14應變測試系統(tǒng)課件

第六章應變測試系統(tǒng)6.1應變片6.2應變測量橋路6.3布片與組橋6.4提高應變測量精度的措施第六章應變測試系統(tǒng)6.1應變片16.1應變片金屬線材的應變效應形變效應壓阻效應應變片靈敏系數(shù)安裝在被測試件上的應變在其軸向受到單向應力時引起的電阻相對變化與其單向應力引起的試件表面軸向應變之比應變片的靈敏系數(shù)并不等于其敏感柵整長應變絲的靈敏系數(shù)6.1應變片金屬線材的應變效應形變效應壓阻效應應變片靈敏2應變片的結構和作用基底：固定敏感柵，將試件應變傳給敏感柵，絕緣；敏感柵：應變轉(zhuǎn)化為電阻；引線：接入電路，信號轉(zhuǎn)化；覆蓋層：保護敏感柵；粘結劑：固定作用。應變片的結構和作用基底：固定敏感柵，將試件應變傳給敏感柵3應變電阻變化電流或電壓變化放大記錄電阻應變測量過程電阻應變測量的特點優(yōu)點：尺寸小，重量輕；頻率響應好；測量范圍廣；可在惡劣條件下使用，價格便宜；測量精度比較高。

缺點：一片應變片只能測量一點某方向的應變；一次性；只能測量柵長范圍內(nèi)的平均應變。不適于在1000攝氏度以上的高溫環(huán)境下工作。應變電阻變化電流或電壓變化放大記錄電阻應變測量過程電阻應4橫向效應機械滯后零點漂移蠕變：在某一恒定應變狀態(tài)下，保持溫度不變，其指示應變值隨時間而變化的特性。應變極限：真實應變與指示應變。動態(tài)壽命：在某一交變應變幅度下，應變片所能經(jīng)受的有效工作循環(huán)次數(shù)。105-107次。動態(tài)響應電阻應變的工作特性橫向效應蠕變：在某一恒定應變狀態(tài)下，保持溫度不變，其指示5溫度誤差及溫度補償應變片的溫度誤差：由于測量現(xiàn)場環(huán)境溫度的改變而給測量帶來的附加誤差溫度效應（由于溫度變化引起的電阻溫度系數(shù)變化）試件材料和電阻絲材料的線膨脹系數(shù)不同溫度補償方法：自補償法，線路補償法。溫度誤差及溫度補償應變片的溫度誤差：由于測量現(xiàn)場環(huán)境溫度6應變片主要參數(shù)幾何尺寸電阻值絕緣電阻靈敏度系數(shù)允許電流其他應變片主要參數(shù)幾何尺寸7應變片的選用（1）敏感柵材料要求靈敏系數(shù)穩(wěn)定，電阻率高，電阻溫度系數(shù)小，加工性和焊接性好。200℃以下一般選用康銅材料，300℃以上鎳鉻合金等材料（2）底基材料的選擇要求彈性模數(shù)小，絕緣電阻高，薄且抗溫抗熱性能好。紙基：簡單、便宜，70℃以下；膠基：使用溫度可達100~300℃；玻璃纖維布基：使用溫度可達400~500℃。應變片的選用（1）敏感柵材料要求靈敏系數(shù)穩(wěn)定，電阻8（3）柵長的選擇應變片測出的應變是測點粘貼區(qū)域內(nèi)應變的平均值，為保證測定的應變接近于測點的真實應變，一般選擇柵長小的應變片。當測量材質(zhì)不均勻的木材、混凝土試件時，應采用柵長的應變片（4）靈敏系數(shù)的選擇宜選用靈敏系數(shù)大的應變片，一般K=2（5）測試環(huán)境的選擇溫度、濕度、高壓等環(huán)境條件對應變片的性能影響大（3）柵長的選擇應變片測出的應變是測點粘貼區(qū)域內(nèi)應變9表面處理粘貼粘合層的固化粘貼質(zhì)量檢查防潮防水保護

