電阻應(yīng)變及測量橋路

1、材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)福州大學(xué)機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)院電測實(shí)驗(yàn)技術(shù)郭金泉郭金泉電阻應(yīng)變及測量橋路電阻應(yīng)變及測量橋路材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)福州大學(xué)機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)院 人類為了認(rèn)識(shí)和改造客觀世界，就要以測試工作為基礎(chǔ)，并且隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人類研究對(duì)象越來越復(fù)雜，測量的范圍也也越來越廣泛，材料力學(xué)測試僅僅是其中的一方面。 材料力學(xué)測試主要包括常用材料基本力學(xué)性能的測試，以及應(yīng)力、應(yīng)變測試等等。一、概述材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)福州大學(xué)機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)院 研究力學(xué)問題一般有兩種途徑，即理論分析和實(shí)驗(yàn)分析。兩者相輔相成。 實(shí)驗(yàn)應(yīng)力分析是用實(shí)驗(yàn)分析方法確定受力構(gòu)件的應(yīng)變、應(yīng)力的一門學(xué)科，是材料力

2、學(xué)測試的一個(gè)重要部分也是本門課程的主要研究內(nèi)容。材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)福州大學(xué)機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)院 通過實(shí)驗(yàn)應(yīng)力分析可以檢驗(yàn)和提高設(shè)計(jì)質(zhì)量、提高工程結(jié)構(gòu)的安全度和可靠性；可以減少材料消耗、降低生產(chǎn)成本；可以為發(fā)展新理論、設(shè)計(jì)新型結(jié)構(gòu)、創(chuàng)新工藝以及應(yīng)用新材料提供依據(jù)；可以推動(dòng)理論分析的發(fā)展，并且能有效地解決許多理論上不能解決的實(shí)際問題，是一門不斷發(fā)展的學(xué)科。材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)福州大學(xué)機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)院二、實(shí)驗(yàn)應(yīng)力分析方法 實(shí)驗(yàn)應(yīng)力分析方法很多，主要有：應(yīng)變電測法、光測法、脆性涂層法和應(yīng)變機(jī)械測量法等。其中最廣泛應(yīng)用的是應(yīng)變電測法和光測法。材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)福州大學(xué)機(jī)械工程及自動(dòng)化

3、學(xué)院 電阻應(yīng)變測試方法：用電阻應(yīng)變片測定構(gòu)件表面的應(yīng)變，再根據(jù)應(yīng)變應(yīng)力關(guān)系確定構(gòu)件表面的應(yīng)力狀態(tài)的一種實(shí)驗(yàn)應(yīng)力分析方法。 電測法中有電阻、電容、電感、電磁等多種方法。1、電測法材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)福州大學(xué)機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)院 （1）優(yōu)點(diǎn)：有較高的靈敏度和精度，測量范圍廣，易于實(shí)現(xiàn)數(shù)字化和自動(dòng)化，可在高溫、高壓、強(qiáng)磁、液下等特殊條件下使用，體積小，尺寸小，重量輕，可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場的實(shí)時(shí)檢測。 （2）缺點(diǎn)：只能測構(gòu)表面的應(yīng)變，不能全域性測量，受外界環(huán)境（如溫度）的影響。材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)福州大學(xué)機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)院2、光測法 光彈性法：它是利用偏振光通過具有雙折射效應(yīng)的透明受力模型獲得干涉條紋

4、圖，再根據(jù)條紋與模型內(nèi)主應(yīng)力大小、方向的關(guān)系，得到模型內(nèi)的應(yīng)力分布情況，再由相似理論推導(dǎo)實(shí)物的應(yīng)力。 光測法中有光彈性法、全息干涉法、激光散斑干涉法、云紋法等，其中以光彈性法應(yīng)用比較廣泛。材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)福州大學(xué)機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)院三、電阻應(yīng)變片金屬絲的電阻值，與其長度，截面積，電阻率的關(guān)系A(chǔ)lRAlRlnlnlnln構(gòu)件受載后，產(chǎn)生應(yīng)變，電阻值的相對(duì)變化AdAldldRdR1、電阻應(yīng)變片工作原理材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)福州大學(xué)機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)院AdAldldRdRDdDAdA2ldlDdDldlmVdVmd)21 (ldlmRdR)21 ()21(ldlKRdRxKRRK為材料的靈

5、敏系數(shù)材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)福州大學(xué)機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)院2、電阻應(yīng)變片的構(gòu)造 電阻應(yīng)變片由敏感柵、引線、基底、蓋層、粘結(jié)劑組成。其構(gòu)造如圖所示：福州大學(xué)機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)院材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)單軸應(yīng)變片敏感柵只有一根軸線。 用于測量單向應(yīng)變。應(yīng)變花：雙軸二軸90三軸三軸45用于測量平面應(yīng)力狀態(tài)。福州大學(xué)機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)院材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)四、應(yīng)變測量電路若彈性模量GPaE200120R2K 用此應(yīng)變片用于測量2MPa的應(yīng)力時(shí)，其電阻的變化為:0024. 0RKR從前面的討論知道：電阻應(yīng)變片的作用是將構(gòu)件表面的應(yīng)變轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮璧淖兓?。其關(guān)系式為：RKR福州大學(xué)機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)院材料

