净化、运输、配气等过程。整个过程都是在密闭的管道或容器中完成的。采集、运输、配气过程所用的的管道分别称为矿场集气管线、长距离输气管道、城市输配管网。

长输管道是连接脱硫净化厂和城市门站之间的管道。对于一条输气干线，一般有首站、增压站、分输站、清管站、阀室和末站等不同类型的工艺站场。长输管道必须具备以下各项功能：计量功能、增压功能、接收和分输功能、截断功能、调压功能、清管功能、储气调峰功能。典型的长输管道系统构成如图1所示。

注：1-输气首战：2-输气干线：3-气体分输站：4-城市门站（末站）：5-气体处理厂：6-气体接收站：7-增压站：8-截断阀室：9-清管站：10-河流穿越：11-输气支线：12-进气支线

图1 长输管线系统构成图

本试验的研究对象是某天然气阀室管道。根据设计要求，在输气干线约20～30km范围内应设置阀室，在特殊情况下，如河流等穿越处两侧应分别设置阀室。阀室的典型流程如图2-2所示，分别由快速截断阀和放空阀组成。

图2 典型阀室工艺流程图

阀室的主要作用有两个：一是当管线上、下游发生事故时，管线内天然气压力会在短时间内发生很大变化，快速截断阀可以根据预先设定的允许压降速率自动关断阀门，切断上、下游天然气，防止事态进一步扩大；二是在维修管线时切断上下游气源，放空上游或下游天然气，便于维修。

本文研究对象——阀室的平面布置图如图3所示。此阀室共分为七个区，其中①为截断阀室7.8m×7.2m；②电池室3.9m×3.6m；③配电仪控室6.9m×3.6m；④小门，宽1.5m；⑤放空管DN200，h15000；⑥围墙，高2.0m；⑦发球阀组区。干线管道采用L450MB，尺寸为660 14.2mm；支线管道采用L360MB，尺寸为 323.9 8.8mm；放空管道采用L245MB，尺寸为 219.1 8mm。

图3 阀室平面布置图

二、试验方案

本试验采用电阻应变-应力（电测法）测试方法。这种方法具有灵敏度高、测量精度高、测量范围大、能适应各种环境使用等一系列优点，在工程结构应力测试中有广泛的应用。电测法的原理是通过测量粘贴在结构上的电阻应变片的变形，把应变转换成电阻改变量，再通过电阻应变仪将其转换为电压信号，经放大器放大后，经刻度尺或数字显示仪显示，并记录应变变化值。最后，将测得的应变值换算成应力值。本测试采用直角应变花，1/4 桥连接，并选了适当的温度补偿以消除温度对测试结果的影响。测试数据经修正后，利用弹性理论计算出应力水平。

应力试验 1/4 桥测试原理图如图4 所示。

图4 测试原理图

图 2-4 中，R 为测量片电阻，R0为固定电阻，Eg为桥压，KF为低漂移差动放大器增益。设其输出电压为Vo，应变计的灵敏度为K，则可得输入的应变量为：

(2-1)

式中：——视应变量，即应变读数；

——输出电压，V；

——桥压，V。

根据需要，电阻应变计采用采用聚酰亚胺基底，康铜箔制成，全密封结构的BA系列，具有可温度自补偿，延伸率高，耐湿热性好，灵敏系数高，使用温度范围宽，适用于150℃以内的精密应力分析和高精度传感器。试验采用 CM-1J-32 型静电阻应变仪。

三、试验步骤

(1) 测点布置

在多次现场勘查和反复论证的基础上，选取了①和⑦区管道关键点进行应力测试。测点选择根据管系的结构、走向及受力设置，原则是管系应力的最大部位。本试验选择①和⑦区的三通及弯头处粘贴应变片。现场测点分布见表1和图5、6(a)和b)所示。

图5 测点布置图①

图 6 测点布置图⑦a)

图6 测点布置图⑦b)

表1 管道测试布点

注：测点编号说明——字母 A、B 表示①、⑦区应变片编号；第一个数字表示测试点；第二个数字 1 表示环向应力， 2 表示轴向应力。

(2) 贴片及防护

在管道关键部位按计划进行贴片，具体步骤包括：测点表面处理（打磨、清洗、划线定位等）、贴片（选片、检测阻值、贴片、焊出引线及作好标号等）、固化处理及粘贴质量检查（外观、阻值及绝缘检查）等。考虑到应变片需要经历半年多以上的日晒、雨淋等环境影响，试验中对应变片进行了防潮防水等处理。

(3) 接线与调试

测试系统一般由被测对象、传感器、信号调理、传输、信号处理、显示记录及反馈控制等部分组成。本试验测试系统接线图为：

图7 应变测试接线图

按图7 进行接线，为保证测试数据的可靠性和精确性，测试前按照仪器操作规程预热30分钟，经调试正常后开始测试。在进行现场应力测试之前，采用SSA型标准应变模拟仪对静态应变仪进行校验。经校验的应变仪误差范围在 2%以内，符合测试的要求。产生误差的原因有电压的波动、周围存在电磁场、环境温度等，但相对误差数值表明静态应变仪比较稳定，具有较高的精确度。

(4) 测试与记录

准备完毕后，分别进行查找机箱、平衡操作、参数设置、采样操作、显示与存储结果、数据处理等操作，完成测试并记录好测试过程中管道的工况及环境参数等。

(5) 测试计划与实施

为了使试验数据具有连续性，了解管道的应力变化情况，计划并实施了长达半年多的应力跟踪测试试验。通过试验，积累了大量的现场数据，为分析和评定管道的应力水平和安全状况提供可靠的数据资料。

四、试验数据处理

在进行电阻应变测量时，需要评价测试数据的可信度，也就是在进行试验及数据处理之前，应对试验中可能产生误差的因素加以分析，找出误差可能产生的原因和它们的规律，设法减少误差对测试结果的影响。

（1） 误差分析与数据修正

①导线电阻

由于导线本身存在一定的电阻，而且它和电阻片是串联在电阻应变仪的桥臂上，所以导线的电阻也是桥臂电阻的一部分，但它本身不参加变形。试件变形后的应变，若不考虑导线电阻的影响时，则：

(2-2)

而实际导线电阻已串入桥臂上，所以试件变形后的视应变量为：

(2-3)

式中：——试件的应变量；

——视应变量，即应变读数；

R ——电阻片的电阻值， ；

R ——试件变形引起的电阻片的电阻变化量， ；

RL——与电阻片两头连接的两根导线的总电阻， ；

K ——电阻片的灵敏系数。

如果使用长导线，而精度要求较高时，则应加以修正。为了使视应变量与试件的真实应变 相等，则需修正灵敏系数K值。

(2-4)

