電測方法原理哈工程大學

1、電測法基本原理應(yīng)變計電測技術(shù) 是一種確定(qudng)構(gòu)件表面應(yīng)力狀態(tài)的實 驗應(yīng)力分析方法。被測構(gòu)件應(yīng)變片測量電路放大線路顯示記錄器電阻應(yīng)變片量測過程示意 測量原理 測量過程中，將應(yīng)變計（或稱應(yīng)變片）粘貼在構(gòu)件的被測點上，構(gòu)件受力變形時，應(yīng)變計隨構(gòu)件一起變形，于是電阻值產(chǎn)生相應(yīng)的變化，但這一阻值的變化是及其微小的，需要通過測量電路和放大(fngd)線路進行變換并放大，由指示或記錄儀表進行量測記錄；或輸入計算機進行數(shù)據(jù)處理，從而得到所需要的應(yīng)變或應(yīng)力值。共二十四頁電測法基本原理應(yīng)變計及其轉(zhuǎn)換(zhunhun)原理測量(cling)電路原理溫度補償原理應(yīng)變計接入電橋的方法共二十四頁應(yīng)變計及其轉(zhuǎn)換(

2、zhunhun)原理 電阻應(yīng)變計又稱為電阻應(yīng)變片，它是由具有一定電阻的薄金屬箔或細金屬絲的柵狀物粘貼在兩層絕緣(juyun)薄膜中制成的。如圖1，柵狀物稱為敏感柵。覆蓋層引出線基底敏感柵圖1 絲繞式應(yīng)變計構(gòu)造一、電阻應(yīng)變計構(gòu)造 共二十四頁 試驗時，用專用膠水將應(yīng)變片粘貼在構(gòu)件表面需要測定應(yīng)變的部位，并使應(yīng)變片的縱向沿需測定應(yīng)變的方向。這樣(zhyng)當該處沿此方向產(chǎn)生應(yīng)變時，應(yīng)變片也產(chǎn)生同樣的應(yīng)變，敏感柵的電阻就由初始值R變?yōu)镽+R。二、電阻應(yīng)變計的轉(zhuǎn)換(zhunhun)原理應(yīng)變計及其轉(zhuǎn)換原理實驗表明，在一定范圍內(nèi)，敏感柵的電阻變化率與正應(yīng)變成正比，即： l 應(yīng)變片F(xiàn) F l+Dl 式中，比

3、例常數(shù)為應(yīng)變計的靈敏系數(shù)，其值與敏感柵的材料有關(guān)，常用應(yīng)變片的靈敏系數(shù)為1.73.6。由公式可知，只要測出敏感柵的電阻變化率，即可確定相應(yīng)的應(yīng)變。 共二十四頁 將應(yīng)變計的阻值變化轉(zhuǎn)化為電壓（或電流）信號。通常這種電信號很微弱，需要用電子放大器放大，然后再由指示儀表(ybio)或記錄器顯示、記錄。測量(cling)電路原理電阻應(yīng)變測量一般采用橋式電路（惠斯登電橋）B A D C UAC R1 R2 R4 R3 UBD 一、測量電路的作用共二十四頁測量(cling)電路原理如圖所示，電橋的四個橋臂電阻分別為R1、R2、R3、R4，其中任意一個(y )橋臂電阻都可以是應(yīng)變計電阻。電橋的A、C為輸入端

4、；B、D為輸出端。B A D C UAC R1 R2 R4 R3 UBD 惠斯登電橋輸出端電壓為： 二、電橋平衡當輸出電壓 UBD 為0時，稱電橋平衡即：共二十四頁測量(cling)電路原理三、測量(cling)原理設(shè)電橋在接上電阻時處于平衡。當各橋臂電阻分別改變時，電橋的輸出電壓為：B A D C UAC R1 R2 R4 R3 UBD 惠斯登電橋略去高階微量，可得到：四個橋臂電阻值均相等的電橋稱為等臂電橋，此時上式為：共二十四頁測量電路(dinl)原理如果四個橋臂電阻都是應(yīng)變計，且靈敏系數(shù)均相同(xin tn)，則輸出電壓為：如果只有橋臂AB為工作應(yīng)變計，則此時輸出電壓為：共二十四頁溫度補

