管道應(yīng)力應(yīng)變測量

管道應(yīng)力應(yīng)變測量 制作 常凱齊永健 目錄 一電阻應(yīng)變片應(yīng)用原理二管道布片方案三數(shù)據(jù)收集處理 一電阻應(yīng)變片應(yīng)用原理 金屬電阻應(yīng)變片測量系統(tǒng)可分為三個基本環(huán)節(jié) 1 傳感器 通過彈性元件將力轉(zhuǎn)變?yōu)閼?yīng)變 再由電阻應(yīng)變計(jì)將機(jī)械應(yīng)變轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮枳兓?2 電阻應(yīng)變儀 放大由電阻應(yīng)變計(jì)組成的電橋所輸出地電壓 以電壓或電流信號輸出 3 指示 記錄裝置 如計(jì)算機(jī)等 一電阻應(yīng)變片應(yīng)用原理 電阻應(yīng)變測量方法 電阻應(yīng)變測量方法是將應(yīng)變轉(zhuǎn)換成電信號進(jìn)行測量的方法 簡稱電測法 電測法的基本原理是 將電阻應(yīng)變片 簡稱應(yīng)變片 粘貼在被測構(gòu)件的表面 當(dāng)構(gòu)件發(fā)生變形時 應(yīng)變片隨著構(gòu)件一起變形 應(yīng)變片的電阻值將發(fā)生相應(yīng)的變化 通過電阻應(yīng)變測量儀器 簡稱電阻應(yīng)變儀 可測量出應(yīng)變片中電阻值的變化 并換算成應(yīng)變值 或輸出與應(yīng)變成正比的模擬電信號 電壓或電流 用記錄儀記錄下來 也可用計(jì)算機(jī)按預(yù)定的要求進(jìn)行數(shù)據(jù)處理 得到所需要的應(yīng)變或應(yīng)力值 其工作過程如下所示 一電阻應(yīng)變片應(yīng)用原理 電測法具有靈敏度高的特點(diǎn) 應(yīng)變片重量輕 體積小且可在高 低 溫 高壓等特殊環(huán)境下使用 測量過程中的輸出量為電信號 便于實(shí)現(xiàn)自動化和數(shù)字化 并能進(jìn)行遠(yuǎn)距離測量及無線遙測 被測管道 顯示記錄儀器 應(yīng)變片 放大電路 測量電路 一電阻應(yīng)變片應(yīng)用原理 1 應(yīng)變效應(yīng)當(dāng)金屬絲在外力作用下發(fā)生機(jī)械變形時 其電阻值將發(fā)生變化 這種現(xiàn)象稱為金屬的電阻應(yīng)變效應(yīng) 2 電阻應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)和工作原理應(yīng)變片的結(jié)構(gòu) 一電阻應(yīng)變片應(yīng)用原理 一電阻應(yīng)變片應(yīng)用原理 1 敏感柵 用合金絲或合金箔制成的柵 柵長l 指兩端圓弧內(nèi)側(cè)或兩端橫柵內(nèi)側(cè)之間的距離 一般為0 2 100mm 柵寬b 敏感柵外側(cè)之間的距離 應(yīng)變片軸線 敏感柵縱柵的中心線 2 基底 用來保持敏感柵的幾何形狀和相對位置 3 蓋層 用來保護(hù)敏感柵 常用材料有紙 膠膜 玻璃纖維等 4 引線 用來由敏感柵引出電信號的金屬導(dǎo)線 用鍍錫銅線 通常 制成5 粘結(jié)劑 將敏感柵固定在基底上 常用環(huán)氧樹脂類和酚醛樹脂類粘結(jié)劑 一電阻應(yīng)變片應(yīng)用原理 工作原理 由物理學(xué)可知 金屬導(dǎo)線的電阻率為其中 導(dǎo)線材料電阻率 L導(dǎo)線長度 A導(dǎo)線橫截面積 當(dāng)金屬導(dǎo)線沿其軸線方向受力變形時 伸長或縮短 電阻值會隨之發(fā)生變化 增大或減小 這種現(xiàn)象就稱為電阻應(yīng)變效應(yīng) 將上式取對數(shù)并微分 得式中 dL L為金屬導(dǎo)線長度的相對變化 一電阻應(yīng)變片應(yīng)用原理 dA A為導(dǎo)線橫截面積的相對變化 若導(dǎo)線直徑為D 則式中 為導(dǎo)線材料泊松比 一電阻應(yīng)變片應(yīng)用原理 式中 R 金屬絲電阻值的變化量 Ko 金屬材料的應(yīng)變靈敏系數(shù) 它主要由試驗(yàn)方法確定 