應變片的粘貼表面處理應變片的粘貼106.2應變測量橋路直流電橋電壓輸出6.2應變測量橋路直流電橋電壓輸出11R1上的電壓降為：R4上的電壓降為：輸出電壓為：若：，則：，電橋平衡R1上的電壓降為：R4上的電壓降為：輸出電壓為：若：12當各橋臂電阻發(fā)生變化時，輸出電壓發(fā)生變化：若：則：工作橋臂：接入的是應變片，有電阻變化。根據(jù)電橋工作中橋臂電阻值變化情況可分為半橋單臂、半橋雙臂和全橋三種聯(lián)接方式。當各橋臂電阻發(fā)生變化時，輸出電壓發(fā)生變化：若：則：工作橋臂13全等臂橋各橋臂電阻相等：很小，遠小于橋臂電阻值，故略去分母中的全等臂橋各橋臂電阻相等：很小，遠小于橋臂電阻值，故14一般組橋時，各橋臂的參數(shù)要求相同，可以認為所以：如果相鄰橋臂的電阻變化相反，但大小相等，即△R1=△R3=△R，△R2=△R4=-△R，則有：電橋的靈敏度所以全等臂橋一般組橋時，各橋臂的參數(shù)要求相同，可以認為所以：如果相15半橋所以半橋靈敏度為：半橋所以半橋靈敏度為：16單臂橋所以單臂橋靈敏度為：單臂橋所以單臂橋靈敏度為：17特性應變電橋的和差特性：相鄰相減，相對相加可實現(xiàn)溫度補償，輸出電壓放大等作用。特性應變電橋的和差特性：相鄰相減，相對相加可實現(xiàn)溫度補18溫度補償PPR1R2溫度補償PPR1R219補償片和工作片的性能參數(shù)完全相同貼補償片的材料與被測試件材料相同補償片和工作片盡量放近一些，處于同一溫度場工作片、補償片接在相鄰橋臂上注意：補償片和工作片的性能參數(shù)完全相同注意：206.3布片與組橋電橋的特點是電橋的平衡條件，實際測量時需先進行預調(diào)平衡。如相鄰兩臂有大小相等，符號一致的變化，或是相對兩臂有大小相等，符號相反的變化，則不破壞電橋的平衡。和差特性。

6.3布片與組橋電橋的特點21組橋及示例橋路的接法有兩種，一為半橋接法，一為全橋接法。半橋接法是四個臂中只有兩個參加工作?；蛞粋€參加工作，一個僅作溫度補償。全橋接法是橋路的四個臂均參與工作，既當工作片也當補償片。此時，四個片必須貼于同一材料上，并在同溫度情況下工作，不相鄰的兩個應變片的應變量應相同，另兩片的應變量數(shù)值與前者相等，但符號相反,或者是兩個補償片。組橋及示例橋路的接法有兩種，一為半橋接法，一為全橋22解：方法一：PPR1R2方法二：R2R1PPPR1R2感受橫向拉力比較兩種方法例1：求受拉試件應變。解：方法一：PPR1R2方法二：R2R1PPPR123例2：求如圖所示試件由彎矩引起的應變。MM解：方法一：MMR2R10R2R1M例2：求如圖所示試件由彎矩引起的應變。MM解：方法一：MMR24方法二：MMR2R1

R2R1M方法二：MMR2R1R2R1M25例3：求試件由拉力和彎矩共同引起的應變。MMPP解：M

R2R1P（1）測彎矩應變排除拉力應變。MMR2R1PP例3：求試件由拉力和彎矩共同引起的應變。MMPP解：M26（2）測拉力應變排除彎矩應變。方法一：貼溫度補償片，接成全橋。MMR3R1PPR2R400R4R30M0R2R1P（2）測拉力應變排除彎矩應變。方法一：貼溫度補償片，接成全橋27方法二：R2MMR3R1PPR4A向R1R2A向R4R3M

R2R1P方法二：R2MMR3R1PPR4A向R1R2A向R4R3286.4提高應變測量精度的措施提高供橋電壓增大輸出電流減小貼片誤差減小接觸電阻長導線電阻影響的修正測量應變的定度其他措施6.4提高應變測量精度的措施提高供橋電壓29例4：用一電阻應變片測量一結構上某點的應力。應變片電阻R=160Ω，靈敏系數(shù)S=2.03，接入電橋的一臂。若電橋由10V直流電源供電，測得輸出為5mV，求該點沿應變片敏感方向的應變和應力。構件材料的彈性模量Pa。例4：用一電阻應變片測量一結構上某點的應力。應變片電阻R=130于是被測點應變?yōu)?