为了测试方便，如若不对灵敏系数 K 值，则可修正视应变。即由，可得 )(2-5)

②温度

如果补偿片及其导线与工作片及其导线在同一温度场时，温度的影响一般不存在。但在下述两种情况下要考虑到温度对于导线的影响。

a) 工作电阻片与补偿片的导线电阻相同，但二者温度变化不一致。例如一般在现场实测时，工作片的导线与补偿片导线的走向不一致，因此它们不在同一温度场内。

b) 工作电阻片与补偿电阻片不相等，但导线在同一温度场内。若两导线的电阻差为 r ，则由于温度变化引起的仪器的零点漂移可按下式计算：

(2-6)

式中： ——导线的电阻温度系数，一般导线；

r——工作电阻片导线与补偿电阻片导线的电阻差，

t ——温度变化，℃。

长导线所产生的温度效应不能忽视。温度的变化还会引起电阻片电阻丝的尺寸及电导率、电阻丝电阻、被测试件尺寸以及粘贴胶层性能的变化等，这些因素将会导致非真实试件的应变。解决方法是使工作片与温度补偿片所用的导线长度、规格、所处环境温度相同。

本试验采用 1/4 桥，并配以相应的温度补偿系统，工作片与补偿片使用相同长度和规格的导线，且使两者基本处于同一温度场。在实验室模拟现场进行的温度试验也证实了本试验系统受温度影响不大，故忽略。

③灵敏系数

电阻应变片的灵敏系数 K 是指单位应变所引起的应变片阻值的相对变化。由于K值是采用抽样标定的，因此生产出的电阻片不可能每片 K 值都完全一样。一般其标准误差的大小与生产工艺是否完善、产品质量是否稳定有关。标准误差小于1%的电阻片属于A级产品，其电阻片中电阻丝的形状和尺寸的重复性好，产品质量较稳定。

④应变片粘贴方位

现场测量时电阻应变片粘贴方位不准确将直接影响测量结果的准确性。应变片的粘贴方位偏差带来的测量误差不仅与贴片偏差角有关，而且还与预定粘贴方位与该测点主方向的夹角有关。在一定范围内，预定方位与主方向的夹角越大，贴片方位偏差造成的测量误差也越大；当应变片沿主方向粘贴时，贴片方位偏差造成的测量误差一般不大；当应变片与主方向夹角在临界角方位附近，微小的偏差角也会造成很大的测量误差，所以在此方位附近贴片时应特别注意。

本试验中，应变片贴片时，均经过划线定位沿主应变方向粘贴。

⑤应变胶粘剂及防潮剂

应变计是通过胶粘剂与试件粘贴在一起。其应变传递过程是：试件变形-胶粘剂层-应变计基底-敏感栅（箔栅），由箔栅电阻的变化测知应变计电阻变化，从而可知试件的受力大小。因此，胶粘剂传递应变的真实程度直接影响到测试结果的可靠性。常温条件测量结构应力的粘贴剂主要是能瞬间固化的 a-氰基丙烯酸酯（502 快干胶）。

本试验过程中，被粘物在表面处理后应立即进行粘结操作，同时考虑到测试环境及周期长的特点，在粘贴好应变片并固化后，采用 705 密封胶、环氧树脂再固化密封等多重防护措施对应变片进行了防潮防水处理，尽可能减小测试误差。

（2） 测试数据处理与分析

将修正后的数据分别代入物理方程计算应力。试验中采用直角应变花。

主应变：

（2-7）

主应力：

(2-8)

式中：——第一主应变，此处即为环向应变；

——第二主应变，此处即为轴向应变；

——剪应变；

——第一主应力，MPa；

——第二主应力，MPa；

E——管道弹性模量，MPa；

——泊松比。

为了不影响正常的输气需要，同时跟踪测试管道系统八个多月的应力变化情况，以第一次（7 月）的测试结果为参照，第二至八次（8 月至次年 2 月）测试值相对于第一次测试值反映了管道应力在不同压力、温度、现场沉降条件下的变化情况，测试时管线压力与温度如表 2-2 所示，①区和⑦区的应力测试结果分别如下表 2-3、2-4 所示。应力变化曲线图如图 2-8、2-9 所示。

表 2-2 管线压力与温度

表 2-3 ①区应力测试结果

表 2-4 ⑦区应力测试结果

图8 ①区测点应力变化图

图9 ⑦区测点布置图

由图8、9 可知 7 个月内管道应力改变量的变化趋势。①区管道应力改变量范围在(-5，45)MPa，⑦区管道应力改变量范围在(-20，20)MPa。初次测试时，时值七月，管道系统压力为 5.33MPa，温度为 30.27℃。测试期间，管道压力较初次测试时改变量在(-0.15，0.72)MPa，温度较初次测试时改变量在(-5.95，0.42)℃。总体来说，正常工作状态下，阀室各点在测量时段时内的应力变化值波动范围较小，趋于平稳。

图8、9 中的应力改变量是一次应力和二次应力之和的改变量。该值包含了设计中无法和没有考虑的因素，弥补了设计、施工和实际运行之间的差异，真实地反映了管系的应力改变水平，是评定管系安全性和剩余寿命估算的主要科学依据。

第3篇：电阻应变片范文

关键词：液压支架 应力 检测

中图分类号：TH237 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）06（b）-0064-02

Hydraulic Support Stress Detection Circuit Design

Zhang Kai

（China Inner Mongolia PingZhuang Coal Group LTD FengShuiGou Coal Mine，ChiFeng Neimenggu，024081，China）

Abstract：Analyzes the stress of hydraulic support，uses resistance strain gauge as sensor，design stress detection circuit to detect the parts of stress concentration.Shows the design of the circuit，and calculates the parameters.The output of the circuit can access to hydraulic support control system or mechanized mining control system，it can forecast and prevent of stent fracture and other serious accidents，so has value to apply.

