测试技术的工程应用.ppt

山东理工大学机械学院测试技术的工程应用第1页，共18页，星期日，2025年，2月5日一、应力、应变测量的组桥原则常用的力测量方法是用应变片和应变仪测量构件的表面应变，根据应变和应力、力之间的关系，确定构件的受力状态。应变片的布置和电桥组接（简称布片组桥）应根据被测量和被测对象受力分布来确定。还应利用适当的布片组桥方式来消除温度变化、复合载荷作用的影响和达到提高测量灵敏度的目的。应变电桥组桥是在应变仪上实现。1．应变仪电阻应变片的电阻变化很小，测量电桥的输出信号也很小，不足以推动显示和记录装置，因此需将电桥的输出信号用一个高增益的放大器进行放大，以实现将应变信号转变成有一定驱动能力的电压或电流信号输出，以便连接计算机进行数据处理和便于连接各种记录仪器，完成这一任务的仪器称应变仪。第一节应变、力与力矩的测量第2页，共18页，星期日，2025年，2月5日（1）静态电阻应变仪主要测量静载荷作用下物理量的变化，其应变信号变化十分缓慢或变化一次后能相对稳定。静态应变仪一般是载波放大式的，使用零位法进行测量，进行多点测量时需选配一个预调平衡箱。各传感器和箱内电阻一起组桥，并进行预调平衡。预调或实测时需另配一手动或自动的多点转换开关，依次接通测量。如YJ-5型静态电阻应变仪。（2）静动态电阻应变仪静动态电阻应变仪测量静态应变为主，也可测量频率较低的动态应变。YJD-1和YJD-7型静动态电阻应变仪工作频率分别为0～10Hz和0～100Hz。（3）动态电阻应变仪动态应变仪与各种记录仪配合用以测量动态应变。测量的工作频率可达0～2000Hz。个别可达10kHz。动态应变仪具有电桥、放大器、相敏检波器和滤波器等。动态应变仪用“偏位法”进行测量，可测量周期或非周期性的动态应变。如YD-15型动态电阻应变仪。（4）超动态电阻应变仪工作频率高于10kHz的应变仪称超动态应变仪，用于测量冲击等变化非常剧烈的瞬间过程。超动态电阻应变仪工作频率比较高，要求载波频率就更高，因此，多采用直流放大器。第3页，共18页，星期日，2025年，2月5日2．直流电桥的输出加减特性直流电桥的输出电压为：第4页，共18页，星期日，2025年，2月5日若在力作用下所产生的电阻变化分别为ΔR1、ΔR2、ΔR3和ΔR4，初始状态电桥的各臂阻值又相等，即R1=R2=R3=R4=R，且考虑到ΔRR，忽略ΔR的高次项，则上式可写成：当各桥臂应变片的灵敏度K相同时，上式可改写为：第5页，共18页，星期日，2025年，2月5日3．单向应力状态应变测量中组桥及温度补偿在轴向力P作用下。试件为单向应力状态。沿构件表面的轴线方向贴工作片R1,在温度补偿板上贴补偿片Rt，将二者组成半桥即可测得轴向应变。电桥的输出为：新产品第6页，共18页，星期日，2025年，2月5日实现温度补偿必须满足以下条件：补偿板和试件的材料相同；工作片、补偿片完全相同；放在完全相同温度场中；接在相邻桥臂。4．拉（压）应变测量中弯矩影响的消除工作片在上、下表面对称粘贴，由加减特性可知，这样可以消除因加载偏心而造成的附加弯矩。其中全桥接法的输出是半桥接法的二倍。第7页，共18页，星期日，2025年，2月5日5．用全桥提高应变测量的灵敏度这样布片实现了温度自补偿，又得到了最大输出应变值，还消除了因加载偏心而造成的附加弯矩。此时：?6．平面应力状态下主应力测量数据采集⑴已知主应力方向例如承受内压的薄壁圆筒形容器的筒体，其主应力方向是已知的。这时只需要沿两个互相垂直的主应力方向各贴一片应变片，另外再采取温度补偿措施，就可以直接测出主应变。其贴片和接桥方法如下图所示。先测出应变值，再由虎克定律计算出主应力，即?第8页，共18页，星期日，2025年，2月5日?⑵主应力方向未知平面应力状态当平面应力的主应力?1和σ2的大小及方向都未知时，需对一个测点贴三个不同方向的应变片，测出三个方向的应变，才能确定主应力?1和?2及主方向角?三个未知量。下图表示边长为x和y、对角线长为l的矩形单元体。设在平面应力状态下，与主应力方向成?角的任一方向的应变为，即图中对角线长度l的相对变化量。第9页，共18页，星期日，2025年，2月5日由于主应力?x、?y的作用，该单元体在X、Y方向的伸长量为Δx、Δy，如图6-6(a)、(b)所示，该方向的应变为?x=Δx/x、?y=Δy/y；在切应力τxy作用下，使原直角∠XOY减小?xy，如图6-6(c)所示，即切应变?xy=Δx/y。这三个变形引起单元体对角线长度l的变化分别为Δxcos?