第13章應變電測法.ppt

1、第13章 應變電測法,13.1 概 述 13.2 電阻應變計 13.3 電阻應變儀 13.4 常溫靜態(tài)應變測量,13.1 概 述,應變電測法把非電量的變化轉換為電學量的變化進行測量，是目前實驗應力分析中應用最廣泛的一種測試方法。,(1)電阻應變計測試法,一、應變電測法,二、應變電測法分類,(2)電容應變計測試法,(3)電感應變計測試法,三、電阻應變計測試法,(1)將電阻應變計粘貼在被測構件的表面上，當被測構件變形時，電阻應變計隨同構件一起變形，其阻值亦發(fā)生相應的變化。,13.1 概 述,(2)利用電阻應變儀測定應變計電阻值的變化，再換算成應變值或者輸出與此應變成正比的電壓(或電流)信號，由記錄

2、儀記錄下來，得到所測構件表面的應變。,(3)根據應力應變關系確定構件表面的應力狀態(tài)。,四、電阻應變計測試法的優(yōu)點,(1)測量靈敏度和精度高。,13.1 概 述,(2)傳感元件尺寸小、重量輕，能滿足應力梯度較大情況下的應變測量。,(3)不僅可測量靜態(tài)應力，而且可測量動態(tài)應力，不僅可在高溫或低溫環(huán)境下測量,而且還可用于遙測。,最小應變讀數可為l微應變，精確度可達l%2%。,五、電阻應變計測試法的缺點,(1)只能測量構件表面的應變，而不能測內部的應變。,13.1 概 述,(2)只能測量構件表面一個點沿某一方向的應變，而不能進行全域性測量。,(3)由于只能測量柵長范圍內的平均應變，因而對應變梯度較大的

3、應變場的測量誤差較大。,六、電阻應變計測量系統(tǒng)的組成,(1)電阻應變計,(2)電阻應變儀,(3)記錄儀,13.2 電阻應變計,電阻應變計由覆蓋層、敏感柵、基底、引出線和粘接劑五部分組成。,一、結構,13.2.1 電阻應變計的結構和工作原理,二、主要性能參數,13.2 電阻應變計,1. 基長(標距)L,基寬B,2. 電阻值R,一般有60 、120 、200 、350 、500 或1000 ，最常用的是120 。,3.靈敏系數K,或,三、工作原理,13.2 電阻應變計,1.在測試時，電阻應變計隨同構件一起變形，從而引起應變計電阻值的變化。,2.測出電阻的改變量R，便可求出應變 。,或,(1) 金屬

4、,一、根據敏感柵的材料不同,13.2.2 電阻應變計的分類,13.2 電阻應變計,(2) 半導體,(3) 金屬或金屬氧化物漿料,二、金屬應變計分類,(1)絲式應變計,(2)箔式應變計,(3)薄膜應變計,三、金屬應變計按敏感柵的結構形狀分類,13.2 電阻應變計,(1)單軸應變計,(2)多軸應變計,多軸應變計由兩個或兩個以上相交成一定角度的敏感柵制成，通常稱為應變花 。,四、選用電阻應變計時需要考慮以下幾項因素,13.2 電阻應變計,(1)應力狀態(tài),(2)應力梯度,單向應力狀態(tài)可用單軸應變計，而平面應力狀態(tài)應選用應變花。,應力梯度大時應選用小標距應變計，而應力梯度小時可選用標距大一些的應變計。,

5、(3)試件材質和表面質量,材質均勻、表面光滑時可用小標距應變計，材質不勻、表面粗糙時，則應選用大標距應變計。,13.2 電阻應變計,(4)環(huán)境條件,(5)與應變儀匹配,在高溫高濕等惡劣環(huán)境條件下，應選專用應變計。,應變計須與應變儀的供橋電壓(或電流)相匹配，以免測量時應變計過度發(fā)熱，影響精度甚至燒壞。,13.3 電阻應變儀,從ABC半個電橋來看，A、C間的電壓為U。,采用惠斯頓電橋作為基本測量電路。,13.3.1 測量電路原理,流經R1的電流為,R1 兩端的電壓降為,R4 兩端的電壓降為,一、電橋平衡條件,電橋的輸出電壓為,電橋輸出電壓,得,上式稱為電橋平衡條件。,13.3 電阻應變儀,二、直

