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1、第13章 应变电测法,13.1 概 述 13.2 电阻应变计 13.3 电阻应变仪 13.4 常温静态应变测量,13.1 概 述,应变电测法把非电量的变化转换为电学量的变化进行测量，是目前实验应力分析中应用最广泛的一种测试方法。,(1)电阻应变计测试法,一、应变电测法,二、应变电测法分类,(2)电容应变计测试法,(3)电感应变计测试法,三、电阻应变计测试法,(1)将电阻应变计粘贴在被测构件的表面上，当被测构件变形时，电阻应变计随同构件一起变形，其阻值亦发生相应的变化。,13.1 概 述,(2)利用电阻应变仪测定应变计电阻值的变化，再换算成应变值或者输出与此应变成正比的电压(或电流)信号，由记录
2、仪记录下来，得到所测构件表面的应变。,(3)根据应力应变关系确定构件表面的应力状态。,四、电阻应变计测试法的优点,(1)测量灵敏度和精度高。,13.1 概 述,(2)传感元件尺寸小、重量轻，能满足应力梯度较大情况下的应变测量。,(3)不仅可测量静态应力，而且可测量动态应力，不仅可在高温或低温环境下测量,而且还可用于遥测。,最小应变读数可为l微应变，精确度可达l%2%。,五、电阻应变计测试法的缺点,(1)只能测量构件表面的应变，而不能测内部的应变。,13.1 概 述,(2)只能测量构件表面一个点沿某一方向的应变，而不能进行全域性测量。,(3)由于只能测量栅长范围内的平均应变，因而对应变梯度较大的
3、应变场的测量误差较大。,六、电阻应变计测量系统的组成,(1)电阻应变计,(2)电阻应变仪,(3)记录仪,13.2 电阻应变计,电阻应变计由覆盖层、敏感栅、基底、引出线和粘接剂五部分组成。,一、结构,13.2.1 电阻应变计的结构和工作原理,二、主要性能参数,13.2 电阻应变计,1. 基长(标距)L,基宽B,2. 电阻值R,一般有60 、120 、200 、350 、500 或1000 ，最常用的是120 。,3.灵敏系数K,或,三、工作原理,13.2 电阻应变计,1.在测试时，电阻应变计随同构件一起变形，从而引起应变计电阻值的变化。,2.测出电阻的改变量R，便可求出应变 。,或,(1) 金属
4、,一、根据敏感栅的材料不同,13.2.2 电阻应变计的分类,13.2 电阻应变计,(2) 半导体,(3) 金属或金属氧化物浆料,二、金属应变计分类,(1)丝式应变计,(2)箔式应变计,(3)薄膜应变计,三、金属应变计按敏感栅的结构形状分类,13.2 电阻应变计,(1)单轴应变计,(2)多轴应变计,多轴应变计由两个或两个以上相交成一定角度的敏感栅制成，通常称为应变花 。,四、选用电阻应变计时需要考虑以下几项因素,13.2 电阻应变计,(1)应力状态,(2)应力梯度,单向应力状态可用单轴应变计，而平面应力状态应选用应变花。,应力梯度大时应选用小标距应变计，而应力梯度小时可选用标距大一些的应变计。,
5、(3)试件材质和表面质量,材质均匀、表面光滑时可用小标距应变计，材质不匀、表面粗糙时，则应选用大标距应变计。,13.2 电阻应变计,(4)环境条件,(5)与应变仪匹配,在高温高湿等恶劣环境条件下，应选专用应变计。,应变计须与应变仪的供桥电压(或电流)相匹配，以免测量时应变计过度发热，影响精度甚至烧坏。,13.3 电阻应变仪,从ABC半个电桥来看，A、C间的电压为U。,采用惠斯顿电桥作为基本测量电路。,13.3.1 测量电路原理,流经R1的电流为,R1 两端的电压降为,R4 两端的电压降为,一、电桥平衡条件,电桥的输出电压为,电桥输出电压,得,上式称为电桥平衡条件。,13.3 电阻应变仪,二、直
