第13章應(yīng)變電測法.ppt

1、第13章 應(yīng)變電測法,13.1 概 述 13.2 電阻應(yīng)變計 13.3 電阻應(yīng)變儀 13.4 常溫靜態(tài)應(yīng)變測量,13.1 概 述,應(yīng)變電測法把非電量的變化轉(zhuǎn)換為電學(xué)量的變化進(jìn)行測量，是目前實驗應(yīng)力分析中應(yīng)用最廣泛的一種測試方法。,(1)電阻應(yīng)變計測試法,一、應(yīng)變電測法,二、應(yīng)變電測法分類,(2)電容應(yīng)變計測試法,(3)電感應(yīng)變計測試法,三、電阻應(yīng)變計測試法,(1)將電阻應(yīng)變計粘貼在被測構(gòu)件的表面上，當(dāng)被測構(gòu)件變形時，電阻應(yīng)變計隨同構(gòu)件一起變形，其阻值亦發(fā)生相應(yīng)的變化。,13.1 概 述,(2)利用電阻應(yīng)變儀測定應(yīng)變計電阻值的變化，再換算成應(yīng)變值或者輸出與此應(yīng)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(gòu)件表面的應(yīng)變。,(3)根據(jù)應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系確定構(gòu)件表面的應(yīng)力狀態(tài)。,四、電阻應(yīng)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(yīng)力梯度較大情況下的應(yīng)變測量。,(3)不僅可測量靜態(tài)應(yīng)力，而且可測量動態(tài)應(yīng)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(yīng)變讀數(shù)可為l微應(yīng)變，精確度可達(dá)l%2%。,五、電阻應(yīng)變計測試法的缺點,(1)只能測量構(gòu)件表面的應(yīng)變，而不能測內(nèi)部的應(yīng)變。,13.1 概 述,(2)只能測量構(gòu)件表面一個點沿某一方向的應(yīng)變，而不能進(jìn)行全域性測量。,(3)由于只能測量柵長范圍內(nèi)的平均應(yīng)變，因而對應(yīng)變梯度較大的

3、應(yīng)變場的測量誤差較大。,六、電阻應(yīng)變計測量系統(tǒng)的組成,(1)電阻應(yīng)變計,(2)電阻應(yīng)變儀,(3)記錄儀,13.2 電阻應(yīng)變計,電阻應(yīng)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(jié)構(gòu),13.2.1 電阻應(yīng)變計的結(jié)構(gòu)和工作原理,二、主要性能參數(shù),13.2 電阻應(yīng)變計,1. 基長(標(biāo)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(shù)K,或,三、工作原理,13.2 電阻應(yīng)變計,1.在測試時，電阻應(yīng)變計隨同構(gòu)件一起變形，從而引起應(yīng)變計電阻值的變化。,2.測出電阻的改變量R，便可求出應(yīng)變 。,或,(1) 金屬

4、,一、根據(jù)敏感柵的材料不同,13.2.2 電阻應(yīng)變計的分類,13.2 電阻應(yīng)變計,(2) 半導(dǎo)體,(3) 金屬或金屬氧化物漿料,二、金屬應(yīng)變計分類,(1)絲式應(yīng)變計,(2)箔式應(yīng)變計,(3)薄膜應(yīng)變計,三、金屬應(yīng)變計按敏感柵的結(jié)構(gòu)形狀分類,13.2 電阻應(yīng)變計,(1)單軸應(yīng)變計,(2)多軸應(yīng)變計,多軸應(yīng)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(yīng)變花 。,四、選用電阻應(yīng)變計時需要考慮以下幾項因素,13.2 電阻應(yīng)變計,(1)應(yīng)力狀態(tài),(2)應(yīng)力梯度,單向應(yīng)力狀態(tài)可用單軸應(yīng)變計，而平面應(yīng)力狀態(tài)應(yīng)選用應(yīng)變花。,應(yīng)力梯度大時應(yīng)選用小標(biāo)距應(yīng)變計，而應(yīng)力梯度小時可選用標(biāo)距大一些的應(yīng)變計。,

5、(3)試件材質(zhì)和表面質(zhì)量,材質(zhì)均勻、表面光滑時可用小標(biāo)距應(yīng)變計，材質(zhì)不勻、表面粗糙時，則應(yīng)選用大標(biāo)距應(yīng)變計。,13.2 電阻應(yīng)變計,(4)環(huán)境條件,(5)與應(yīng)變儀匹配,在高溫高濕等惡劣環(huán)境條件下，應(yīng)選專用應(yīng)變計。,應(yīng)變計須與應(yīng)變儀的供橋電壓(或電流)相匹配，以免測量時應(yīng)變計過度發(fā)熱，影響精度甚至燒壞。,13.3 電阻應(yīng)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(jīng)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(yīng)變儀,二、直

6、流電橋轉(zhuǎn)換原理,設(shè)初始處于平衡狀態(tài)的電橋各橋臂的阻值分別產(chǎn)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(yīng)變儀,等臂電橋,半等臂電橋,代入,得,13.3 電阻應(yīng)變儀,上式是直流電橋轉(zhuǎn)換原理的基本關(guān)系式。,表明,13.3 電阻應(yīng)變儀,(1) 電橋的輸出電壓與應(yīng)變計感受的應(yīng)變成線性關(guān)系。電阻應(yīng)變儀就是利用這種關(guān)系，以電橋輸出電壓的大小來確定應(yīng)變值；,(2)各個應(yīng)變計感受的應(yīng)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(yīng)變計所測得的電阻變化將由兩部分組成,13.3 電阻應(yīng)變儀,(1) 是由構(gòu)件機(jī)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(bǔ)償,在某些情況下，溫度引起的應(yīng)變的大小可以與構(gòu)件的實際應(yīng)變相當(dāng)。因此，在電阻應(yīng)變計測量中，應(yīng)采取措施消除溫度的影響。,13.3 電阻應(yīng)變儀,1. 補(bǔ)償塊補(bǔ)償法,2. 工作片補(bǔ)償法,橋路補(bǔ)償法,在同一被測構(gòu)件上粘貼幾個工作應(yīng)變計，將它們適當(dāng)?shù)亟尤腚姌蛑小?此方法是準(zhǔn)備一塊與被測構(gòu)件材料相同但不受力的補(bǔ)償塊，與被測構(gòu)件放置在同一溫度環(huán)境中。,一、組橋方式來達(dá)到的測量目的,13.3 電阻應(yīng)變儀,(1)實現(xiàn)溫度補(bǔ)償；,(2)從復(fù)雜的組合應(yīng)變中測出指定成分而排除其他成分；,13.3.3 應(yīng)變計接入電橋的方法,(3)擴(kuò)大應(yīng)變儀的讀數(shù)，以減少讀數(shù)誤差，提高測量靈敏度。

8、,二、幾種典型組橋方式,13.3 電阻應(yīng)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(yīng)變計，而另外兩橋臂AD和DC接應(yīng)變儀內(nèi)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(yīng)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(yīng)變計，稱為全橋接線法。,(2)對臂測量,13.4 常溫靜態(tài)應(yīng)變測量,(1) 研究構(gòu)件的應(yīng)力應(yīng)變分布規(guī)律；,13.4.1 靜態(tài)測量的實施,(2) 研究構(gòu)件的強(qiáng)度問題；,(3) 研究構(gòu)件局部位置的應(yīng)力集中；,(4) 研究構(gòu)件所受的載荷狀況。,1. 靜態(tài)應(yīng)變測量的

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