Key Words：Hydraulic Support；Stress；Detection

液压支架是煤矿综合机械化采煤设备的重要组成部分，也是综采工作面装备中数量最大的装备。它通过支撑和控制工作面的顶板，来控制采煤工作面矿山压力，隔离采空区，防止矸石进入回采工作面和推进输送机。液压支架与采煤机配套使用，实现采煤综合机械化，可以进一步改善和提高采煤和运输设备的效能，减轻煤矿工人的劳动强度，最大限度保障煤矿工人的生命安全。

液压支架按其结构特点和与围岩的作用关系—般分为三大类支撑式、掩护式、支撑掩护式三类[1]。采面围岩以外载的形式作用在液压支架上，在施工中，重要的是使液压支架的各支承件合力与顶板作用在液压支架上的外载合力在同一直线。

本文在分析液压支架受力模型的基础上，结合工程实践经验，确定应力较大的容易发生故障的点，设计检测电路对这些部位进行监测。

1 液压支架的故障分析

液压支架主要由支撑框架和液压及控制系统组成，承受重载和冲击，工作环境恶劣。实践和有关统计资料表明，在生产过程中，大部分故障是因为各种失效引起的，导致液压支架故障的主要原因有两个：（1）人为因素及地质条件引起；（2）机件失效而引起[1]。其中，由于承载过大或受力不均造成液压支架某些部件断裂，会产生极大危害，应该采取有效的预防措施。

底座是液压支架整体结构受力最为复杂和集中的部位，由于外载的变化及地质条件的影响，底座受力情况复杂，在工作的工程中除了支撑力，还往往受到扭转力作用，可能产生裂纹及裂纹扩展。因此，底座常常表现为主筋断裂和球窝碎裂这两种故障。

文献[3]用有限元分析法对某型液压支架进行了受力分析，结果表明：顶梁（底座）两端受集中载荷时，中部会有较大的变形，柱窝四周应力较大；顶梁（底座）受扭时，载荷的同侧变形不大，而另一侧会发生很大变形，筋板与盖板连接处应力会很大，在顶梁方垫块处受力最大[3]。

根据上述分析，对受力较大的部位进行应力监测。

2 应力检测电路设计

电阻应变计是一种用途广泛的高精度力学传感元件，它能把构件表面的变形量转变为电信号，其工作原理是基于金属导体的电阻-应变效应。

设一根金属电阻丝，其材料的电阻率为ρ，原始长度为L。假设其横截面是直径为D的圆形，面积为A，初始时该电阻丝的电阻值为R：

（1）

在外力作用下，电阻丝会产生变形。

金属丝长度的相对变化即应变，表示为， （2）

在常温下，许多金属材料在一定的应变范围内，电阻丝的相对电阻变化与丝的轴向长度的相对变化成正比。即：

（3）

式中，Ks为单根金属丝的灵敏系数。根据这一规律，即可设计出将应变信号转换为电信号的电阻应变计。

应力检测电路采用电桥，如图1所示，其中NI是恒流源，电流I=10 mA。缓冲器、电阻应变片RS1、RS2和内部取样电阻RS3、RS4组成电桥。恒流源与模拟多路开关串接后接在桥路的输入端，在取样电阻RS3、RS4前串接缓冲器，作用是内半桥通过缓冲器采用恒压驱动，恒流经过模拟多路开关，再经过导线、应变片RS1、RS2在A、B点产生电压，再由两个缓冲器在D点产生电压，VB、VD送放大器放大、滤波、AD转换等。

由（图1）可知：

（4）

式中，r是导线电阻，RS1、RS2是应变片电阻，RS3、RS4是取样电阻。对于公共补偿测量，工作片RS1=R+ΔR，补偿片R2=R。设RS3=RS4，则

对于二片测量，及半桥模式工作片RS1=R+ΔR，工作片R2=R-ΔR，有

（5）

对于四片测量，则不需加缓冲器，RS3、RS4同样是工作片，经简单计算，电桥输出

（6）

由分析可知，该电路的输出只与激励电流、应变片电阻、应变片灵敏系数及应变值有关，与导线电阻无关，也与模拟多路开关导通电阻无关。同时，对于大应变测量，该桥路也没有非线性，精度高。

由当即满负载时，

mV

采用仪表放大器AD623，供电电压5 V，参考电压基准REF=2.5 V。选择放大倍数120倍，将±20 mV的电桥输出差模电压动态范围可放大至0.1～4.9 V。

电桥的两个端点分别接到AD623的正负电压输入端进行差分放大，放大倍数由电阻值设定，其增益计算公式为

（7）

电阻值为840Ω，放大倍数为120倍。

电桥输出的信号经差分放大后被送入低通滤波单元，选择二阶有源低通滤波网络，由于电阻应变片用于静态测量，信号频率很低，故选择截止频率

Hz

经放大滤波后的信号即可作为普通模拟量信号接入现有的液压支架控制系统[4]。

3 AD转换

当应力检测点比较多时，控制系统模拟量输入的成本较高。为降低成本，可以把前述检测信号，经AD转换器转换成数字量处理。

根据前面计算和系统要求，选用的AD转换器至少有0.16 mV的分辨率，若以5 V供电，则AD转换器为15位即可满足分辨率要求。本设计选用16位AD转换器ADS7807。ADS7807采用单5 V电压供电，是一款低功率16位模拟数字转换器，带有采样保持、时钟、内部参考电压和并行串行微处理器接口。ADS7807的最大转换时间为2.5μs，误差±1.5LSB。ADS7807可以提供工业标准的-10～10 V，0～5 V和0～4 V三种满量程范围，使用灵活方便[5]。

根据检测电路的计算，应选择0～5 V输入电压范围，并行总线输出数据，内部时钟模式，参考电压选择电桥的参考电压，以减少误差。

ADS7807的转换通过管脚CS和RC实现的。CS和RC同时保持低状态至少40 ns，ADS7807进入保持状态并开始转换，BUSY脚变低直到转换结束，这时内部输出寄存器的值被更新。因此通过查询BUSY管脚的状态就可以知道转换是否结束，进而进行转换数据的读取。当与BYTE为低时，数据线是转换结果的高8位，当BYTE为高时，数据线出现转换结果的低8位。通过两次读取就可得到转化的16位数据[6]。

综上所述，通过恒流电桥的作用，电阻应变片电阻的变化转化为电桥输出的变化，再经过放大、滤波、模数转换，变为可被处理的数字信号。

ADS7807与51系列单片机的连接如（图2）所示。

4 结语

本文设计了液压支架应力检测电路，可对液压支架应力集中、容易损坏的部位进行实时监测，对这类故障进行预报和预警，对采掘工作人员的安全保护都很有意义。实验证明，该电路的精确性和稳定性能够适应井下生产环境，满足生产需要。

参考文献

[1] 孙洪飞.煤矿液压支架应用现状与发展趋势[J].民营科技，2013，1：148.

[2] 李飞谷.煤矿液压支架故障分析及应用[J].矿业天地，2008，10：304.

[3] 马园园，谢里阳，洪岸柳，等.液压支架应力测试研究及有限元分析[J].机械设计与制造，2012，11：34-36.

[4] 杜欢兴，夏润生，张桂茹，等.液压支架分布式计算机控制系统[J].创新科技导报，2012，32：166-167.

