土木工程測試3電阻應(yīng)變測量技術(shù)課件

GaoSuGongLu第三章電阻應(yīng)變測量技術(shù)SACE11§3-0概述基本原理利用電阻應(yīng)變片作為傳感元件，將應(yīng)變片貼在被測物體上，會隨被測物體的變形而拉長或收縮，從而改變電阻值，反映被測物體應(yīng)變的大小。待測非電量ε電阻變化△R應(yīng)變值ε①感受應(yīng)變：ε△R②測量△R：應(yīng)變儀將應(yīng)變片的△R→△U或△I，惠斯頓電橋放大器輸出應(yīng)變值221工作原理電阻應(yīng)變效應(yīng)以絲式應(yīng)變片為例§3-1電阻應(yīng)變片33§3-1電阻應(yīng)變片例題：等強度梁靜態(tài)應(yīng)變測試采用等強度鋼梁，鋼梁的μ=0.285，L=150mm,室溫、單向受力狀態(tài)，應(yīng)變片絲柵方向與最大主應(yīng)變方向一致，采用砝碼在梁一端施加作用力P=0.1KN，測得撓度為1.5mm，實測量得電阻由120Ω變?yōu)?20.12Ω，求得應(yīng)變片的實際靈敏度K。梁高h=5mm梁長L=150mmP⑴△R/R:△R/R=（120.12-120）/120=0.001⑵ε:σ=Eε=Mh/2I (1)f=-ML2/3EI(2)(1)/(2):ε=-3hf/2L2=0.0005⑶K:K=△R/R/ε=255§3-1電阻應(yīng)變片2構(gòu)造（1）電阻絲：敏感材料，關(guān)鍵性部分。要求：電阻率大，應(yīng)變電阻系數(shù)大，溫度電阻系數(shù)小，壓延性好。材料：銅鎳、鎳鉻、鐵鉻鋁等高阻合金。（2）基底與覆蓋層：作用：定位，傳力，保護要求：絕緣，強度大，易粘貼，蠕變小，滯后小，防潮，熱穩(wěn)定，溫度應(yīng)變小。材料：紙基、膠基、紙浸膠基（3）引線與接線端子：Φ0.15-0.18的鍍錫（銥、銀）軟銅線。電阻絲引線