6、流电桥转换原理,设初始处于平衡状态的电桥各桥臂的阻值分别产生微小增量,电桥的输出电压为,展开上式，简化为,13.3 电阻应变仪,等臂电桥,半等臂电桥,代入,得,13.3 电阻应变仪,上式是直流电桥转换原理的基本关系式。,表明,13.3 电阻应变仪,(1) 电桥的输出电压与应变计感受的应变成线性关系。电阻应变仪就是利用这种关系，以电桥输出电压的大小来确定应变值；,(2)各个应变计感受的应变对输出电压的影响是线性叠加的，相邻桥臂符号相反，相对桥臂符号相同，这称为电桥的加减特性。,应变计所测得的电阻变化将由两部分组成,13.3 电阻应变仪,(1) 是由构件机械变形引起的电阻变化；,(2) 是由温度变
7、化引起的电阻变化。,13.3.2 温度补偿,在某些情况下，温度引起的应变的大小可以与构件的实际应变相当。因此，在电阻应变计测量中，应采取措施消除温度的影响。,13.3 电阻应变仪,1. 补偿块补偿法,2. 工作片补偿法,桥路补偿法,在同一被测构件上粘贴几个工作应变计，将它们适当地接入电桥中。,此方法是准备一块与被测构件材料相同但不受力的补偿块，与被测构件放置在同一温度环境中。,一、组桥方式来达到的测量目的,13.3 电阻应变仪,(1)实现温度补偿；,(2)从复杂的组合应变中测出指定成分而排除其他成分；,13.3.3 应变计接入电桥的方法,(3)扩大应变仪的读数，以减少读数误差，提高测量灵敏度。
8、,二、几种典型组桥方式,13.3 电阻应变仪,1半桥接线法,等臂电桥有以下两种情况：,(1)半桥测量,若在测量电桥的桥臂AB和BC上接电阻应变计，而另外两桥臂AD和DC接应变仪内部的固定电阻R，则称为半桥接线法。,(2)单臂测量,13.3 电阻应变仪,2全桥接线法,等臂电桥有以下两种情况：,(1)全桥测量,在测量电桥的四个桥臂上全部接电阻应变计，称为全桥接线法。,(2)对臂测量,13.4 常温静态应变测量,(1) 研究构件的应力应变分布规律；,13.4.1 静态测量的实施,(2) 研究构件的强度问题；,(3) 研究构件局部位置的应力集中；,(4) 研究构件所受的载荷状况。,1. 静态应变测量的
9、目的,2. 静态应变测量的一般步骤,13.4 常温静态应变测量,(1)根据测量目的和要求选择测点位置，确定应变计的布置和组桥方案；,(2)根据构件尺寸、材料、测量精度要求和应力梯度，选择应变计种类、栅长和型式，并预先检查电阻值，按阻值不同分组使用；,(3)根据测量精度要求、数据采集的数目和速度来选择使用手动平衡的静态电阻应变仪、自动记录的数字式应变仪或其他数据采集、处理系统；,(4) 应变计的粘贴、布线、防护和检查；,13.4 常温静态应变测量,(5) 应变仪的调试；,(6) 加载测量；,(7) 测量数据分析及完成报告。,在构件表面上任一点沿着主应力方向粘贴一个应变计，测得应变后，便可由单向应力状态的胡克定律求得主应力值 。,13.4.2 测点位置及方位的确定,式中E为被测构件材料的弹性模量。,1. 已知主应力方向的单向应力状态,13.4 常温静态应变测量,可沿两个主应力方向各粘贴一个应变计。,由广义胡克定律求得主应力,2. 已知主应力方向的二向应力状态,13.4 常温静态应变测量,式中， 为被测构件材料的泊松比。,可在被测点处粘贴一个三轴应变花 。,测量三个线应变,3. 未知主应力方向的二向应力状态,13.4 常温静态应变测量,求得,以 电阻应变计方向为参考轴方向,主应力方向和主应变方向一致，得到,主应力为,13.4 常温静态应变测量,主应变为,