6、力學(xué)實(shí)驗(yàn)材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)0024. 0RKR對(duì)電阻應(yīng)變儀的要求？惠斯登電橋211RRUIACR1兩端的電壓降為：21111RRURRIUACAB顯然 太小了。為了便于測量，需將應(yīng)變片的電阻變化轉(zhuǎn)換成電壓（電流）信號(hào)，再將信號(hào)放大，然后由指示儀（記錄儀）指示出應(yīng)變值，這一任務(wù)是由電阻應(yīng)變儀來完成的。R福州大學(xué)機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)院材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)R1兩端的電壓降為：21111RRURRIUACABR4兩端壓降43442RRURRIUACADBD兩端的輸出電壓)(43214231RRRRRRRRUUACBD如果各橋臂阻值變化則輸出電壓式中用iiRR福州大學(xué)機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)院材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)材料力學(xué)

7、實(shí)驗(yàn)（精確公式）如果各橋臂阻值變化則輸出電壓式中用iiRRBD兩端的輸出電壓為：)(4433221144223311RRRRRRRRRRRRRRRRUUACBD若將上式展開，并將平衡條件（R1R3=R2R4）代人上式，且略去高階微量，同時(shí)考慮應(yīng)變電橋中的等臂電橋和半等臂電橋，上式都可以簡化為：福州大學(xué)機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)院材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)材料力學(xué)實(shí)驗(yàn))(444332211RRRRRRRRUUACBD)(44321ACBDKUU可以線性疊加，疊加原則：相鄰橋臂符號(hào)相反，相對(duì)橋臂符號(hào)相同。若四個(gè)橋臂為應(yīng)變片，其靈敏度K均相同，代入 則電橋輸出電壓為 ：R R=K福州大學(xué)機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)院材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)材

8、料力學(xué)實(shí)驗(yàn)五幾種常用的組橋方式1. 單臂測量14ACBDKUU2. 半橋測量)(421ACBDKUU3. 全橋測量)(44321ACBDKUU4. 對(duì)臂測量)(431ACBDKUU5. 溫度補(bǔ)償4)(422111KURRRRRUUACttFACBD)(44321ACBDKUU福州大學(xué)機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)院材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)6. 串聯(lián)和并聯(lián)接線法 串聯(lián)).(1).(1)(12121nnlldunnRRRRKRRK所以：2.串聯(lián)后橋路電阻增大，在限定電流情況下可加大供橋電壓，加大輸出。1.串聯(lián)橋臂應(yīng)變?yōu)楦鱾€(gè)應(yīng)變計(jì)應(yīng)變值的算術(shù)平均值福州大學(xué)機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)院材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)并聯(lián)nRRl

9、nlRRRR1.11121橋臂應(yīng)變)1.111(1)(121nRRRRKRRKnlldu若各個(gè)應(yīng)變計(jì)電阻改變量相同)(1llduRRK并聯(lián)后橋臂電阻減小，輸出電流可以提高。用電流表記錄有利。福州大學(xué)機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)院材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)六內(nèi)力分離組合變形的構(gòu)件，通過合理布置應(yīng)變片位置和方位，并采用正確的組橋接法可以將應(yīng)變單獨(dú)測量出來例1：偏心拉壓為消除偏心的影響在彈性桿件上對(duì)稱地貼了四個(gè)應(yīng)變片MF1)(2MFMF3)(4MF福州大學(xué)機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)院材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)MF1)(2MFMF3)(4MF將各點(diǎn)結(jié)果代入公式Fdu)1 (24321儀器讀得的應(yīng)變值與待測應(yīng)變值的比成為橋臂系數(shù)，本例中橋臂系數(shù)為)1 (2福州大學(xué)機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)院材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)材料力學(xué)實(shí)驗(yàn) 例2，圓軸受扭矩和拉力共同作用，要求從扭矩中分離拉力影響TTTT4231FFFF4231接成全橋，可得Tdu44321福州大學(xué)機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)院材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)例3. 拉彎扭組合變形時(shí)應(yīng)變測量NMF,分別代表軸向拉力，彎矩和扭矩在被測點(diǎn)450方向上引起的應(yīng)變tNMF1tNMF2tNMF3tNMF4應(yīng)變儀讀數(shù)為Ndu44321可以測得扭轉(zhuǎn)引起的切應(yīng)力福州大學(xué)機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)院材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)薄壁圓筒的彎扭組合變形實(shí)驗(yàn)福州大學(xué)機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)院材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)彎矩引起的正