第4篇：电阻应变片范文

关键词：结构试验；静态电阻应变仪；等强度梁；桥路；本科教学

中图分类号：TU37；G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）48-0215-02

《建筑结构试验》是一门实践性很强的专业课程，单纯的理论教学过于抽象，给学生理解和本科教学带来了困难，理论教学应围绕具体试验操作展开[1-3]。本文结合本科教学中的个人体会，以静态电阻应变仪操作试验为例，从试验目的、试验设备、试验原理、试验步骤及试验报告五个方面，指出教学中具体应讲解的重点，为本科教学提供参考。

一、试验目的

首先要强调试验的五个主要目的，包括：①熟悉静态应变仪的操作方法。②掌握静态电阻应变仪测量的基本原理。③学会电阻应变片作半桥及全桥测量的接线方法。④掌握等强度梁的受力特征。⑤掌握应变数据的处理方法。

二、试验设备

1.应变测试系统：教学中可采用学生实验用静态应变仪，如东华DH3818，其主要特点是直流供电，自动平衡，LED数码管显示应变值，操作简单便于学生掌握。

2.等强度梁：教学中应分析等强度梁的受力特征，让学生掌握等强度梁的理论计算方法。

三、试验原理

试验原理的教学主要是讲解清楚电阻应变片采用不同桥路时的工作原理及其接线方法。具体教学时，可分为半桥接线与全桥接线两种情况，总结如下：静态电阻应变仪的读数ε仪与各桥臂应变片的应变值εi有下列关系：ε仪=（ε1-ε2+ε3-ε4） （1）。

式中ε1、ε2、ε3、ε4分别为各桥臂上应变片的应变值。

（一）半桥接线方法

1.半桥单补接线方法：如果应变片R1接于应变仪AB接线柱，温度补偿应变片R2接于BC接线柱，则构成外半桥，见图1（a）。另外，内半桥由应变仪内部两个无感绕线电阻构成。应变仪读出的应变值为：ε仪=ε1 （2）

2.半桥互补接线方法：若梁上同一截面处的压区和拉区分别贴应变片R1和R2，接于AB和BC接线柱，则构成半桥，见图1（b），两电阻应变片既属测量片又互为补偿，应变仪读出应变值为：ε仪=ε1-ε2 （3），又因ε1=-ε2，所以有ε仪=2ε1 （4）

（二）全桥接线与测量

1.全桥单补接线方法。如果梁上同一截面的拉区贴片R1、R3接于AB、CD接线柱，温度补偿应变片R2、R4接于接线柱BC、DA，构成全桥，见图2（a）。应变仪读出应变值为：ε仪=ε1+ε3 （5），因ε1=ε3，故有ε仪=2ε1 （6）

2.全桥互补接线方法。若梁上同一截面的拉区应变片R1、R3仍接于AB和CD接线柱，而压区贴应变片R2、R4，并接于BC和DA接线柱组成全桥，见图2（b），则应变仪读出应变值为：ε仪=ε1-ε2+ε3-ε4 （7），因ε1=ε3=-ε2=-ε1，故有ε仪=4ε1 （8）

四、试验步骤

主要区分预加载与正式加载两个步骤。关键是通过预加载检查和调试仪表和装置，通过正式加载观察相同荷载情况下应变仪读数与不同桥路的关系。

五、试验报告

根据笔者多年的教学试验发现，对于应变数据的处理学生存在较大问题，为此教学中应着重讲解应变原始数据的处理方法[4]。试验报告应着重分析以下三方面的内容：（1）按试验要求整理出各种应变测量数据，并作应变仪按半桥和全桥接线测量的比较。（2）讨论不同桥路接法的优缺点和使用条件。（3）根据等强度梁的参数和支承条件做出理论计算，对比分析理论计算值与实测值的差异。

通过以上分析可知，在实际教学当中，理论教学应围绕具体试验操作展开，让学生能全面、准确地理解建筑结构试验中的试验原理和试验方法，提高试验操作的动手能力。

参考文献：

[1]祝明桥，黄海林.混凝土结构设计原理[M].长沙：中南大学出版社，2015.

[2]刘明.土木工程结构试验与检测[M].北京：高等教育出版社，2008.

第5篇：电阻应变片范文

【关键词】应变检测；工程应用

中图分类号：TU74文献标识码： A

一、前言

力学中的应变检测法是对工程结构形变的有效检测方法，能够随时获取信息，保证施工安全。

二、关于应变测量方法

应变是力学中的和结构变形有关的重要概念,应变片是利用电阻感应现象制造的对应变能灵敏感应的仪器,应变片的种类有应变片、十字应变片、应变花等。应变的测量有一般抗力测量、复合抗力测量、静应变测量、动应变测量等各种各样的测量。目前,由于制造水平和测量技术的提高,应变测量法将在工程中广泛使用。

1、电阻应变片的基本工作原理:电阻应变片的工作原理是基于导体的应变效应,也就是利用导体的电阻随机械变形而变化的物理现象。

由物理学知,金属导线的电阻R与导线的长度L,截面积S及电阻率之间的关系:R/R/=//+(1+2)=K_测得R/R就可以求得平均应变。

2、各种应变片及其选用:在使用中,要求测应变电阻丝周围的粘贴剂能把电阻丝粘得非常牢固,以保证应变的传递。丝绕式应变片由于价廉,使用方便,能满足一般测试要求,因而在早期被广泛采用。短接式和印刷式应变片具有精度高,横向效应小的特点。此外,尚有温度自补偿应变片,聚酰亚胺基底应变片。特殊应变片有:大变形应变片(塑性应变片),高、底温应变片,裂纹应变片,半导体应变片。

3、应变片灵敏系数的测定:前面灵敏系数k是单根电阻丝,对于纵向有数根的电阻应变片,k与k_是不同的。

4、静态应变测量:如果测点主应变方向已知,或者只要求测量某一给定方向的应变。在这种情况下,我们只需要沿主应变方向或给定的方向粘贴应变片(工作应变片)即可。(温度补偿片另行适当安排)应变片感受的应变通过应变仪而测得,测点的应力就可通过虎克算出。为了取得良好的测量结果,一般还必须根据荷载种类和桥路特性对应变片在被测物上的粘贴位置和桥路中的接线方式进行适当考虑。

如果测点主应变方向未知,在这种情况下,我们通常用贴在同一测点的几个方向不同的应变片构成的所谓应变花(应变丛)给出该点几个方向的线应变,经过计算和图介求出主应变大小和方向,并进而取得主应力大小和方向。

三、应变检测法的测量

1、单轴向拉伸:电阻应变片布置方式沿纵向,将工作片R1贴在杆件上,与工作片相同的应变片R2贴在与杆件相同的材料上作为温度补偿片。(即所谓半桥接法)当二者处在同一温度场时,若因温度变化而引起的电阻改变为:R1T=R2T因应变而引起的电阻改变为:R1=KR1,R2=0。

