《實(shí)驗(yàn)應(yīng)力分析》電測法教學(xué)課件

緒論

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，需對(duì)復(fù)雜載荷作用下的復(fù)雜結(jié)構(gòu)進(jìn)行應(yīng)力、應(yīng)變分析，以解決工程強(qiáng)度問題。有兩種不同的分析方法:

理論分析法：建立力學(xué)模型，并進(jìn)行(近似)數(shù)值計(jì)算，如有限單元法。

實(shí)驗(yàn)分析法：利用模型或?qū)嶓w進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。這兩種方法是解決工程強(qiáng)度問題的兩種不同途徑，二者相輔相成、相互促進(jìn)。第一頁，共170頁。緒論實(shí)驗(yàn)應(yīng)力分析實(shí)驗(yàn)應(yīng)力分析的任務(wù)實(shí)驗(yàn)應(yīng)力分析的特點(diǎn)實(shí)驗(yàn)應(yīng)力分析的局限性實(shí)驗(yàn)應(yīng)力分析的方法

第二頁，共170頁。實(shí)驗(yàn)應(yīng)力分析：所謂實(shí)驗(yàn)應(yīng)力分析（或者叫實(shí)驗(yàn)力學(xué)）是指用各種不同的實(shí)驗(yàn)方法和手段測定受力構(gòu)件的應(yīng)力、應(yīng)變的一門學(xué)科。

實(shí)驗(yàn)應(yīng)力分析的任務(wù)：

1、在設(shè)計(jì)過程中，測定模型中的應(yīng)力和變形，根據(jù)測定結(jié)果選擇最合理的構(gòu)件尺寸和結(jié)構(gòu)形式。

2、在現(xiàn)有設(shè)備上或工程結(jié)構(gòu)上測量真實(shí)應(yīng)力狀態(tài)，找出最大應(yīng)力的位置及數(shù)據(jù)，評(píng)定設(shè)備或結(jié)構(gòu)的安全可靠性。

第三頁，共170頁。3、對(duì)破壞或失效的構(gòu)件進(jìn)行分析，提出改進(jìn)措施，防止再次出現(xiàn)破壞或失效現(xiàn)象。4、測定構(gòu)件在工作過程中所受載荷大小和方向，或測定影響載荷情況的各種運(yùn)動(dòng)參數(shù)(如位移、加速度等)。

5、對(duì)理論分析方法進(jìn)行校核，驗(yàn)證理論分析的正確性，并為理論分折提供條件。實(shí)驗(yàn)應(yīng)力分析的主要任務(wù)：第四頁，共170頁。實(shí)驗(yàn)應(yīng)力分析的特點(diǎn)

a、方便，經(jīng)濟(jì)，實(shí)用；

b、在邊界條件不確定，甚至材料性能未知的情況下，也可進(jìn)行應(yīng)力和應(yīng)變分析；

c、不受結(jié)構(gòu)形狀等各種條件限制。實(shí)驗(yàn)應(yīng)力分析的局限性：

a、所得結(jié)果包含理想化和近似化因素。

b、由于測試技術(shù)的限制，在某些特定條件下，還不能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，且測量精度也有待提高。第五頁，共170頁。實(shí)驗(yàn)應(yīng)力分析的方法：

1.電阻應(yīng)變計(jì)測量法（應(yīng)變電測法）：

用電阻應(yīng)變計(jì)測定構(gòu)件的表面應(yīng)變，再根據(jù)應(yīng)變-應(yīng)力關(guān)系確定構(gòu)件表面應(yīng)力狀態(tài)的一種實(shí)驗(yàn)應(yīng)力分析方法。2.各種光測法

光彈性法、全息激光法、散斑干涉法、云紋法、云紋干涉法、焦散線法、動(dòng)光彈法、光塑性法等。第六頁，共170頁。電阻應(yīng)變計(jì)測量法第一章電測法概述第二章電阻應(yīng)變片第三章測量電橋的特性及應(yīng)用第四章電阻應(yīng)變儀與記錄儀第五章靜態(tài)應(yīng)變測量第六章動(dòng)態(tài)應(yīng)變測量第七頁，共170頁。第一章電測法概述

