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总第191期
舰船电子工程
2010年第5期
Ship Electronic Engineering
172
SHPB实验中应变片的应用和标定
吴昊郑靖
(解放军炮兵学院合肥230031
摘要SHPB技术是一种检测材料动态力学性能的经典技术。由于其设计巧妙、结构简单、操作简易,近年来这项技
术取得了很大的进展。在实验中,为测得压杆在动态冲击下的应变,用到了电阻应变片和半导体应变片。文章介绍了在
SHPB实验中应变片的使用,阐述了应变片标定技术,规范了实验的操作程序
关键词改进型分离式霍普金森压杆(SHPB);应变片的粘贴;标定
中图分类号0344.1
Stain Gauges Application and Demarcate in SHPB Experiment
Wu Hao Zheng Jing
(Artillery Academy of PLA, Hefei 230031)
Abstract SHPB technique is a typical technique of esting dynamic mechanical properties of materials. For its ingen
ious design, simple structure, easy of operation, in recent years the technology has made great progress. In the experiment
we use resistance strain gages and semiconduc or strain gauges o measure the strain of pressure bar in the dynamic impact
This article describes the use of strain gauges in the SHPB experiment, expounds strain gauge calibration technique, stand
ardized operating procedures of the experiment.
Key Words improvement SHPB, strain gauges pasting, demarcate
Class Number 0344. 1
1应变片的原理
以半径为ァ的圆柱截面电阻丝为例,截面积S
xr2,ds=2rrdr有以下关系:
电阻应变片的工作原理:金属电阻应变片的
工作原理是吸附在基体材料上应变电阻随机械形
变而产生阻值变化的现象,俗称为电阻应变效应。
在材料力学上,特定的材料,在纵向深长的同
金属导体的电阻值可用下式表示:
时,横截面积减小,横向线度的相对缩小和纵向线
R=pl/S
度的相对伸长之间具有固定的比例,此比例称为泊
式中:P为金属导体的电阻率(Qcme/m);S为导松比
体的截面积(cm2);L为导体的长度(m)。当有变
化量时,即de、dl、dS,对上式进行积分,得到变化
量对电阻值的影响:
代人上式,得:
dR=∠da+2a-
其相对变化量表示为
应力引起材料应变率的变化,以a表示应力,
dr
ds
RpとS
则电阻率的相对变化和应力成正比
收稿日期:2010年1月4日,修回日期:2010年2月9日
作者简介:吴吴,男,硕土研究生,研究方向:材料动态力学性能检测。郑靖,男,硕土研究生,研究方向:动态力学理
论
万方数据
2010年第5期
舰船电子工程
3)底层处理。为了保证应变片能牢固地贴在
拭件上,并具有足够的绝缘电阻,改善胶接性能,可
式中π称为材料的压阻系数
在粘贴位置涂上一层底胶。
根据虎克定律,应力、应变ε=和弹性模量
4)贴片。将应变片底面用清洁剂清洗干净,
E之间的关系为:
然后在拭件表面和应变片底面各涂上一层薄而均
匀的粘合剂。待稍干后,将应变片对准划线位置迅
0=Ee=E
速贴上,然后盖一层玻璃纸,用手指或胶铌加压,挤
所以:
出气泡及多余的胶水,保证胶层尽可能薄而均匀
do
5)固化。粘合剂的固化是否完全,直接影响
到胶的物理机械性能。关鍵是要掌握好温度、时间
将公式代入:
和循环周期。无论是自然干燥还是加热固化都要
dk-rfdr
1「z+2u=(1+2+xEle=Ce
严格按照工艺规范进行。为了防止强度降低、绝缘
破坏以及电化腐蚀,在固化后的应变片上应涂上防
上式表示材料电阻的相对变化与应变间的比潮保护层,防潮层一般可采用稀释的粘合胶。
例关系,G常称为应变计因子或材料的灵敏系数,G
6)粘贴质量检查。首先是从外观上检查粘贴
=1+2+mE。其物理意义为材料发生单位应变时位置是否正确,粘合层是否有气泡、漏粘、破损等。
的电阻应变率,材料灵敏系数由两个因素决定:1+然后是测量应变片敏感栅是否有断路或短路现象
2是由材料几何尺寸改变引起的,另一个是xE由以及测量敏感栅的绝缘电阻。
材料受力后电阻率变化引起。一般的金属导体,应
7)引线焊接与组桥连线。检査合格后既可焊
变率基本与应力无关,πE很小,可以忽略。材料灵接引出导线,引线应适当加以固定。应变片之间通
敏系数主要由几何尺す的变化决定。金属材料的过粗细合适的漆包线连接组成桥路。迮接长度应
灵敏系数较小,在弹性限度范围内,G在1.5~2之尽量一致,且不宜过多。
间,半导体材料的压阻系数很大,G值主要由πE决
定,CE。其灵敏系数一般在70~17之间,半3应变片的标定
导体的灵敏度比金属的高得多。
在SHPB实验中,压缩波改变半导体应变片和
根据应变片的质地,电阻应变片主要有金属电电阻应变片的电阻,应变片的电阻连接在惠斯通电
阻应变片和半导体应变片两大类2
桥上,电阻变化导致应变放大仪的电流变化,最后
2应变片的粘贴工艺步骤
反映在示波器上。示波器上波形是时间-电压曲
线,而公式中所用的入射透射信号是材料的微应
1)应变片的检查与选择。首先要对采用的应变。所以,在同样的增益、桥压和低通的条件下,需
变片进行外观检查,观察应变片的敏感栅是否整要对应变片进行标定,以测得应变片应变和电压的
齐、均匀,是否有锈斑以及短路和折弯等现象。其对应关系?。
次要对选用的应变片的阻值进行测量,阻值选取合
测试仪器:美国 Agilent公司的DSO6014A型
适将对传感器的平衡调整带来方便。
示波器;扬州科动电子技术研究所产的KD6009应
2)试件的表面处理。为了获得良好的粘合强变放大器,KD50电荷放大器等。
度,必须对试件表面进行处理,清除试件表面杂质
静标:在SHPB系统中,压缩波改变应变片的
油污及疏松层等。一般的处理办法可采用秒纸打电阻可以通过在相同的桥臂上并联固定电阻来模
磨,较好的处理方法是采用无油喷砂法,这样不但拟标定,静标是在一定的实验条件下进行的り。所
能得到比抛光更大的表面积,而且可以获得质量均用的扬州科动公司的动态放大仪的参数为:电压信
匀的结果。为了表面的清洁,可用化学清洗剂如氯号增益:1×100电桥盒桥臂电压:4V,低通滤波电
化碳、丙酮、甲苯等