基底覆蓋層正視圖側(cè)視圖接線端子66§3-1電阻應(yīng)變片3分類(1)金屬類①金屬絲式應(yīng)變片。絲繞式、短接式Φ0.01-0.03mm，響應(yīng)時間為10-7s，散熱效果差，許用電流低。圓角線柵，橫向效應(yīng)大；直角線柵，制作復(fù)雜。77§3-1電阻應(yīng)變片3分類（2）半導(dǎo)體式應(yīng)變片（壓阻效應(yīng)）半導(dǎo)體材料，根據(jù)壓阻效應(yīng)制成。靈敏系數(shù)高，K>100，可直接用萬用表測出現(xiàn)于50年代中期應(yīng)變響應(yīng)時間僅有10-11s熱穩(wěn)性能差；大應(yīng)變時，非線形較大，多用于測量500以下的小應(yīng)變。99§3-1電阻應(yīng)變片3分類（3）應(yīng)變花應(yīng)變花：在一個基底上有幾個按一定角度排列的敏感柵的應(yīng)變片。測量主應(yīng)力方向未知條件下平面應(yīng)力狀態(tài)。自補償應(yīng)變片：用于高低溫和溫差大的條件1010§3-1電阻應(yīng)變片4應(yīng)變片的參數(shù)和工作特性（1）靈敏系數(shù)靈敏系數(shù)：單向受力狀態(tài)下，敏感柵縱向中心線與應(yīng)力方向平行時，應(yīng)變片電阻值的相對變化與沿其縱向的應(yīng)變之比值電阻絲端頭橫向變形，電阻應(yīng)變片的實際靈敏度K≤K0。實際工作中一般采用標(biāo)定的方法確定應(yīng)變片的靈敏度。1111§3-1電阻應(yīng)變片4應(yīng)變片的參數(shù)和工作特性（2）橫向效應(yīng)的影響不考慮H考慮H：實測的靈敏度K設(shè)此時測點的真實應(yīng)變?yōu)棣舩、εy，實測應(yīng)變?yōu)棣拧痻、，由式2、3得。相對誤差為1313§3-1電阻應(yīng)變片4應(yīng)變片的參數(shù)和工作特性（3）應(yīng)變片的規(guī)格——幾何參數(shù)應(yīng)變片的敏感柵工作面積：應(yīng)變片敏感柵長寬之積，S=L*b。L-柵長標(biāo)距b-柵寬注意：盡量選用L大、b小的應(yīng)變片。電阻絲引線正視圖接線端子bL1414§3-1電阻應(yīng)變片4應(yīng)變片的參數(shù)和工作特性（4）應(yīng)變片電阻值應(yīng)變片電阻值：指應(yīng)變片在未安裝、不受外力、室溫條件下的電阻值。單片阻值：單個應(yīng)變片的標(biāo)定電阻值。標(biāo)準(zhǔn)名義阻值：人為規(guī)定的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，為一定值，如120Ω、240Ω。一般應(yīng)變儀是按120Ω應(yīng)變片要求設(shè)計的。平均名義阻值：一批應(yīng)變片抽樣標(biāo)定，電阻值取平均、求公差。如120±0.5%或120±0.6Ω。1515§3-1電阻應(yīng)變片4應(yīng)變片的參數(shù)和工作特性（6）零漂、蠕變零漂：不受力、溫度均不變時，應(yīng)變測量值依然產(chǎn)生變化。蠕變：受力、恒溫情況下，應(yīng)變測量值的變化。產(chǎn)生原因：應(yīng)變片受潮后，絕緣電阻降低，或通電后產(chǎn)生的熱電勢造成的。1717§3-1電阻應(yīng)變片4應(yīng)變片的參數(shù)和工作特性（7）應(yīng)變極限應(yīng)變極限：應(yīng)變片最大應(yīng)變測量值。一般確定：應(yīng)變片顯示的值與機械應(yīng)變的相對誤差達到規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)（一般10%）時的機械應(yīng)變即為應(yīng)變極限。此時，認(rèn)為應(yīng)變片失去了工作能力。1818§3-1電阻應(yīng)變片4應(yīng)變片的參數(shù)和工作特性（8）絕緣電阻敏感柵及引線與被測試件之間的電阻值。應(yīng)變片粘結(jié)層固化程度和是否受潮的標(biāo)志保證長時間的測量>50M歐,高精度測試>2M歐,一般1919§3-1電阻應(yīng)變片4應(yīng)變片的參數(shù)和工作特性（10）應(yīng)變片的許用電流控制應(yīng)變片的工作溫度，以防燒毀，其具體數(shù)值由廠家提供。一般絲式應(yīng)變片許用電流為20~25mA，測動態(tài)時可達75~100mA箔式應(yīng)變片散熱性能好，可達200mA以上。2121§3-1電阻應(yīng)變片5應(yīng)變片的選用與應(yīng)變片粘結(jié)工藝(1)應(yīng)變片選用：工作環(huán)境溫度保證、地下工程中防潮特性好被測物的材料性質(zhì)彈模高，基長??；粗晶粒巖石混凝土選用基長長按被測試件受力狀態(tài)和應(yīng)變性質(zhì)：應(yīng)變花變化大選用基長小，變化小選用基長大按測量精度：標(biāo)距、電阻值、靈敏度2222§3-1電阻應(yīng)變片5應(yīng)變片的選用與應(yīng)變片粘結(jié)工藝(2)應(yīng)變片粘結(jié)工藝：應(yīng)變片檢查外觀檢查、電阻值檢查表面處理刮刀除銹、砂布打磨、脫脂棉擦洗、吹風(fēng)機烘干貼片與固化畫線、涂膠、用玻璃紙壓、調(diào)整、補膠粘貼質(zhì)量檢查外觀檢查、電阻值檢查、絕緣電阻檢查、連接電阻應(yīng)變儀檢查連接導(dǎo)線導(dǎo)線固定、導(dǎo)線焊接防潮處理凡士林、石蠟等2323§3-2測量電路同理，四臂均為工作片時：電橋加減特性：

1、對鄰臂，同號電阻變化，相減，異號電阻變化，相加；

2、對對臂，正好相反，同號電阻變化，相加，異號電阻變化，相減。電橋加減特性非常有用：1）提高電橋靈敏度；2）溫度補償；3）復(fù)雜受力試件上測試某外力因素引起的應(yīng)變等?；菟诡D電橋

UＡＲ１Ｒ２ＢＣＤＲ4Ｒ32525§3-2測量電路應(yīng)變片的接入方式：單橋半橋全橋2626§3-3應(yīng)變（應(yīng)力）測量2溫度補償應(yīng)變片的溫度效應(yīng)因環(huán)境溫度變化引起的虛假應(yīng)變。①電阻絲的電阻溫度變化。②應(yīng)變片與試件膨脹系數(shù)的不同造成的誤差。方法：溫度補償。溫度自補償應(yīng)變片法，常用于中、高溫；橋路補償法，用于常溫下。橋路補償法：補償塊補償法工作片補償法2929§3-3應(yīng)變（應(yīng)力）測量2溫度補償（1）拉彎—工作片補償和補償塊補償3030§3-3應(yīng)變（應(yīng)力）測量2溫度補償（2）拉彎—丁字片補償3131§3-3應(yīng)變（應(yīng)力）測量3各種應(yīng)力狀態(tài)下的應(yīng)力應(yīng)變測量（1）單向應(yīng)力狀態(tài)下的應(yīng)力應(yīng)變測量①半橋四片補償塊補償法測拉壓3232§3-3應(yīng)變（應(yīng)力）測量3各種應(yīng)力狀態(tài)下的應(yīng)力應(yīng)變測量（1）單向應(yīng)力狀態(tài)下的應(yīng)力應(yīng)變測量②全橋四片測拉壓問題：1、上述四片應(yīng)變片在接橋時，可以隨意互換嗎？2、可以采用半橋接法嗎？3333§3-3應(yīng)變（應(yīng)力）測量3各種應(yīng)力狀態(tài)下的應(yīng)力應(yīng)變測量（1）單向應(yīng)力狀態(tài)下的應(yīng)力應(yīng)變測量③