電測法簡介電測法的特點(diǎn)電測法的局限性電測法的應(yīng)用第八頁，共170頁。第一章電測法概述

一、電測法簡介

電測法：將力學(xué)量（應(yīng)變、位移、速度）等非電量轉(zhuǎn)換成電量來進(jìn)行測量的一種實(shí)驗(yàn)方法。

電測法是實(shí)驗(yàn)應(yīng)力分析中使用最廣泛和適應(yīng)性最強(qiáng)的方法之一。該方法是利用電阻應(yīng)變計(jì)(簡稱應(yīng)變片）作為敏感元件，將應(yīng)變量轉(zhuǎn)換成電量，用電阻應(yīng)變儀作為測量儀器，通過測量可以得到受力構(gòu)件上的應(yīng)變的一種實(shí)驗(yàn)方法。第九頁，共170頁。二、電測法的特點(diǎn)：測量靈敏度、精度高，最小應(yīng)變讀數(shù)可達(dá)10-6，靜態(tài)應(yīng)變測量精度可達(dá)1%～2%。應(yīng)變片尺寸小，重量輕，粘貼方便，對(duì)試件的工作狀態(tài)和應(yīng)力分布影響很小。頻率響應(yīng)快，機(jī)械滯后小，可以測量靜態(tài)應(yīng)變到5*105Hz動(dòng)載和沖擊載荷的動(dòng)態(tài)應(yīng)變。第十頁，共170頁。二、電測法的特點(diǎn)可在惡劣的環(huán)境下測量結(jié)構(gòu)的應(yīng)變。如在高溫、低溫、深水結(jié)構(gòu)、強(qiáng)磁場及核輻射等條件下進(jìn)行測量。可對(duì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)進(jìn)行實(shí)測。如可對(duì)高速旋轉(zhuǎn)的飛輪和軸、行駛中的汽車、拖拉機(jī)等進(jìn)行實(shí)測。輸出為電信號(hào)，自動(dòng)化程度高，可實(shí)現(xiàn)遙控測量。第十一頁，共170頁。三、電測法的局限性：

1．一枚應(yīng)變片只能測量一個(gè)“點(diǎn)”，不易得到構(gòu)件的全域性應(yīng)變分布。

2．應(yīng)變片一般只能測構(gòu)件表面的應(yīng)變．對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)部的三維應(yīng)變測量很難進(jìn)行，（安裝內(nèi)埋式應(yīng)變計(jì)）。

3．應(yīng)變片所測出的應(yīng)變只能代表柵長范圍內(nèi)的平均應(yīng)變，對(duì)應(yīng)力梯度很大構(gòu)件表面或應(yīng)力集中的情況，應(yīng)選柵長很小的應(yīng)變計(jì)，否則測量誤差較大。第十二頁，共170頁。四、電測法的應(yīng)用

1、航空航天工程美國Boeing767飛機(jī)靜力結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)采用了2204個(gè)單個(gè)應(yīng)變片，1162個(gè)應(yīng)變花，應(yīng)變測量儀器約4100個(gè)通道，采用120個(gè)液壓加載器，試驗(yàn)費(fèi)用約4100萬美元。第十三頁，共170頁。四、電測法的應(yīng)用

2、水利工程日本真名川混凝土水壩，在建造時(shí)為施工和完成后維修監(jiān)測，埋設(shè)了溫度計(jì)187個(gè)，應(yīng)變計(jì)43個(gè)，及應(yīng)力計(jì)、鋼筋計(jì)、裂縫計(jì)等共600多個(gè)測量元件。采用數(shù)據(jù)采集儀。施工中測量各處溫度，施工后測量壩體應(yīng)力，蓄水時(shí)監(jiān)測各種應(yīng)力、應(yīng)變和溫度等。第十四頁，共170頁。四、電測法的應(yīng)用

3、橋梁工程上海南浦大橋系雙塔雙索面大跨度斜拉橋，靜載試驗(yàn)測試時(shí)在主梁跨中、輔助墩頂?shù)?個(gè)測試斷面上共有144個(gè)測點(diǎn)，其中鋼梁部分現(xiàn)貼應(yīng)變片72個(gè)，混凝土橋面板預(yù)埋鋼筋應(yīng)力計(jì)72個(gè)。采用靜態(tài)數(shù)據(jù)采集儀測量記錄。第十五頁，共170頁。四、電測法的應(yīng)用

4、交通工程小橋車耐沖撞性試驗(yàn)，為測量車體前后方向的加速度，在前座、后座底板上安裝加速度傳感器，在前座假人頭部、腹部安裝加速度傳感器，在前座假人肩部、腰部安裝荷載傳感器等。由動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀放大并記錄，通過遙測儀進(jìn)行測量。第十六頁，共170頁。第二章電阻應(yīng)變片2-1應(yīng)變片的工作原理2-2應(yīng)變片的分類與選用2-3應(yīng)變片的工作特性2-4應(yīng)變片粘結(jié)劑的選用和粘貼工藝2-5應(yīng)變片的標(biāo)定第十七頁，共170頁。2-1應(yīng)變片的工作原理一、應(yīng)變片的構(gòu)造

