在选择正确的应变片之前,需要明确测量目标。首先要考虑的问题是应变片将用于应力测试还是传感器制造。
应变片的选择流程
应力测试应变片选择标准
应力测试的应变片选择应按照以下标准选择:
1. 几何规格: | 栅丝数量和位置 |
2. 应变片系列: | 应变片结构 |
3. 连接: | 类型和位置 |
4. 温度响应匹配: | 与应变片温度响应匹配的材料 |
5. 有效栅丝长度: | mm |
6. 电阻: | Ohm |
1. 应变片的几何规格
应变直片 (如 LY4) 带有一个测量栅丝,测量一个方向的应变。 | |
T 型应变花 (如 XY3) 带有两个测量栅丝,彼此呈 90° 排列。此类应变片应用包括已知主应力方向的双轴应力测量,以及拉压双向应力测量。 | |
V 型应变片 (如. XY4) 带有两个测量栅丝,彼此呈 90° 排列。典型应用包括扭转应变测量和剪切梁的剪切应力测试。 | |
双桥应变片 (例如 DY4) 带有两个测量栅丝,彼此平行排列。 典型的应用为弯曲梁测量。 | |
三栅应变花 (例如 RY8) 测量栅丝呈 0°/45°/90° 或 0°/60°/120° 排列。主要用于未知主方向双轴应力测量和分析。 | |
链式片 (如 KY8) 带有 10 或 15 个很小的测量栅丝,等距离分布,并包括一个补偿片。主要应用为应变梯度测量。 | |
全桥片 (如 VY4) 带有四个测量栅丝,彼此呈 90° 排列。典型应用包括拉压双向应力,扭转应力和剪切梁的剪切应力测试。 |
2. 应变片系列
HBM 提供多个应变片系列用于应力测试。应变片系列由基底(例如聚酰亚胺)和测量栅丝箔材(例如康铜)组合来确定。同一系列应变片都具有相同的基底和栅丝箔材。因此,对于同一个应变片系列来说,很多规格是相同的。.
对于实验应力测试,可在恶劣环境下使用的坚固和柔性应变片具有明显的优势 - 聚酰亚胺基底的 Y 系列应变片属于该类别。该系列有大量不同规格,能满足实验应力测试的各种要求。还包括很多特殊类型的应变片,例如,钻孔应变花,用于测量结构件的残余应力,或用于研究复杂结构的应力分布。
3. 连接
HBM 提供不同连接配置的应变片。
内置焊盘 (如 LY4)
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带应变消除焊盘 (如 LY6)
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镀镍铜引线,非绝缘,约 30 mm (1.18 英寸) 长 (如 LY1)
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特氟龙绝缘连接线, 约 50 mm(1.97 英寸) 长 (如 K-C LY4)
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特氟龙绝缘连接线, 约 50 mm (1.97 英寸) 长 (如 K-C LY4)
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4. 热膨胀系数匹配
如果温度变化, 惠斯通 1/4 桥电路 单独连接的应变片将显示输出信号。 这个信号被称为“表观应变”或“热输出”,并且独立于测试对象上的机械负载。
但是,可以将应变片调整为特定材料的热膨胀系数,使得在温度变化的情况下输出信号非常小。 这种应变计被称为“温度响应匹配”或“自补偿”应变片。
为了匹配温度响应,必须根据测试材料的热膨胀系数α来选择应变片。
编号 | 材料 | 热膨胀系数 ∝ |
1 | 铁素体钢 | 10.8 ⋅ 10-6/K (6 ⋅ 10-6/°F) |
3 | 铝 | 23 ⋅ 10-6/K (12.8 ⋅ 10-6/°F) |
5 | 奥氏体钢 | 16 ⋅ 10-6/K (8.9 ⋅ 10-6/°F) |
6 | 石英玻璃 / 复合材料 | 0.5 ⋅ 10-6/K (0.3 ⋅ 10-6/°F) |
7 | 钛 / 灰铸铁 | 9 ⋅ 10-6/K (5 ⋅ 10-6/°F) |
8 | 塑料 | 65 ⋅ 10-6/K (36.1 ⋅ 10-6/°F) |
9 | 钼 | 5.4 ⋅ 10-6/K (3 ⋅ 10-6/°F) |
5. 有效栅丝长度
应变片测量栅丝长度取决于测量的目的,因为使用应变片测量的结果是测量栅丝区域的平均应变。 一般来说,测量栅丝长度为3或6毫米(0.118或0.236英寸)。
如果存在不均匀的材料,如混凝土或木材,建议使用长测量栅丝。长的测量栅丝将弥补工件的不均匀性。
短的测量栅丝适合于检测局部应变。因此它们适用于测定应变梯度,缺口应力的最大点或类似应力。
6.电阻
HBM 应变片提供 120, 350, 700 和 1,000 Ohm 型号可供选择。电阻大小选择取决于测量任务。并可按照客户要求对电阻值进行定制。
低阻值应变片 | 高阻值应变片 |
+ 电磁干扰的影响较小 | + 连接路径 (滑环, 电缆,...) 电阻对测量影响更小 |
+ 隔离电阻变化的影响较小 | - 容易受外界噪声干扰 |
- 更高的功率要求 | - 隔离电阻变化的影响较大 |
- 与高欧姆应变片相比,由于较高的电流,将产生更大的自加热效应 |