且在彈性極限內(nèi)基本為常數(shù)值 金屬材料的軸向應(yīng)變值 即 因此又稱 為長度應(yīng)變值 對金屬絲而言 其值勤在0 24 0 4之間 一電阻應(yīng)變片應(yīng)用原理 一電阻應(yīng)變片應(yīng)用原理 測量電橋的幾種組成方法合理利用橋路特性可達(dá)到以下目的 1 實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償 2 從復(fù)雜的變形中測出所需要的應(yīng)變分量 3 擴(kuò)大應(yīng)變儀讀數(shù) 以減小讀數(shù)誤差 提高測量靈敏度 1 半橋接線法在測量電橋的橋臂AB BC上接應(yīng)變片 另外兩橋臂AD CD上接應(yīng)變儀內(nèi)部固定電阻R 則稱半橋接線法 由于下半個橋接的固定電阻不感受應(yīng)變 由公式可得應(yīng)變儀的讀數(shù)應(yīng)變 實(shí)際測量時 可分為兩種情況 1 半橋測量 電橋的兩個橋臂AB BC接應(yīng)變片 2 半臂測量 電橋的兩個橋臂AB BC上 任一橋臂上接工作應(yīng)變片 而另一橋臂接溫度補(bǔ)償片 一電阻應(yīng)變片應(yīng)用原理 一電阻應(yīng)變片應(yīng)用原理 2 全橋接線法在測量電橋的四個橋臂上都接上應(yīng)變片 對于等臂電橋 此時應(yīng)變儀的讀數(shù)應(yīng)變由公式可得出 一常用金屬電阻絲材料的性能 一幾種常用的國產(chǎn)應(yīng)變片的技術(shù)數(shù)據(jù) 二管道布片方式 布片方案要考慮測點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài) 構(gòu)件的受載情況和溫度補(bǔ)償原則 單向應(yīng)力狀態(tài)測點(diǎn)只貼一個工作片 主方向已知的雙向應(yīng)力狀態(tài)測點(diǎn)貼兩個工作片 如果主方向未知 則在一點(diǎn)貼三個工作片或采用應(yīng)變花 當(dāng)管道承受拉 彎 扭的不同載荷時 應(yīng)根據(jù)測試要求確定應(yīng)變片的布片方法 以消除測量結(jié)果中不需要的載荷影響 在溫度沿構(gòu)件表面變化不大的測試件中 測點(diǎn)可以按位置分組 同一組的工作片共用一個貼在附近的溫度補(bǔ)償片 應(yīng)變花 二管道布片方式 00 450 900 二管道布片方式 管道承受彎曲和扭轉(zhuǎn)組合作用時 鋼管表面上任意一點(diǎn)可以認(rèn)為處于平面應(yīng)力狀態(tài) 如圖所示 A A B B 二管道布片方式 為了測圓筒主應(yīng)力的大小及方向 在管道的上下表面對應(yīng)的兩點(diǎn)A B處分別粘貼2枚電阻應(yīng)變片 應(yīng)變片的布片方案為45 應(yīng)變花 可以按順序選擇不同角度的三枚應(yīng)變片為一組 測得三個不同方向的應(yīng)變值 則該點(diǎn)的主應(yīng)力大小及方向即可算出 三數(shù)據(jù)收集處理 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的工作原理 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件由傳感器 數(shù)據(jù)采集儀和計(jì)算機(jī) 控制器與分析器 組成 傳感器部分包括各種電測傳感器 傳感器的作用是感受各種物理量 例如力 線位移 角位移 應(yīng)變和溫度等 并將這些物理量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?數(shù)據(jù)采集儀的作用是對所有的傳感器通道進(jìn)行掃描 將掃描得到的電信號進(jìn)行數(shù)字轉(zhuǎn)換 轉(zhuǎn)換成數(shù)字量 再根據(jù)傳感器特性對數(shù)據(jù)進(jìn)行傳感器系數(shù)換算 如將電壓數(shù)換算成應(yīng)變或溫度等 然后將數(shù)據(jù)傳送給計(jì)算機(jī) 或者將這些數(shù)據(jù)打印輸出 存入磁