摘要：作用在金属杆上的力，产生的应变效应，应用在流量仪表中。
Abstract: A force action on a metal bar will produce a strain effect , which can be used in the application of Flow equipment .
关键词：力 应变流量
Key words: force strain Flow
1、 材料在外力作用下的应变特性
1.1、 材料在外力作用下产生变形
当外力不超过一定范围时，绝大多数材料在去除外力后能恢复原有形状和尺寸，材料的这种性质称为弹性，去除外力后变形消失称为弹性变形。当外力过大时，外力去除后，变形只能部分恢复而残留下一部分不能恢复的变形，材料的这种性质称为塑性，这种不能恢复而残留下一部分不能消失的变形称为塑性变形（或称残余变形）。在实际应用中，我们要求金属材料只发生弹性变形，这样就可以利用弹性变形的性质，测量金属杆应力的变化即应变。
1.2、 应变的线性特性
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以低碳钢材料为例，低碳钢材料的应力σ=[img]2006329821532127.gif[/img]与应变[img]20063298212880364.gif[/img]的关系曲线，即应力-应变图见<图一>（截面面积A和长度 ，外力F）。图中0a段为直线，这时应力与应变成线性关系即虎克定律成立
σ=Eε
a点对应的应力σp 称为比例极限，它是应力与应变成线性关系的最大应力。<图一>中的正切tgα= =E，即直线0a 的斜率等于材料的弹性模量E。
2、 应变测量方法
2.1、应变杆及应变杆传感器
金属杆在外力 F的作用下，金属杆内将产生应变见<图二>。测量应变变化的最好的办法就是将电阻应变片贴在金属杆内，用来检测金属杆内的应变。此杆又称应变杆。将力转换为应变的过程称为应变杆传感器。
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2.2、电测法
电阻应变测量法是指以电阻应变片为传感元件，将应变量转换为电阻变化量，然后用电阻应变仪测出电阻变化量，从而得到应变的方法，简称为电测法。
电阻应变片（简称应变片）是把应变这个机械量转换为电阻变化量的一种传讯元件，它的工作原理是利用金属丝的电阻应变效应，即当金属丝的变形量在一定范围内时，其线应变与电阻变化率之间存在着线性关系，即
[img]20063298225039747.gif[/img]=Kε
式中 R为金属丝的初始电阻值，△R为金属丝变形后电阻的改变量，ε为金属丝线应变，K是比例常数，它与金属丝的电阻率、横向变形系数等有关，称为应变片的灵敏系数。
常用电阻应变片主要有线绕式和箔式两种。一般应变片的电阻值为 120Ω，灵敏系数约为2.0。电阻应变片实例如下：
MBT-700-1型高温电阻应变片是采用6c-18铁铬铝丝和英国u-529高温粘结剂研制而成。它具有结构简单，使用可靠性能良好等优点。其热输出特性在600~700℃温度范围内随温度变化小于1Mε。
技术水平：国内同类产品先进水平。
主要技术指标：电阻值 120Ω；标距8mm。
灵敏系数 K-02.5k-c1.99。
灵敏系数随温度变化 3%/100℃。
热输出〈 1με/℃。
量漂 -53με/h变57με( ± 1000με)
2.3、电桥电路
在实际应用中，应变片电阻的变化非常小，难以直接测量，因此常用灵敏度较高的电桥电路，通过桥路输出电压的变化来换算电阻的变化。目前均采用惠斯登电桥电路，原理图略。
2.4、 温度补偿
当被测环境温度发生变化时，会引起应变片的电阻值发生变化，这种现象称为温度效应。温度效应将影响测量结果，必须加以排除，排除温度效应的措施称为温度补偿。常用的一种温度补偿方法是选取两片各种参数完全相同的应变片，其中一片贴在一块与被测结构材料相同，不受外力作用的物体上，并与被测构件处于同一温度环境中，称为温度补偿片。
3、利用应变杆传感器测量流量
我们常见的流量测量元件有靶式测量和孔板测量等。靶式测量是将流量作用在靶片上的力通过靶杆的位移转换而成。孔板测量是通过测量流体流过孔板前后差压的大小。通过应变分析发现，应变杆传感器具有靶式测量的特点，用应变杆传感器取代靶式测量中的靶杆，即将流量作用在靶片上的力通过应变杆传感器直接转换为应变信号进行测量。
3.1、应变杆测量在流量中应用的几点说明
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1）、将应变片贴在应变杆检测点内部见<图三>，实现应变片与被测介质隔开。（应变杆材料为35CrMnSi）
2）、要求作用在应变杆上的力为点接触，见<图三>中靶片受力点。
3）、为减少应变杆受力，将应变杆设计为<图三>中B-B剖面所示，三角形尖端为迎者流体的方向。
3.3、应变的应用
当流体流过应变杆传感器时，金属杆将产生应变效应，贴在金属杆内的应变片将测出应变值的变化。调整应变杆传感器上的作用力大小，可实现靶式流量仪表的全部功能。仿照靶式测量的方法，可调整靶片的大小或应变杆长度来改变应变值，保证应变杆传感器的应变在弹性变形范围内变化，不超过比例极限。
为防止温度效应发生将连接应变杆传感器的法兰孔内的位置上，贴一片不受应变变化的应变片 R2来克服温度效应的产生，并将应变电阻R1和R2分别接在惠斯登电桥相邻的桥臂中。
4、结束语
上述阐述了金属杆应变效应在流量仪表中应用的原理。其中的应变杆传感器的有关设计和实验数据，待今后申请专利用。它适用于石油化工中各种介质的流量测量。
[center]摘自自动化综控网 蒋跃[/center]