2、弯曲:由材料力学知,截面形状对称于中性轴的受弯梁,在对称于中性轴的部位其应变等值反号,采用适当的方法布置应变片,可使应变读数加倍,应变仪读数EM=2E。

3、复合抗力下某应变成分的测量

在实际测量中,杆件往往处在比较复杂的应力状态下。如轴可能同时受拉压,弯曲和扭转的联合作用。有时需要把这些因素所引起的应变分开测量,这可以利用电桥特性适当布置应变片而达到我们的目的。

4、多点测量

实际测量中需要测量的点往往很多,数十点甚至上百点,需要测量的应变片则更多,不可能每个测点用一台应变仪或者每测完一点重新换接线一次。实际上是采用多点接线箱或预调平衡箱,使各点的应变片依次接入应变仪,顺序测量各点的应变。能够这样做,当然要被测物所受荷载与时间无关(即静载或稳定的周期性载荷)。

5、动态应变测量

动态应变是指应变随时间而变化的情况。动态应变有周期性,非周期性,随机动态应变三种情况目前,常用的动态应变测量的记录和显示装置是:光线示波器;电子示波器;纸笔式记录器;磁带式记录器。

四、应变检测法在工程实际中的应用

某站位于河北某工地，本站使用高应变和静载相结合的方法对此工地的全盘桩基进行检测。在高应变检测其中一座建物的8#桩时出现了数据异常，其数据曲线见图1，用波形拟合法进行数据拟合，拟合参数见附件1，拟合结果图形见图2，经过拟合分析，得出8#桩的极限承载力为2338kN。然后再对该8#桩进行静载荷实验，实验Q－S曲线见图3，通过Q－S曲线图可近似确定在沉降值为4cm时对应的力值约为2250kN，最终极限承载力取值为2160kN。两种检测方法得出结果十分接近，因此证明了高应变检测方法具有相当的可信度和准确性。

图1单桩竖向静载试验汇总表

图2拟合结果图

图3Q－S曲线图

1、高应变检测方法简介

经过几十年的发展，许多学者提出了很多不同的高应变确定基桩承载力的方法。主要有以下几种：

（1）波动方程法

波动方程法即史密斯于1960年所提出的方法，在“打桩分析的波动方程法”这一著名的论文中，他对锤――桩――土体系提出了用一系列质量块、弹簧和阻尼器组成的离散化计算模型，以锤心初速度作为边界条件，然后利用差分程序编程计算，求出了精确的数值解。由于波动方程法便于计算机编程处理，因此现有的基桩高应变动测技术基本上都是采用该方法为基础。

（2）Case法

Case法是一种简化分析方法，通过列一些假设条件获得一维波动方程的一个封闭接，建立了土阻力和桩顶波之间的一个简单关系，进而求得基桩极限承载力与桩顶所测得的压力和质点速度值的关系。

（3）波形拟合法

虽然Case法具有简单易用的特点，但也具有一定的理论缺陷。波形拟合采用数值试算的方法，有效地克服了Case法的缺陷。其基本思路是：在锤击过程中，可以得到两组实测曲线，即力和速度随时间变化曲线。利用其中一组曲线并对桩身阻抗、土阻力及其他所有桩土作假定来推求另一组曲线值，利用推求值与另一组实测曲线值对比。若不满足则调整假设值继续试算，直到计算值与实测值相符合，此时的桩土参数即为实际的桩土参数值。该方法充分利用了动测过程中所测得的实测值，辅以计算机试算能够有效地确定基桩承载力。

在以上的3种高应变承载力确定方法中，我们认为波形拟合法具有较高的准确性和可信度。多年来，我站一直采用波形拟合法对基桩高应变检测数据进行分析处理，经过大量的试验及动静对比（即同一基桩用高应变检测后再用静载荷进行试验验证的方法），我们认为：波形拟合法是一种较为成熟的承载力确定方法，具有较高的准确性和可信度。

2、基桩高应变检测法的注意点

（1）锤击能量的选择

锤击能量的选择应以高应变检测的目的为原则。高应变检测的目的是为了确定基桩承载力，即土对桩的静阻力。土对桩的静阻力与桩土位移有关，而动阻力与桩土速度有关。桩头作用的冲击荷载不可避免地使得桩身产生速度，从而产生动阻力，虽然动阻力可以利用桩身速度近似计算得出，但计算误差是不可避免的，且速度越大计算误差越大。所以在锤击能量选择时，既要使桩土产生足够大的位移，又要尽量避免桩土速度的产生。一般在桩身阻力较小的情况下，采用桩极限承载力的1%的锤重即可使土的阻力发挥。在桩的阻抗较大情况下，桩的位移明显变小，对土阻力的发挥不利，应适当增加锤重。

（2）原始材料收集

准确的地质条件和桩长资料是影响高应变检测准确度的关键因素。在使用Case法进行检测时的经验参数Jc与地质条件直接相关，若地质资料不完全准确，必然会导致检测产生较大误差；而在使用实测曲线拟合法时也需先假设桩土参数进行试算，仔细分析地质资料能够避免盲目试算。桩长资料则是确定桩体波速的先决条件，若桩长不知，检测则有失败的可能。但在分析计算中，所有参考资料决不可与实测数据相提并论，资料缺乏或不准确时应从实测数据中分析结果，决不可单凭参考资料来分析试桩情况，应掌握“已经核查无误的实测数据为准”的原则。

（3）检测时间选择

桩体施工将对桩周土产生一定程度地扰动，使得桩周土强度降低，从而导致整个桩――土体系的承载力下降。但随着时间的推移，桩周土体强度增加，使得基桩承载力随之提高。而且混凝土桩体强度也是随着时间而增加的。如果测试时间选择过早，则容易低估基桩承载力，造成检测的失误。

（4）传感器安装

传感器安装的好坏直接影响到数据的采集质量，传感器与桩身贴得越紧，安装刚度越大，测试效果越好。同时为了消除偏心的影响，所有传感器必须在桩身同一截面的对称面上成对安装，以保证两者的平均值能消除任何方向的偏心弯矩。

（5）桩头处理

桩头直接承受和传递冲击荷载，在锤击能量较大时，必须配置适当的桩垫（常用胶合板、干燥软木板等作为桩垫），桩垫不但可以缓冲冲击能量，适当延长荷载作用时间，而且能够使桩头受力均匀，符合理论计算中的边界条件。也可以在去除桩头薄弱段后，另外浇制一个接长段来承受冲击荷载，需注意的是，接长段的阻抗需与原桩基本相同，否则会在连接处产生明显反射，影响检测；接长段的长度应该控制在2倍～2.5倍桩径，以便于传感器的安装。

结束语

尽管应变检测法具有显著的作用，但还是需要在实际的施工中大胆应用，要大力推广此项技术，就要有精密仪器设备作为保证，同时还要有高水平的操作人员，只有这样，才能加快应变检测法的应用和推广。

参考文献

第6篇：电阻应变片范文

关键词：电阻应变片压力传感器

Abstract： The resistance strain gauge pressure sensor in practical engineering broader XTR106 chip design low-power， low-drift， low offset adjustable gain nonlinear strain gauge pressure sensor transmitter circuit this article.