5、償(bchng)原理一、溫度(wnd)效應(yīng) 在測量過程中，當被測構(gòu)件所處環(huán)境溫度發(fā)生變化時，不僅敏感柵的伸長與縮短會引起應(yīng)變片阻值的變化，而且當被測構(gòu)件材料與敏感柵材料熱膨脹系數(shù)不同時，敏感柵還會受到附加的拉伸或收縮，也可引起電阻的變化。這樣，在測量結(jié)果中將包括因溫度變化而引起的虛假讀數(shù)。上述現(xiàn)象稱為溫度效應(yīng)。共二十四頁溫度(wnd)補償原理二、電橋(din qio)的基本特性溫度補償原理是利用電橋的基本特性來實現(xiàn)的。對于等臂電橋輸出電壓為：由此可得應(yīng)變儀的讀數(shù)應(yīng)變?yōu)椋弘姌虻幕咎匦裕簝上噜彉虮垭娮杷惺艿膽?yīng)變代數(shù)值相減； 兩相對橋臂電阻所感受的應(yīng)變代數(shù)值相加。共二十四頁溫度(wnd)補償原理

6、三、溫度(wnd)效應(yīng)的補償B A D C UAC R1 R2 R4 R3 UBD 工作片補償片 相同應(yīng)變片 和 貼于構(gòu)件受力處，貼在附近不受力處。則環(huán)境溫度對兩片應(yīng)變片引起的阻值變化是相等的，記為： 輸出電壓為： 溫度效應(yīng)被消除了共二十四頁應(yīng)變計接入電橋(din qio)的方法一、全橋接線(ji xin)法B A D C UAC R1 R2 R4 R3 UBD 對于等臂電橋應(yīng)變儀的讀數(shù)為： 全橋測量電橋的四個橋臂都接工作應(yīng)變計。 相對兩橋臂測量電橋相對兩橋臂接工作應(yīng)變計，另外相對兩橋臂接溫度補償應(yīng)變計。共二十四頁應(yīng)變計接入電橋(din qio)的方法二、半橋接線(ji xin)法B A D

7、C UAC R1 R2 R4 R3 UBD 若在測量電橋的橋臂AB和BC上接電阻應(yīng)變計，而另外兩個橋臂接電阻應(yīng)變儀的內(nèi)部固定電阻，則稱為半橋接線法。此時應(yīng)變儀讀數(shù)為： 半橋測量電橋的兩個橋臂AB和BC上均接工作應(yīng)變計。 單臂測量電橋的兩個橋臂AB和BC上任一橋臂接工作應(yīng)變計，而另一橋臂接溫度補償應(yīng)變計。共二十四頁梁在純彎曲(wnq)時正應(yīng)力測定一、實驗?zāi)康?md)和內(nèi)容 1、用電測法測定矩形截面梁在承受純彎曲作用時橫截面 高度方向上正應(yīng)力的分布規(guī)律。 2、驗證純彎曲梁橫截面上正應(yīng)力計算公式。 3、進一步學習電測法測定應(yīng)力的基本原理及應(yīng)變儀的操作使用方法。 二、實驗設(shè)備 1、純彎曲梁實驗裝置。

8、2、 YJR5A型和P20R5A型電阻應(yīng)變儀及預(yù)調(diào)平衡箱等附件。 3、SCLY數(shù)字電子測力儀。 共二十四頁三、實驗(shyn)原理 梁在純彎曲時正應(yīng)力(yngl)測定 矩形截面純彎曲鋼梁的實驗裝置如圖(a)所示。隨著載荷的增加，梁的中間段部分承受純彎曲。根據(jù)平面假設(shè)和縱向纖維間無擠壓的假設(shè)，可得到純彎曲梁橫截面的正應(yīng)力計算公式為 (1)式中 Mz 橫截面彎矩;Iz 橫截面對形心主軸（即中心軸）的慣性矩；Yz所求應(yīng)力點至中性軸的距離。由公式可知沿橫截面高度正應(yīng)力按線性規(guī)律變化。實驗時采用螺旋手柄加載，可以連續(xù)加載，載荷大小由拉壓傳感器的數(shù)字測力儀讀出。當載荷增加P時，通過兩根加載桿，使得測試梁兩