6、流電橋轉換原理,設初始處于平衡狀態(tài)的電橋各橋臂的阻值分別產生微小增量,電橋的輸出電壓為,展開上式，簡化為,13.3 電阻應變儀,等臂電橋,半等臂電橋,代入,得,13.3 電阻應變儀,上式是直流電橋轉換原理的基本關系式。,表明,13.3 電阻應變儀,(1) 電橋的輸出電壓與應變計感受的應變成線性關系。電阻應變儀就是利用這種關系，以電橋輸出電壓的大小來確定應變值；,(2)各個應變計感受的應變對輸出電壓的影響是線性疊加的，相鄰橋臂符號相反，相對橋臂符號相同，這稱為電橋的加減特性。,應變計所測得的電阻變化將由兩部分組成,13.3 電阻應變儀,(1) 是由構件機械變形引起的電阻變化；,(2) 是由溫度變

7、化引起的電阻變化。,13.3.2 溫度補償,在某些情況下，溫度引起的應變的大小可以與構件的實際應變相當。因此，在電阻應變計測量中，應采取措施消除溫度的影響。,13.3 電阻應變儀,1. 補償塊補償法,2. 工作片補償法,橋路補償法,在同一被測構件上粘貼幾個工作應變計，將它們適當地接入電橋中。,此方法是準備一塊與被測構件材料相同但不受力的補償塊，與被測構件放置在同一溫度環(huán)境中。,一、組橋方式來達到的測量目的,13.3 電阻應變儀,(1)實現溫度補償；,(2)從復雜的組合應變中測出指定成分而排除其他成分；,13.3.3 應變計接入電橋的方法,(3)擴大應變儀的讀數，以減少讀數誤差，提高測量靈敏度。

8、,二、幾種典型組橋方式,13.3 電阻應變儀,1半橋接線法,等臂電橋有以下兩種情況：,(1)半橋測量,若在測量電橋的橋臂AB和BC上接電阻應變計，而另外兩橋臂AD和DC接應變儀內部的固定電阻R，則稱為半橋接線法。,(2)單臂測量,13.3 電阻應變儀,2全橋接線法,等臂電橋有以下兩種情況：,(1)全橋測量,在測量電橋的四個橋臂上全部接電阻應變計，稱為全橋接線法。,(2)對臂測量,13.4 常溫靜態(tài)應變測量,(1) 研究構件的應力應變分布規(guī)律；,13.4.1 靜態(tài)測量的實施,(2) 研究構件的強度問題；,(3) 研究構件局部位置的應力集中；,(4) 研究構件所受的載荷狀況。,1. 靜態(tài)應變測量的

9、目的,2. 靜態(tài)應變測量的一般步驟,13.4 常溫靜態(tài)應變測量,(1)根據測量目的和要求選擇測點位置，確定應變計的布置和組橋方案；,(2)根據構件尺寸、材料、測量精度要求和應力梯度，選擇應變計種類、柵長和型式，并預先檢查電阻值，按阻值不同分組使用；,(3)根據測量精度要求、數據采集的數目和速度來選擇使用手動平衡的靜態(tài)電阻應變儀、自動記錄的數字式應變儀或其他數據采集、處理系統(tǒng)；,(4) 應變計的粘貼、布線、防護和檢查；,13.4 常溫靜態(tài)應變測量,(5) 應變儀的調試；,(6) 加載測量；,(7) 測量數據分析及完成報告。,在構件表面上任一點沿著主應力方向粘貼一個應變計，測得應變后，便可由單向應力狀態(tài)的胡克定律求得主應力值 。,13.4.2 測點位置及方位的確定,式中E為被測構件材料的彈性模量。,1. 已知主應力方向的單向應力狀態(tài),13.4 常溫靜態(tài)應變測量,可沿兩個主應力方向各粘貼一個應變計。,由廣義胡克定律求得主應力,2. 已知主應力方向的二向應力狀態(tài),