實(shí)驗(yàn)應(yīng)力分析電測(cè)法電橋特性及應(yīng)用

實(shí)驗(yàn)應(yīng)力分析電測(cè)法電橋特性及應(yīng)用第1頁(yè)/共39頁(yè)§3-1測(cè)量電橋的基本特性和溫度補(bǔ)償ABCDR1R2uBDR4R3V第三講測(cè)量電橋的特性及應(yīng)用

一、測(cè)量電橋的基本特性相鄰橋臂的電阻有大小相等、符號(hào)一致的變化，或相對(duì)橋臂的電阻有大小相等、符號(hào)相反的變化，不影響電橋的輸出。1．第2頁(yè)/共39頁(yè)§3-1測(cè)量電橋的基本特性和溫度補(bǔ)償ABCDR1R2uBDR4R3V第三講測(cè)量電橋的特性及應(yīng)用

一、測(cè)量電橋的基本特性相鄰橋臂的電阻有大小相等、符號(hào)相反的變化，或相對(duì)橋臂的電阻有大小相等、符號(hào)一致的變化，則電橋的輸出加倍，即電橋的靈敏度提高為原來(lái)的兩倍。2．第3頁(yè)/共39頁(yè)§3-1測(cè)量電橋的基本特性和溫度補(bǔ)償ABCDR1R2uBDR4R3V第三講測(cè)量電橋的特性及應(yīng)用

一、測(cè)量電橋的基本特性若相鄰橋臂的電阻有大小相等、符號(hào)相反的變化，而相對(duì)橋臂的電阻有大小相等、符號(hào)相同的變化，則電橋的輸出將增加三倍，即電橋的靈敏度提高為原來(lái)的四倍。3．第4頁(yè)/共39頁(yè)?第5頁(yè)/共39頁(yè)二、溫度影響及補(bǔ)償方法（一）、溫度影響1．當(dāng)環(huán)境溫度變化

時(shí)，由于敏感絲柵材料的電阻溫度系數(shù)而產(chǎn)生的電阻相對(duì)變化為系數(shù)不同應(yīng)變片被迫拉長(zhǎng)或縮短，而產(chǎn)生一定的附加應(yīng)變，其值為2．當(dāng)環(huán)境溫度變化

時(shí)，由于敏感絲柵材料和被測(cè)構(gòu)件材料的膨脹式中：——構(gòu)件材料的線膨脹系數(shù)——敏感絲柵材料的線膨脹系數(shù)第6頁(yè)/共39頁(yè)相應(yīng)的電阻變化為溫度變化產(chǎn)生的總相對(duì)電阻變化為對(duì)應(yīng)的應(yīng)變和應(yīng)力為第7頁(yè)/共39頁(yè)例如：粘貼在鋼試件上的康銅絲應(yīng)變片，當(dāng)溫度變化10C時(shí)的溫度應(yīng)力。第8頁(yè)/共39頁(yè)（二）、補(bǔ)償方法溫度自補(bǔ)償應(yīng)變片法——通過(guò)對(duì)應(yīng)變片的敏感柵材料和制造工藝上采取各種措施，使K、

內(nèi)時(shí)，使。

、、幾個(gè)系數(shù)互相配合，當(dāng)應(yīng)變片在一定的溫度范圍常用于中、高溫下的應(yīng)變測(cè)量。

橋路補(bǔ)償法——1．補(bǔ)償塊法R1R2R1R2補(bǔ)償塊

注：應(yīng)變片靈敏系數(shù)相同、粘貼工藝相同、材料相同2．工作片法靈敏度提高一倍

ABCDR1R2uBDR4R3V工作片補(bǔ)償片第9頁(yè)/共39頁(yè)§3-2電阻應(yīng)變計(jì)在電橋中的接線方法ABCDR1R2R4R3目的：