Keywords： resistance strain gauge pressure sensor

1.引言

传感器的应用遍及军事、科研、工业、商业、交通、环保、医疗、卫生、气象、海洋、航空、家用电器等各个领域和部门。它是生产自动化、科学测试、计量核算、检测诊断等系统中不可缺少的基础环节。今天，很难找到一个科学领域或产业部门，能够完全脱离传感器而存在。

由于传感器的使用，使生产过程的控制和产品性能的检测才有保证。所以它是提高产品竞争力的强有力手段，是获取经济效益的有效途径。

传感器是将能够感受到的被测量按照一定的规律转换成输出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成，其中敏感元件是指传感器中能直接感受或响应被测量（输入量）的部分；转换元件是指传感器中能将敏感元件感受的或响应的被探测量转换成适于传输或测量的电信号的部分。

传感器种类繁多，有不同的分类方式，按检测功能可分为温度、压力、湿度、流量、速度、加速度、磁场、光通量等，其最常用的是温度传感器、压力传感器和流量传感器。

2.应变片基本结构

应变片基本结构如图1所示，几十年来这种构造几乎没有发生过原理性的变化。

一般用粘合剂将应变片贴在待测物体上， 压阻式传感器通常有四个应变片组成惠斯顿电桥，将应变引起的电阻变化变换成电压变化。

3.变送电路的设计

在传感信号的处理中，由于信号十分微弱（mV）级，所以电路的设计对整个变送器的性能十分重要。变送电路设计如图2所示，采用单片集成电路、两线制、DC24V供电、4～20mA输出方式。

图2变送电路原理图

（1）放大器要有低功耗、低漂移、低失调、增益线性好的特点，才能对传感器的微弱信号进行不失真的放大，保证测量数据的精确。因此选用了XTR106作为该变送器的直流放大器。

（2）整个电路由+24V电压供电（通常有二次仪表提供），同时利用二极管的单向导电性，在输入电路中接入二极管D1以防止电源反接而损坏元件。

（3）电容C2、C3的阻值均为0.01μF，是传感器抗高频干扰电容，用以改善电路的抗高频干扰性能。

（4）传感器的输出电压很小，且在没有外加压力的时候，电桥间也有可能存在不平衡，所以设计调零电阻Rz，使零负荷时输出为4mA。

（5）Rs为满度可调电阻，使满负荷时输出为20mA。

（6）R3为非线性补偿电阻，K1为正或负非线性选择开关。

第7篇：电阻应变片范文

关键词：STC89C52；电阻应变压力传感器；24位AD转换；硬币分拣

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.23.119

1 引言

硬币以其成本低，流通次数多、耐磨损、易回收等无可替代的优势将占领小面额货币市场是大势所趋。在目前国内的小面值货币流通的领域，硬币分拣大多为人工操作，生产率低，浪费劳动成本。部分采用机械式硬币分拣系统，具有系统体积庞大，成本高的缺点。

本文旨在设计以STC89C52单片机为核心的电子式金属硬币分拣装置能够快速清分不同种类的金属硬币，通过 LCD显示硬币种类数量，同时加入了语音播报功能，使得系统的具有智能化、人性化的特色。

2 系统设计方案

由于各个金属硬币重量不同（1角硬币3.2克，5角硬币3.8克，1元硬币6.1克），故系统使用电阻应变压力传感器，对于不同的硬币数值通过HX711芯片将动态变化的阻值进行AD转换，然后驱动步进电机旋转机械臂相应的角度，并通过电磁铁吸合金属硬币至指定出口槽，并通过LCD12864显示硬币类型及数量，以及语音播报。系统方案框图如1：

3 系统电路说明

（1）压力传感器及24位AD：压力传感器采用高精度电阻应变式压力传感器（750g），其主要由弹性体、电阻应变片电缆线等组成，内部线路采用惠更斯电桥，当弹性体承受载荷产生变形时，电阻应变片（转换元件）受到拉伸或压缩应变片变形后，它的阻值将发生变化（增大或减小），从而使电桥失去平衡，产生相应的差动信号，通过HX711芯片（24位AD）可以获得精度在0.1g的重量数值。为了尽量避免外界电磁干扰对24位AD转换数值的影响，选择带金属屏蔽罩的HX711芯片，实测情况良好。

（2）STC89C52单片机：该单片机是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8k字节Flash，256字节RAM， 32 位I/O 口线， 3个16 位定时器/计数器，5个中断源，1个全双工串行口，为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。

（3）步进电机及驱动器：采用两相四线42步进电机，驱动电压12V，电流2A。采用THB6128步进电机驱动器，可以很方便实现对电机的正反转、停转、以及调速控制。通过拨码开关可以灵活调节细分数（8档）控制以及电机电流（6档）控制，使电机转动平稳、噪音小、震动小。

（4）蓝马语音模块：对分拣结果实现语音播报功能。

（5）电磁铁：与步进电机连接的机械臂连接，用于吸合金属硬币，旋转一定角度至指定金属币槽。电磁铁通过继电器控制其导通与关闭。

（6）LCD12864：4行字符液晶，可以显示汉字，带字库，用于显示分拣结果，包括币种、数量等信息。总电路图如2：

随机选择多枚1角、5角、1元硬币测量， 其结果如下：单种硬币测量：每种测量5次，每次20枚，共100枚，准确率100%；混合硬币测量：每种测量5次，每次20枚，共100枚，准确率99%，优化算法，可以达到99.9%以上。

4 结束语

本文所设计的电子式硬币分拣装置，摒弃传统的手工硬币分拣或机械式分拣，结合电阻应变压力传感器、24位AD转换器、步进电机、电磁铁等结构实现电子分拣硬币，具有体积小，识别速度快，识别率高等优点。同时具有分拣结果LCD显示、语音播报等实用功能，具有一定的市场应用前景。

参考文献：

[1]张毅刚.单片机原理及接口技术[M].北京：人民邮电出版社，2011.

[2]单成祥.传感器理论设计基础及其应用[M].北京：国防工业出版社，2010.

