20090411应变电测原理介绍.ppt

实验力学 应变电测原理介绍 一、概述 二、应变计(片)工作原理 三、测量电路 四、电阻应变仪 五、应变测量演示 一、概述 应变电测技术由于测量精度高，测量范围广，频率响应好，又由于测量过程输出的是电信号，可以进行远距离测量和遥测, 便于自动测量及计算机数据处理等诸多优点，因而被广泛应用于航空航天、土木建筑、桥梁结构、冶金化工、交通运输、机械工程和生物医学等各个领域。 一、概述 例如美国波音767飞机的一次结构静力试验中，就采用2000多个电阻应变计和1000多个应变花，采用应变测量仪器多达4000多点，测量飞机大部分结构部位的应力和应变。 又如国内跨度最大的斜拉索桥江阴长江大桥的结构静载和动载试验，应变测量达到500多点，振动和位移测量有100多点，用于观测各主要结构部位的应力应变和桥梁的振动、位移等参数。 二、应变计(片)工作原理 1.电阻应变计的基本构造 二、应变计(片)工作原理 早期的应变计敏感栅由金属细丝绕成栅形，基底和盖层除用纸外，常用的还有有机树脂胶膜等。用于各种电阻应计的粘结剂有环氧树脂、酚醛树脂、聚乙烯醇等。现在的应变计敏感栅用金属箔，厚度在0.003~ 0.006mm之间，敏感栅由金属箔经过制版、光刻及腐蚀等工艺制成，敏感栅可制成各种应变片、应变花和图形。敏感栅做成栅形的主要原因是在保证足够电阻值的条件下，尽量减小尺寸以测量较小面积内的应变。敏感栅材料常用铜镍合金(康铜)和镍铬合金等。 2. 工作原理将电阻应变计粘贴在被测构件表面上，构件受力而变形时电阻应变计的敏感栅随之产生相同应变其电阻值发生变化，用仪器测量此电阻变化即可测量出构件表面沿敏感栅轴线方向的应变。因此电阻应变计的主要性能与敏感栅有关，取敏感栅材料金属细丝，研究其把应变转换成电阻变化的关系。 二、应变计(片)工作原理 单根金属细丝的电阻R与丝的长度L成正比，而与其截面积S成反比，按物理学有下列公式： 式中， 是金属丝的电阻率，当金属丝因受拉力而伸长时，其电阻发生变化，此变化可由对上式的微分求得： 二、应变计(片)工作原理 在单向应力状态下，截面积的变化率可用泊松效应表示 式中： 为泊松比 金属电阻的变化率与体积变化率成正比，即 m为比例常数 v为金属丝体积 同样，应用泊松效应 二、应变计(片)工作原理 将式(b)、(c)、(d)代入式(a)，则 式中， 为常数，令其为K0，则上式可写成 即电阻相对变化与应变成比例，K0 称为电阻丝的灵敏系数。前式可以写成 二、应变计(片)工作原理 上式说明，电阻丝的电阻变化率与其应变成正 比，比例系数称为电阻丝的灵敏系数。应变片的栅状电阻丝同样有这样关系： 用增量形式表示则有， K为应变片的灵敏系数。其值与敏感栅的材料和几何形状等有关，是由制造厂家用标准应变设备抽样标定后，提供给用户的。 二、应变计(片)工作原理 二、应变计(片)工作原理 3.电阻应变计的各项工作特性电阻应变计主要用于测量工程结构或机械零部件应变和作为传感器中的敏感元件，这两大用途对电阻应变计的工作特性要求有所不同，电阻应变计的工作特性有很多项，对于常温、中高温、低温不同工作温度使用的电阻应变计又有不同工作特性项目。下面先列出常温电阻应变计的一些主要参数。 二、应变计(片)工作原理 参考GB/T13992-92 电阻应变计 国家标准。 (1)灵敏系数 (K) (2)电阻值 (R) (3)横向效应系数 (H) (4)零点漂移(P)和蠕变 (θ) (5)机械滞后 (Zj) (6)应变极限 (εlim ) (7)疲劳寿命 (N)  (8)热输出 (εT)  (9)绝缘电阻 (Rm )  (10)灵敏系数随温度变化 (KT )  其中最重要的工作特性为灵敏系数、横向效应系数和热输出。 三、测量电路 应变(电桥)测量电路 三、测量电路 要测量应变, 是通过测量ΔR/ R , 而ΔR/ R是通过惠斯顿电桥电路测得 的。电阻R1, R2, R3, R4 构成电桥的四个桥臂， 它们可用应变片代替。 在AC端输入稳定的供 桥电压U0 ， BD端则输 出电压Ui，当四个桥臂