1、實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償

2、從復(fù)雜變形量中測(cè)出所需求的某一應(yīng)變分量

3、增大應(yīng)變儀的讀數(shù)，減少讀數(shù)誤差一、半橋接線法對(duì)于等臂電橋1、半橋測(cè)量ABCDR1R2R4R32、單臂測(cè)量第10頁(yè)/共39頁(yè)ABCDR1R2R4R3二、全橋接線法對(duì)于等臂電橋1、全橋測(cè)量ABCDR1R2R4R32、對(duì)臂測(cè)量第11頁(yè)/共39頁(yè)ABCDR1R2RR三、串聯(lián)和并聯(lián)式接線法1、串聯(lián)接線法結(jié)論：1、橋臂的應(yīng)變?yōu)楦鱾€(gè)應(yīng)變計(jì)應(yīng)變值的算術(shù)平均值；2、當(dāng)橋臂中串聯(lián)的各個(gè)應(yīng)變計(jì)的應(yīng)變值相同時(shí)，橋臂的應(yīng)變就等于串聯(lián)的單個(gè)應(yīng)變計(jì)的應(yīng)變值；3、串聯(lián)后的橋臂電阻增大，在限定電流下，可以提高供橋電壓，相應(yīng)地使讀數(shù)應(yīng)變?cè)龃螅坏?2頁(yè)/共39頁(yè)ABCDR1R2RR2、并聯(lián)接線法結(jié)論：1、當(dāng)同一橋臂中所有應(yīng)變計(jì)的電阻改變量都相同時(shí)，橋臂應(yīng)變?yōu)椋?、并聯(lián)后的橋臂電阻減小，在通過(guò)應(yīng)變計(jì)的電流不超過(guò)最大工作電流的條件下，電橋的輸出電流可以相應(yīng)地提高n倍。橋臂的應(yīng)變就等于單個(gè)應(yīng)變計(jì)的應(yīng)變值；第13頁(yè)/共39頁(yè)§3-3測(cè)量電橋的應(yīng)用缺點(diǎn)：不能消除偏心彎矩引起的附加應(yīng)變方法：最簡(jiǎn)單的方法是半橋補(bǔ)償塊補(bǔ)償以下介紹另兩種方法：一、半橋四片補(bǔ)償塊補(bǔ)償法測(cè)拉（壓）R1補(bǔ)償塊R2PPM=PeM=PePPePPABCDR1R2RR第14頁(yè)/共39頁(yè)工作片：補(bǔ)償片：由于所以消除了偏心影響。思考?：如何測(cè)偏心距e。R1PM=PePM=Pe補(bǔ)償塊R2ABCDR1R2RR第15頁(yè)/共39頁(yè)

二、全橋四片測(cè)拉（壓）各橋臂應(yīng)變片阻值變化為：由于

所以消除了偏心影響，讀數(shù)應(yīng)變?yōu)槔煲鸬恼鎸?shí)應(yīng)變的倍。ABCDR1R2R4R3R2R1PM=PePM=PeR3R4第16頁(yè)/共39頁(yè)三、平面應(yīng)力狀態(tài)下的測(cè)量（主應(yīng)力方向已知）T各橋臂應(yīng)變片阻值變化為：由于所以TAR3R1R2R4ABCDR1R2R4R3第17頁(yè)/共39頁(yè)四、組合變形時(shí)某種應(yīng)變成份的測(cè)量各橋臂應(yīng)變片阻值變化為：由于所以?利用此布片能否測(cè)量拉應(yīng)變或彎曲應(yīng)變，怎樣接橋，應(yīng)注意什么問(wèn)題；儀器讀數(shù)為扭轉(zhuǎn)引起的真實(shí)應(yīng)變數(shù)的四倍。TMMPPTAR3R1R2R4ABCDR1R2R4R3?設(shè)計(jì)測(cè)量拉應(yīng)變或彎曲應(yīng)變時(shí)最簡(jiǎn)單的布片和接橋。第18頁(yè)/共39頁(yè)P(yáng)PPPTTMM?PPPP?ABCDR1R2R4R3第19頁(yè)/共39頁(yè)ABCDR4R3VPPMM測(cè)拉應(yīng)變TTPP測(cè)拉應(yīng)變MMTTPPTTMMABCDR1R2R4R3V測(cè)彎曲應(yīng)變討論第20頁(yè)/共39頁(yè)OABabxyzzF圖示直角曲拐，OA段直徑d，材料常數(shù)已知。設(shè)計(jì)一個(gè)應(yīng)變測(cè)量方案，要求：1、應(yīng)變計(jì)必須布置在OA段的適當(dāng)位置，可以使用多軸應(yīng)變計(jì)（應(yīng)變花），但不許設(shè)溫度補(bǔ)償片。2、能夠測(cè)出F的大小和位置。3、畫(huà)出應(yīng)變計(jì)布片圖和測(cè)量組橋圖。4、給出應(yīng)變儀讀數(shù)與待測(cè)數(shù)據(jù)的關(guān)系式及其分析推導(dǎo)過(guò)程。第21頁(yè)/共39頁(yè)lCRaRbCAB半橋R2R3R4ABCDR1全橋xzOR1(R4)Ra(Rb)R2(R3)45?45?逆y軸方向觀察應(yīng)變計(jì)布片方案Ra,R1,R2Rb,R4,R3OABabxyzzF1、布片、組橋2、分析推導(dǎo)第22頁(yè)/共39頁(yè)lCRaRbCAB半橋R2R3R4ABCDR1全橋xzOR1(R4)Ra(Rb)R2(R3)45?45?逆y軸方向觀察應(yīng)變計(jì)布片方案Ra,R1,R2Rb,R4,R3OABabxyzzF半橋因?yàn)樗缘?3頁(yè)/共39頁(yè)lCRaRbCAB半橋R2R3R4ABCDR1全橋xzOR1(R4)Ra(Rb)R2(R3)45?45?逆y軸方向觀察應(yīng)變計(jì)布片方案Ra,R1,R2Rb,R4,R3OABabxyzzF全橋第24頁(yè)/共39頁(yè)lCRaRbCAB半橋R2R3R4ABCDR1全橋xzOR1(R4)Ra(Rb)R2(R3)45?45?逆y軸方向觀察應(yīng)變計(jì)布片方案Ra,R1,R2Rb,R4,R3OABabxyzzF全橋因?yàn)樗缘?5頁(yè)/共39頁(yè)lCRaRbCAB半橋R2R3R4ABCDR1全橋xzOR1(R4)Ra(Rb)R2(R3)45?45?逆y軸方向觀察應(yīng)變計(jì)布片方案Ra,R1,R2Rb,R4,R3OABabxyzzF1、布片、組橋2、分析推導(dǎo)3、測(cè)量步驟第一步：用Ra和Rb組成的半橋測(cè)得，并計(jì)算出F。第二步：