第8篇：电阻应变片范文

[关键词]复合树脂传感元件压阻效应

一、材料特性及制做工艺

环氧树脂和固化剂是由广州市东方化工实业有限公司生产的E-44环氧树脂和EP-型固化剂。纳米碳黑为山东淄博华光化工厂生产的HG-IP(黑色粉末),粒径为33nm,氮吸附比表面积为1056m??2/g,比电阻为0.22o.cm复合树脂的制作过程:第一步,将长为200mm的Ф14的光圆钢筋表面打磨光滑,用无水乙醇进行表面清理,干燥后,将其表面涂上一薄层环氧树脂(加入50%固化剂搅拌均匀的树脂)约0.2-0.5mm,确保钢筋与复合树脂绝缘。并在钢筋表面贴上箔式应变片,型号为:BX120-3AA,浙江黄岩测试仪器厂,等固化一天。

第二步,称取一定配比的环氧树脂和固化剂,搅拌均匀,加入稀释剂和增粘剂,搅拌几分钟,再一点点儿的加入纳米碳黑,由于纳米碳黑质轻,易团聚,不易搅拌,加入时要分若干次加,每次确定已充分搅拌后,再加料。第三步,在钢筋中段长2.5cm的范围内涂上搅拌充分的复合树脂,厚度适当,取约1mm为宜。让后缠绕铜丝导线,四根,内侧两个相距1cm,外侧两个相距2cm,最后在复合树脂外层缠绕塑料薄膜,待其固化。

二、试验方法及过程

复合树脂材料固化3天后测电阻极化曲线,固化7天时测压阻效应。试验中所采用的电阻测试方法为四电极法,电阻测量仪器为AgilentCo.Ltd生产的HP34401A数字万用表。加载设备为SANS公司生产的CMT5105型微机控制电子万能试验机。在测试加拉力之前,先把试件的四个电极与万用表相接,并用数据线把万用表与计算机联通,然后测量零载时的电组。当显示的测量电阻达到稳定时再进行压阻性试验。加拉力时以0.5mm/min的速度对试件进行轴向拉伸,并通过计算机实时采集电阻,拉力与应变。

三、试验结果与分析

作为机敏材料涂层,厚度是个不可忽视的因素,相同导电材料掺量搅拌均匀的复合树脂,不同的厚度电阻差别将很大,本文取B1组进行了研究,分三个厚度:0.5mm,1mm,1.5mm,每个厚度三个试件,复合树脂涂层的导电性能在相同的配合比时,随着厚度的不同也有较大的差异,涂层比较薄时,电阻较大,随着涂层厚度的增加,电阻逐渐减小,这是由于涂层内部导电路径随着厚度的变化而发生改变引起的,环氧树脂是一种热固性材料,本身是不导电的,在固化剂的作用下,形成空间聚合物结构,纳米碳黑的加入,由于纳米材料的导电性,使聚合物的电导能力增大,同样配合比的复合树脂,内部的导电通道随着厚度的增加而增多,减少而减少,这是电阻随厚度的减小而递增的原因。考虑使用过程中的问题,如果树脂涂层太厚,不容易涂抹均匀,用到结构中后引起的缺陷较大,应力集中严重。取约1mm的厚度为宜。

环氧树脂的性质很大程度上与固化剂有关,固化剂的掺量的多少,对复合树脂的电阻值有很大的影响,同时也会影响到复合树脂的渗流曲线,固化剂占环氧树脂的百分比分别为:25%,50%,75%。随着固化剂的含量的减少,电阻整体下降明显,特别是纳米掺量比较低时,电阻值显数量级低减,随着纳米碳黑掺量的增加,这种差异性越来越小,因为随着纳米材料的增多,内部导电通导的密度增大,固化剂的增多或减少只改变内部电路的相对数量,对导电通路的影响减小。

复合树脂涂层的压阻效应试验中取固化剂含量分别为25%和50%的两组来进行。纳米含量为15%的复合树脂的压阻效应很差,取20%,22.5%,25%,27.5%来研究其机敏性。采用循环加载,最大加载值分别取30KN、40KN。每个等级加载五个循环。钢筋为HPB235钢筋,直径为14mm,可以计算得其屈服强度f??y=32.31KN。加载跨弹性、塑性两个阶段。R0为初始相对稳定电阻值,试验得到两组复合树脂七天时的压阻曲线图。

第一组,固化剂与环氧树脂之比为0.25:1,从四个不同纳米百分比的复合树脂涂层的机敏特性曲线图中,我们可以看到,在等幅荷载的循环作用下,复合树脂的压阻曲线和应力应变曲线之间存在良好的映射关系,随着钢筋应力的增大,电阻变化率近似线性变化,在四个不同百分比纳米掺量的复合树脂中,纳米微粒含量为20%和22.5%的两组曲线比25%和27.5%的两组曲线线性变化更明显些。随着纳米碳黑含量的增加,电阻变化率的线性变化稍差。

第二组,固化剂与环氧树脂之比为0.5:1,从四个不同纳米百分比构件的压阻性测试结果曲线图中,我们可以看出,本组中纳米微粒含量为20%的复合树脂机敏性变得不稳定,在循环加载的过程中,电阻变化率曲线开始出现有较大的非线性,22.5%组仍然表现出良好的线性映射关系,25%、27.5%组随着循环加卸载电阻率曲线表现也不太稳定,线性映射关系变差。

四、结论

1.随着环氧与固化剂比例的调整,电阻显规律性的变化,固化剂的含量越大,相同纳米碳黑掺量的复合树脂电阻就越大,复合树脂的电阻随固化剂的减少而减小,当环氧树脂与固化剂的比例固定时,电阻的变化随纳米碳黑的掺量的增加而减小,由于制作工艺的限制及材料性质的特征知即使同一个配比的复合树脂,电阻值也存在一定的离散性。

2.机敏性的表现也随固化剂与环氧树脂的百分比及纳米碳黑的掺量显规律性的变化,在两个应力水平的等幅循环荷载作用下,复合树脂表现出了力与电阻变化率的良好的映射关系,当钢筋由弹性阶段进入塑性阶段的转变过程中,应力曲线和电阻变化率曲线及应变曲线表现出良好的对应关系。随着循环荷载的作用时间的增加,当钢筋出现残余应变时,电阻变化率也随之发生不可逆的变化。

3.纳米碳黑复合环氧树脂涂层作为钢筋应力应变的传感材料是可能的。

参考文献:

[1]李国宝.汕头大学硕士学位论文,2006.

[2]杨宝武.环氧树脂固化剂[J].粘接,1993,14(4),1013(9).