9、端的受力點分別增加P/2，如圖（b）。 共二十四頁圖 純彎梁實驗裝置(zhungzh)及受力圖實物圖梁在純彎曲(wnq)時正應(yīng)力測定 為了測量梁純彎曲時橫截面上正應(yīng)力分布規(guī)律，在梁的純彎曲段沿梁的側(cè)面各點軸線方向分別貼上一組電阻應(yīng)變計。如圖(a)所示，應(yīng)變計1貼在梁的中性層上；應(yīng)變計2、3和4、5分別貼在離中性層不同高度的h/4和3h/8上；6、7貼在梁的上下表面h/2上。此外，在梁的h/2處又貼了一片橫向應(yīng)變計8，通過實驗測得應(yīng)變計7和8的應(yīng)變值7和8滿足 共二十四頁梁在純彎曲時正應(yīng)力(yngl)測定(2)則可證明梁在純彎曲(wnq)時接近單向應(yīng)力狀態(tài)，即梁的縱向釬維間無擠壓假設(shè)成立。根據(jù)單

10、向應(yīng)力狀態(tài)下的虎克定律 實= E實 求出沿中性層不同高度點正應(yīng)力實驗值，最后將實驗值與理論值進行比較，來驗證彎曲正應(yīng)力公式。0.28共二十四頁四、實驗(shyn)步驟 1、開啟應(yīng)變儀電源，預(yù)熱五分鐘。 2、調(diào)節(jié)應(yīng)變儀的初始平衡。將預(yù)調(diào)平衡箱上的選擇開關(guān)分別(fnbi)置于1、2、3、4、5、6、7、8的位置，用螺絲刀調(diào)節(jié)相應(yīng)的電位器，使應(yīng)變儀的讀數(shù)為零。4、對梁先施加少量預(yù)載荷。然后每增加一級載荷，分別在應(yīng)變儀上讀取并記錄應(yīng)變計對應(yīng)18點的讀數(shù)，直到加至最大載荷為止。 5、實驗完畢，檢查數(shù)據(jù)，如發(fā)現(xiàn)不合規(guī)律要進行重測直至滿意。 6、實驗完畢，卸去數(shù)字電子式測力儀上的載荷。關(guān)掉電源，整理儀器。梁

11、在純彎曲時正應(yīng)力測定共二十四頁五、實驗(shyn)數(shù)據(jù)處理 表1 鋼梁和加力點尺寸(ch cun) 應(yīng)變計靈敏系數(shù) K 鋼梁彈性模量 E 2.1105 Mpa 梁橫截面尺寸寬 b 20 (mm) 梁橫截面尺寸高 h 50 (mm) 截面慣性矩 Iz=bh3/12 (mm4) 加載點到支座距離 a 200 (mm) 表3 應(yīng)變計至中性層距離（mm） Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7Y80-h/4h/4-3h/83h/8-h/2h/2h/2梁在純彎曲時正應(yīng)力測定共二十四頁梁在純彎曲(wnq)時正應(yīng)力測定共二十四頁梁在純彎曲時正應(yīng)力(yngl)測定共二十四頁六、實驗(shyn)要求 1、算實驗值時，要采

12、用增量的平均值，即 實=E實平 2、寫出各測點應(yīng)力的理論值和實驗值的計算過程。 3、以各測點位置為縱坐標，以應(yīng)力為橫坐標，按同一比例分別畫出各測點應(yīng)力的理論值和實驗值隨試件高度變化曲線 ，將兩者逐點進行比較，并寫出誤差分析過程。 4、計算|8/7實|與鋼的泊松比0.28相比較，若8/7說明純彎曲梁為單向應(yīng)力狀態(tài)。 5、比較梁中性(zhngxng)層的應(yīng)力。由于電阻應(yīng)變片是測量一個區(qū)域內(nèi)的平均應(yīng)變，粘貼時又不可能剛好貼到中性(zhngxng)層上。所以只要實測的應(yīng)變是一個很小的數(shù)值，就認為測試是可靠的。梁在純彎曲時正應(yīng)力測定共二十四頁梁在純彎曲(wnq)時正應(yīng)力測定思考題（1）什么是全橋測量、半橋測量？（2）什么是溫度效應(yīng)？簡述溫度補償原理？（3）在中性層上理論計算應(yīng)變(yngbin)值理=0，而實際測量實0，這是為什么？ 共二十四頁內(nèi)容摘要電測法基本原理?；蜉斎胗嬎銠C進行數(shù)據(jù)處理，從而得到所需要的應(yīng)變或應(yīng)力值。如圖1，柵狀物稱為敏感柵。將應(yīng)變計的阻值變化轉(zhuǎn)化為電壓（或電流）信號。當輸出電壓 UBD 為0時，稱電橋平衡。四個橋臂電阻值均相等的電橋稱為等臂電