解:單臂工作電橋的輸出電壓為：被測點應力為:

于是被測點應變?yōu)?解:單臂工作電橋的輸出電壓為：被測點應31例5、某車床加工外圓表面時，表面振紋主要由轉(zhuǎn)動軸上齒輪的不平衡慣性力而使主軸箱振動所引起。振紋的幅值譜和主軸箱傳動示意圖如題圖所示。傳動軸I、傳動軸II和主軸III上的齒輪齒數(shù)為z1=30，z2=40，z3=20，z4=50。傳動軸轉(zhuǎn)速n1=2000r/min。試分析哪一根軸上的齒輪不平衡量對加工表面的振紋影響最大？為什么？例5、某車床加工外圓表面時，表面振紋主要由轉(zhuǎn)動軸上齒輪的不平32解：1）計算各軸的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)動頻率：軸I的轉(zhuǎn)動頻率：（Hz）軸II的轉(zhuǎn)速：(r/min)軸II的轉(zhuǎn)動頻率：（Hz）軸III的轉(zhuǎn)速：(r/min)軸III的轉(zhuǎn)動頻率：（Hz）2）判別由計算結果知，軸II的轉(zhuǎn)動頻率fII

=25(Hz)與幅頻圖A(f)中最大幅值處的頻率相吻合，故知軸II上的齒輪不平衡量對加工表面的振紋影響最大。解：1）計算各軸的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)動頻率：2）判別由計算結果知，33第六章應變測試系統(tǒng)6.1應變片6.2應變測量橋路6.3布片與組橋6.4提高應變測量精度的措施第六章應變測試系統(tǒng)6.1應變片346.1應變片金屬線材的應變效應形變效應壓阻效應應變片靈敏系數(shù)安裝在被測試件上的應變在其軸向受到單向應力時引起的電阻相對變化與其單向應力引起的試件表面軸向應變之比應變片的靈敏系數(shù)并不等于其敏感柵整長應變絲的靈敏系數(shù)6.1應變片金屬線材的應變效應形變效應壓阻效應應變片靈敏35應變片的結構和作用基底：固定敏感柵，將試件應變傳給敏感柵，絕緣；敏感柵：應變轉(zhuǎn)化為電阻；引線：接入電路，信號轉(zhuǎn)化；覆蓋層：保護敏感柵；粘結劑：固定作用。應變片的結構和作用基底：固定敏感柵，將試件應變傳給敏感柵36應變電阻變化電流或電壓變化放大記錄電阻應變測量過程電阻應變測量的特點優(yōu)點：尺寸小，重量輕；頻率響應好；測量范圍廣；可在惡劣條件下使用，價格便宜；測量精度比較高。

缺點：一片應變片只能測量一點某方向的應變；一次性；只能測量柵長范圍內(nèi)的平均應變。不適于在1000攝氏度以上的高溫環(huán)境下工作。應變電阻變化電流或電壓變化放大記錄電阻應變測量過程電阻應37橫向效應機械滯后零點漂移蠕變：在某一恒定應變狀態(tài)下，保持溫度不變，其指示應變值隨時間而變化的特性。應變極限：真實應變與指示應變。動態(tài)壽命：在某一交變應變幅度下，應變片所能經(jīng)受的有效工作循環(huán)次數(shù)。105-107次。動態(tài)響應電阻應變的工作特性橫向效應蠕變：在某一恒定應變狀態(tài)下，保持溫度不變，其指示38溫度誤差及溫度補償應變片的溫度誤差：由于測量現(xiàn)場環(huán)境溫度的改變而給測量帶來的附加誤差溫度效應（由于溫度變化引起的電阻溫度系數(shù)變化）試件材料和電阻絲材料的線膨脹系數(shù)不同溫度補償方法：自補償法，線路補償法。溫度誤差及溫度補償應變片的溫度誤差：由于測量現(xiàn)場環(huán)境溫度39應變片主要參數(shù)幾何尺寸電阻值絕緣電阻靈敏度系數(shù)允許電流其他應變片主要參數(shù)幾何尺寸40應變片的選用（1）敏感柵材料要求靈敏系數(shù)穩(wěn)定，電阻率高，電阻溫度系數(shù)小，加工性和焊接性好。200℃以下一般選用康銅材料，300℃以上鎳鉻合金等材料（2）底基材料的選擇要求彈性模數(shù)小，絕緣電阻高，薄且抗溫抗熱性能好。紙基：簡單、便宜，70℃以下；膠基：使用溫度可達100~300℃；玻璃纖維布基：使用溫度可達400~500℃。應變片的選用（1）敏感柵材料要求靈敏系數(shù)穩(wěn)定，電阻41（3）柵長的選擇應變片測出的應變是測點粘貼區(qū)域內(nèi)應變的平均值，為保證測定的應變接近于測點的真實應變，一般選擇柵長小的應變片。當測量材質(zhì)不均勻的木材、混凝土試件時，應采用柵長的應變片（4）靈敏系數(shù)的選擇宜選用靈敏系數(shù)大的應變片，一般K=2（5）測試環(huán)境的選擇溫度、濕度、高壓等環(huán)境條件對應變片的性能影響大（3）柵長的選擇應變片測出的應變是測點粘貼區(qū)域內(nèi)應變42表面處理粘貼粘合層的固化粘貼質(zhì)量檢查防潮防水保護