第9篇：电阻应变片范文

关键词: 起重船 吊臂 千斤柱 应力测试

随着国家的水域及航道工程建设的投入，起重船逐渐成为了水工的主力军，因此为了保障起重作业的安全，起重船在出厂之前，设计的起重船吊臂结构能否满足要求，必须进行测试，所进行的起吊试验成为了船舶建造检验中的重中之重，本文根据起吊系统的结构特点，根据起重工况参数和建模计算结果，利用应力应变测试对600t起重船在7 种典型工况下的最大应力发生部位进行了实际强度校核。

起重船主要参数

船体长70.8 m，型深4.8m，型宽26.0m，吃水2.5 m，2柱间长68.7m，肋距0.6m。吊臂为桁架结构形式，由各种规格的钢管组合而成，吊臂材料为 Q345B，材料的弹性模量E=206GPa，主桁架钢管规格为600mm×16mm，水平及斜撑杆钢管规格为299mm×10 mm，臂架总长为78m，臂架下开档为18800mm，臂架自重为308吨(含梯架重及杆头质量68吨)。主吊架仰角60°时，主吊钩承载的能力为600吨，副吊钩承载的能力为400t，起升速度为0.028m/s，千斤柱总高为19600mm；横宽为17600mm；斜撑柱与甲板之间的夹角为52°。

试验工况

文中起重船主钩的设计起吊重量为600吨，副钩起吊重量为500吨；具体试验工况根据相关船舶试验大纲，并结合《600t起重船扒杆结构有限元强度报告》、《600t起重船千斤柱结构有限元强度报告》，以及考虑实际使用情况和现场试验条件提出相应的试验工况，具体见表1（试验工况中所涉及的起吊重量按图纸要求核定）。

测试方案

采用电阻应变测试法进行测试，通过对危险截面的应变测试得到对应各测点的应力，并以此判断起重船的起重系统在各工况下的强度是否符合设计要求。根据该船起吊系统的布置情况，《起重设备法定检验技术规则》，以及该船的结构形式、工作常态、现场勘察资料，对该船的吊臂和千斤柱工作状况进行了分析。

测试对象。由分析可知，主钩及副钩在各个工况下可能出现的危险截面（危险点）基本上是一致的，故将吊臂桁架下部内侧的主杆顶部、中部、桁架上部内侧的根部和千斤柱单元各支座根部向上1.5m处作为测试对象，应变片的粘贴方向与被测构件的主轴线方向一致。并且笔者考虑到构件焊缝处通常都存在残余应力，故焊缝的应力状况不在本次测试分析的范畴内，故所有测点的选择均避开焊缝，同时考虑到现场的实际工作条件，应变片的布置示意图如图1、图2、图3所示。

测试设备。测量导线横截面面积为0.5mm2，采用双股绞形铜芯形式，长度为100m；电阻应变片采用BF120-4AA型号，电阻为120Ω，敏感栅尺寸为4mm*2mm，灵敏系数为2.12；应变胶采用氰基丙烯酸酯粘合剂（502），型号为T-1；防护胶采用703硅胶；测试仪器采用XL2101B2型数字静态电阻应变仪。

应变片布置。吊臂为桁架结构，每一边有4根纵向主杆杆件（上下各两根，成对称分布），由于爬梯主要位于吊臂桁架下部纵向主杆的内侧，故应变片对称布置在两边吊臂桁架下部的内侧主杆上；在吊臂顶部主杆上沿与吊臂轴线一致的方向对称布置两个应变片1＃、2＃。由于吊臂左侧桁架未设置爬梯，故只在吊臂中部右侧下方内侧的主杆上布置一个3＃应变片，并在吊臂根部上部纵向主杆的内侧对称布置应变片，即4＃、5＃两个应变片，位置如图1、2示。

千斤柱为对称结构，应变片均樱对称布置，即如图3中的6＃、7＃和8＃、9＃。

组桥方法。由于温度场变化对本实验影响较大，选取上午9点前进行测试，该时间段内气温变化较小，且各测点不存在由于阳光照射而形成的温度场不均匀现象，在没有其它热源的影响情况下，可认为所有测点处的温度是基本相同的，故可采用公共温度补偿的半桥接法；在与制造本吊臂所使用的完全相同的船用钢板上粘贴一个电阻应变片，不受载荷作用，并将其置于船舶甲板上，使其与各测试单元所处温度场基本一致，且接入应变仪时电阻（含导线）与其他工作片一致，以此作为温度补偿片。

实测应力值计算分析

1、实测应力值计算

根据对各工况下的测试数据分析可知，各应变片的数据均稳定可靠。由于吊臂等构件本身较大，且各测点分布距离较远，故使用了100m的导线，由于长导线电阻和热输出的影响，试验测试值需要修正，此外考虑应变片粘贴角度误差一般会引入3%的测量误差，将其全部计入得到的修正系数为1.18。根据结构所用材料为Q345B，弹性模量取E=206GPa。

2、实测应力值分析

由表4可知，在各实测工况下，各测点处的实测应力值均小于杆件的许用应力252MPa。当吊臂处于上述七个工况时，吊臂顶部和根部的实测应力较大；除工况1（主钩吊重200吨）的实测最大应力处于吊臂根部的4＃测点处外，其他工况时实测最大应力均处于2＃测点处（见图1、图2），即吊臂右侧主杆的顶部，且均为压应力，吊臂左侧主杆的顶部的1＃测点处也为压应力，且仅略小于2＃测点处；而吊臂根部各测点的实测应力也处于较高水平，千斤柱拉杆的8#、9#测点处的应力最小。当吊臂处于工况4（主钩起吊负荷为设计起吊重量的110%）时2＃测点处的最大压应力为115.71MPa，该实测值小于有限元计算中该部位的轴线方向的最大应力值160MPa；当吊臂处于工况7（副钩起吊负荷为设计起吊重量的100%）时2＃测点处的最大压应力为141.23MPa，该实测值小于有限元计算中该部位的轴线方向的最大应力值191MPa（计算起吊重量按400吨计）。原因分析如下：①理论计算时，考虑了吊臂结构自重的影响，而实测时由于试验条件的限制，结构自重对应力的影响不能完全反映出来。②理论计算时，主钩荷载除了考虑作业系数外，还考虑了较大的风载等对其的影响等对其的影响，且按极端取情况考虑，而试验时风力仅为2-3级，船舶处于较理想的工作状态，风浪等对船体影响较小。③理论计算时，考虑了船舶横倾5°的影响，而根据船舶的浮态可知试验时船舶始终保持平稳，没有出现明显的横倾现象。

3、分析结论与建议

根据试验数据和应力计算结果，吊臂桁架和千斤柱各杆件相应测点的实测应力值均小于许用应力，其结构的强度满足设计要求。起重船舶在作业时，船身的倾斜会使起重结构（特别是吊臂）处于不利的受力状态，可能产生较大的附加扭矩，造成各杆件内的应力分配不合理，使某些构件在荷载较小时就产生较大的局部应力。故在作业开始前应调整好船舶的姿态，保证船身平稳，并且在作业过程中注意保持稳定，防止船体倾斜。在进行起吊试验中，吊臂与水平夹角约为60°，此时各测点的实测应力小于许用应力，但考虑到实际作业时的工况往往比试验时要恶劣，应严格保证吊臂的起吊角度符合操作规范，并在设计许可荷载范围内工作。

结语