最常應(yīng)用應(yīng)變片的是絲繞式電阻片和金屬箔式電阻片。

絲繞式電阻片一般采用0.012~0.05mm直徑的鎳鉻或銅鎳(康銅)合金絲繞成柵狀，其結(jié)構(gòu)如圖2-l所示。由五部分構(gòu)成。1、敏感柵2、基底3、引線4、覆蓋層5、粘結(jié)劑圖2-1應(yīng)變片的構(gòu)造第十八頁，共170頁。

1、敏感柵2、基底3、引線4、覆蓋層5、粘結(jié)劑圖2-2金屬箔式應(yīng)變片一、應(yīng)變片的構(gòu)造

金屬箔式電阻片是用厚度0.001~0.01mm的金屬箔作為敏感柵，箔片材料為康銅、鎳鉻合金等，利用光刻技術(shù)制成。它的幾何形狀和尺寸非常精密。參見圖2-2，也由五部分組成。第十九頁，共170頁。二、電阻絲的應(yīng)變效應(yīng)金屬導(dǎo)體的電阻隨其變形(伸長或縮短)而發(fā)生改變的這種物理現(xiàn)象叫金屬導(dǎo)線的應(yīng)變效應(yīng)。已知導(dǎo)線電阻表達(dá)式為

(2-1)其中，R是導(dǎo)線的電阻(Ω)，ρ是導(dǎo)線的電阻率(Ω?mm2/m)，l是導(dǎo)線的長度(m)，A是導(dǎo)線的橫截面積(m2)?？紤]導(dǎo)線電阻率ρ為常量時(shí)，導(dǎo)體伸長后引起電阻的變化為

(2-2)第二十頁，共170頁。將(2-2)式除以(2-1)式可得

(2-3)圓截面導(dǎo)線變形后直徑D變?yōu)?/p>

其中，μ是泊桑比，ε＝dl/l是應(yīng)變。截面面積變比為

(2-4)將(2-4)式代入(2-3)式得到令KS為電阻絲靈敏系數(shù)，上式變?yōu)?/p>

(2-5)第二十一頁，共170頁。可見電阻變化率dR/R與應(yīng)變量成正比，比例常數(shù)KS為

(2-6)實(shí)測值KS與(2-6)式不符，其原因是ρ在應(yīng)變過程中也是變量。考慮ρ為變量時(shí)，則有

(2-7)即是

(2-8)式(2-8)表明，電阻絲的靈敏系數(shù)KS受到兩個(gè)因素的影響：

1.電阻絲材料本身的機(jī)械性能，即式中(1十2μ)項(xiàng)。

2.電阻絲受力后材料的單位應(yīng)變系數(shù)的變比率，為。第二十二頁，共170頁。

三、應(yīng)變片的靈敏系數(shù)K

根據(jù)測量儀器要求，電阻絲必須具有定量的初始電阻(一般120Ω)；單線長度為30~80mm，因此，必須把它制成柵狀，以測量反映構(gòu)件“點(diǎn)”的應(yīng)變。

定義：當(dāng)將應(yīng)變片安裝在處于單向應(yīng)力狀態(tài)的試件表面，應(yīng)變片軸線與應(yīng)力方向平行時(shí)，應(yīng)變片電阻值的相對(duì)變化與沿其軸向的應(yīng)變之比值，即K=(ΔR/R)/εx

。應(yīng)變片的靈敏系數(shù)主要取決于敏感柵材料的靈敏系數(shù)，但兩者又不相等：由于橫柵的存在，使敏感柵的靈敏系數(shù)小于絲材的靈敏系數(shù)；試件的變形是通過基底和粘結(jié)劑傳遞給敏感柵，又使應(yīng)變片的靈敏系數(shù)小于敏感柵的靈敏系數(shù)。應(yīng)變片的靈敏系數(shù)是受多種因素影響的綜合性指標(biāo)，不能通過理論計(jì)算得到，而是在專門的設(shè)備上進(jìn)行標(biāo)定試驗(yàn)來確定的。常用應(yīng)變片的靈敏系數(shù)為2.0～2.4。第二十三頁，共170頁。