應變片的粘貼表面處理應變片的粘貼436.2應變測量橋路直流電橋電壓輸出6.2應變測量橋路直流電橋電壓輸出44R1上的電壓降為：R4上的電壓降為：輸出電壓為：若：，則：，電橋平衡R1上的電壓降為：R4上的電壓降為：輸出電壓為：若：45當各橋臂電阻發(fā)生變化時，輸出電壓發(fā)生變化：若：則：工作橋臂：接入的是應變片，有電阻變化。根據(jù)電橋工作中橋臂電阻值變化情況可分為半橋單臂、半橋雙臂和全橋三種聯(lián)接方式。當各橋臂電阻發(fā)生變化時，輸出電壓發(fā)生變化：若：則：工作橋臂46全等臂橋各橋臂電阻相等：很小，遠小于橋臂電阻值，故略去分母中的全等臂橋各橋臂電阻相等：很小，遠小于橋臂電阻值，故47一般組橋時，各橋臂的參數(shù)要求相同，可以認為所以：如果相鄰橋臂的電阻變化相反，但大小相等，即△R1=△R3=△R，△R2=△R4=-△R，則有：電橋的靈敏度所以全等臂橋一般組橋時，各橋臂的參數(shù)要求相同，可以認為所以：如果相48半橋所以半橋靈敏度為：半橋所以半橋靈敏度為：49單臂橋所以單臂橋靈敏度為：單臂橋所以單臂橋靈敏度為：50特性應變電橋的和差特性：相鄰相減，相對相加可實現(xiàn)溫度補償，輸出電壓放大等作用。特性應變電橋的和差特性：相鄰相減，相對相加可實現(xiàn)溫度補51溫度補償PPR1R2溫度補償PPR1R252補償片和工作片的性能參數(shù)完全相同貼補償片的材料與被測試件材料相同補償片和工作片盡量放近一些，處于同一溫度場工作片、補償片接在相鄰橋臂上注意：補償片和工作片的性能參數(shù)完全相同注意：536.3布片與組橋電橋的特點是電橋的平衡條件，實際測量時需先進行預調(diào)平衡。如相鄰兩臂有大小相等，符號一致的變化，或是相對兩臂有大小相等，符號相反的變化，則不破壞電橋的平衡。和差特性。

6.3布片與組橋電橋的特點54組橋及示例橋路的接法有兩種，一為半橋接法，一為全橋接法。半橋接法是四個臂中只有兩個參加工作?；蛞粋€參加工作，一個僅作溫度補償。全橋接法是橋路的四個臂均參與工作，既當工作片也當補償片。此時，四個片必須貼于同一材料上，并在同溫度情況下工作，不相鄰的兩個應變片的應變量應相同，另兩片的應變量數(shù)值與前者相等，但符號相反,或者是兩個補償片。組橋及示例橋路的接法有兩種，一為半橋接法，一為全橋55解：方法一：PPR1R2方法二：R2R1PPPR1R2感受橫向拉力比較兩種方法例1：求受拉試件應變。解：方法一：PPR1R2方法二：R2R1PPPR156例2：求如圖所示試件由彎矩引起的應變。MM解：方法一：MMR2R10R2R1M例2：求如圖所示試件由彎矩引起的應變。MM解：方法一：MMR57方法二：MMR2R1

R2R1M方法二：MMR2R1R2R1M58例3：求試件由拉力和彎矩共同引起的應變。MMPP解：M

R2R1P（1）測彎矩應變排除拉力應變。MMR2R1PP例3：求試件由拉力和彎矩共同引起的應變。MMPP解：M59（2）測拉力應變排除彎矩應變。方法一：貼溫度補償片，接成全橋。MMR3R1PPR2R400R4R30M0R2R1P（2）測拉力應變排除彎矩應變。方法一：貼溫度補償片，接成全橋60方法二：R2MMR3R1PPR4A向R1R2A向R4R3M

R2R1P方法二：R2MMR3R1PPR4A向R1R2A向R4R3616.4提高應變測量精度的措施提高供橋電壓增大輸出電流減小貼片誤差減小