应变片的选择流程

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。

应力测试

传感器制造

 
  • 实验应力分析
  • 残余应力分析
  • 加载分析
  • 生命周期分析
  • 测定热应力
 
 
  • 称重
  • 扭矩
  • 压力
  • 应变
 

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)

  • 允许直接在应变片上焊接
 
 

带应变消除焊盘 (如 LY6)

  • 允许直接在应变片上焊接, 同时避免加卸载荷通过焊盘传递到应变片
 
 

镀镍铜引线,非绝缘,约 30 mm (1.18 英寸) 长 (如 LY1)

  • 不可直接焊接到应变片上
  • 能阻断加卸载荷传递到应变片
  • 需要使用独立的焊接端子
 
 

特氟龙绝缘连接线, 约 50 mm(1.97 英寸) 长 (如 K-C LY4)

  • 无需焊接
  • 特氟龙绝缘层可防止电缆在安装过程中粘连
  • 需要使用独立的焊接端子
 
 

特氟龙绝缘连接线, 约 50 mm (1.97 英寸) 长 (如 K-C LY4)

  • 电缆长度从 0.5 到 10 m (1.64-32.81 ft) , 2线, 3线 和 4线可选
  • 在测量点焊接不是必须的
  • 特氟龙绝缘层可防止电缆在安装过程中粘连
 

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)
323 ⋅ 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)
95.4 ⋅ 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 

 

应力测试应变片选择指南


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