用R1、R2

、R3和R4組成全橋測(cè)得，并計(jì)算出z

。第26頁(yè)/共39頁(yè)AFRaxDbhaRbRcRdCBXdl懸臂梁受力與貼片如圖，材料常數(shù)已知。設(shè)計(jì)一個(gè)應(yīng)變測(cè)量方案，要求：1、測(cè)定F大小、方向、作用位置以及自由端D的撓度f(wàn)。提示：利用應(yīng)變儀讀數(shù)與F、x、a等相關(guān)參數(shù)的關(guān)系。3、對(duì)測(cè)量方法的靈敏度和精度作簡(jiǎn)要分析或說(shuō)明。2、給出應(yīng)變儀讀數(shù)與待測(cè)數(shù)據(jù)的關(guān)系式及其分析推導(dǎo)過(guò)程，并畫(huà)出組橋圖。第27頁(yè)/共39頁(yè)CABRaRbCABRcRdAFRaxDbhaRbRcRdCBXdl截面B1、測(cè)量組橋方案或2、給出應(yīng)變儀讀數(shù)與待測(cè)數(shù)據(jù)的關(guān)系式及其分析推導(dǎo)截面C第28頁(yè)/共39頁(yè)AFRaxDbhaRbRcRdCBXdl3、測(cè)量步驟第一步，確定F的作用位置、大小及方向：第二步，確定自由端撓度：或第29頁(yè)/共39頁(yè)AFRaxDbhaRbRcRdCBXdl4、測(cè)量靈敏度和精度分析F、（x+a）的變化按正比關(guān)系影響的變化，從而響靈敏度；F、x的變化按正比關(guān)系影響的變化，從而響靈敏度；W、E的變化按反比關(guān)系影響和的變化，從而響靈敏度。(1)由第30頁(yè)/共39頁(yè)(2)由，當(dāng)x較小（接近于0）時(shí)，反應(yīng)F變化的靈敏度較低；對(duì)F的靈敏度總是大于對(duì)F的靈敏度。第31頁(yè)/共39頁(yè)(3)由，當(dāng)F較?。ń咏?）時(shí)，和反應(yīng)x變化的靈敏度較低。(4)由對(duì)F的靈敏度隨x的減小而減小，因此當(dāng)F較小時(shí)，該方法測(cè)量x的精度較低。和對(duì)x的靈敏度隨F的減小而減小，因此當(dāng)x較小時(shí)，該方法測(cè)量F的精度較低。第32頁(yè)/共39頁(yè)圖示薄壁圓筒，當(dāng)P保持恒定而F達(dá)到某一特定值時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)純剪切。材料常數(shù)已知。設(shè)計(jì)一個(gè)應(yīng)變測(cè)量方案，要求：1、能夠?qū)崟r(shí)柱體部分是否處于純剪切應(yīng)力狀態(tài)

。3、畫(huà)出應(yīng)變計(jì)布片圖和測(cè)量組橋圖。2、如果知道純剪切應(yīng)力狀態(tài)下的軸向壓力F，能夠確定內(nèi)壓值P。4、給出應(yīng)變儀讀數(shù)與待測(cè)數(shù)據(jù)的關(guān)系式及其分析推導(dǎo)過(guò)程。第33頁(yè)/共39頁(yè)xyRyRx圖1布片方案溫度補(bǔ)償片Rt2Rt1Rt1RyRt2ABCDRx圖2對(duì)臂全橋2、關(guān)系推導(dǎo)1、布片與組橋

第34頁(yè)/共39頁(yè)在純剪切應(yīng)力狀態(tài)下，恒有對(duì)于本題，當(dāng)薄壁圓筒達(dá)到純剪切應(yīng)力狀態(tài)時(shí)，因此即應(yīng)變儀讀數(shù)為0（確定純剪切應(yīng)力狀態(tài)的原理）。xyRyRx圖1布片方案溫度補(bǔ)償片Rt2Rt1Rt1RyRt2ABCDRx圖2對(duì)臂全橋第35頁(yè)/共39頁(yè)由純剪切應(yīng)力狀態(tài)的軸向壓力F求取內(nèi)壓的方法：在純剪切狀態(tài)下，有即故可解得解法1：在p和F的聯(lián)合作用下，xyRyRx圖1布片方案溫度補(bǔ)償片Rt2Rt1Rt1RyRt2