當(dāng)橫向應(yīng)變?yōu)榱銜r(shí)，可得軸向靈敏系數(shù)：當(dāng)軸向應(yīng)變?yōu)榱銜r(shí)，可得橫向靈敏系數(shù)：

橫向效應(yīng)系數(shù)H定義：橫向靈敏系數(shù)與軸向靈敏系數(shù)的比值

?？刹捎玫葟?qiáng)度梁來測定應(yīng)變片的橫向效應(yīng)系數(shù)。四、應(yīng)變片的橫向效應(yīng)系數(shù)應(yīng)變片的橫向效應(yīng)：由于敏感柵感受橫向應(yīng)變而使應(yīng)變片靈敏系數(shù)減少的現(xiàn)象。

應(yīng)變片的電阻變化率是感受縱向應(yīng)變和橫向應(yīng)變共同引起的:第二十四頁，共170頁。2-2應(yīng)變片的分類與選用一、應(yīng)變片分類應(yīng)變片的類型很多，可根據(jù)不同的用途和特點(diǎn)來分類，現(xiàn)只介紹幾種常用的應(yīng)變片：1．絲繞式圓角柵應(yīng)變片這種應(yīng)變片敏感柵用繞絲機(jī)織成，基底多用紙，價(jià)格便宜。其缺點(diǎn)是端部有半圓形弧段，造成橫向效應(yīng)，測量精度不高，耐濕和耐高溫性能也不好。2．箔式應(yīng)變片這種應(yīng)變片用厚度金屬箔作為敏感柵，箔片材料為康銅、鎳鉻合金等，利用光刻技術(shù)制成。其橫向部分可以做成寬柵條，橫向效應(yīng)很??；散熱性能好，允許較大電流通過；疲勞壽命長。其缺點(diǎn)是工藝較復(fù)雜，制造難度大。第二十五頁，共170頁。(a)兩片直角(b)三片直角(c)三片等角(d)四片直角(e)四片等角(T-Δ)圖2-3常見的應(yīng)變花

3．應(yīng)變花為了測量平面應(yīng)力場中某測點(diǎn)的主應(yīng)力大小和方向，常常需要測量該點(diǎn)上兩個(gè)或三個(gè)方向上的應(yīng)變，這就需要在一個(gè)基底上粘貼2~4個(gè)電阻絲柵，它們方向事先已安置妥當(dāng)，稱為應(yīng)變花。常用的應(yīng)變花有兩片直角、三片直角、三片等角、四片直角、四片等角(T-Δ)等形式。參見圖2-3。第二十六頁，共170頁。

二、電阻應(yīng)變片的選用1．應(yīng)變片基底材料的選擇構(gòu)件的工作溫度是選用應(yīng)變片基底材料的主要依據(jù)，現(xiàn)將幾種基底材料的工作溫度列表如下：基底材料工作溫度紙基-50~80℃酚醛樹脂-50~180℃環(huán)氧樹脂-50~80℃聚酰亞胺-150~250℃金屬片≤400℃表2-1基底材料的工作溫度范圍第二十七頁，共170頁。2.應(yīng)變片敏感柵結(jié)構(gòu)形狀和尺寸的選擇

結(jié)構(gòu)形狀：當(dāng)構(gòu)件處于單向應(yīng)力狀態(tài)或主應(yīng)力方向已知的平面應(yīng)力狀態(tài)時(shí)，可采用單軸(單個(gè)敏感柵)應(yīng)變片。當(dāng)構(gòu)件表面處于主應(yīng)力方向未知的二向應(yīng)力狀態(tài)，則需選用三柵或三柵以上的應(yīng)變花。特殊形狀的應(yīng)變片適用于特殊的用途。如45℃多柵多軸應(yīng)變片用于測試?yán)瓚?yīng)變和剪應(yīng)變；平行軸多柵電阻片測應(yīng)力梯度等。

結(jié)構(gòu)尺寸：由于電阻片測量是柵長內(nèi)構(gòu)件應(yīng)變的平均值，選擇柵長尺寸時(shí)，應(yīng)考慮應(yīng)力變比的梯度，當(dāng)構(gòu)件應(yīng)力變化的梯度大時(shí)選擇柵長小的應(yīng)變片．在應(yīng)力集中部位，柵長越小越好。從構(gòu)件材料的均勻性來考慮，如混凝土、鑄鐵，應(yīng)選擇柵長較大的電阻片，對(duì)于混凝土構(gòu)件，應(yīng)變片的柵長應(yīng)為混凝土最大骨料的4~5倍。第二十八頁，共170頁。3．根據(jù)工作環(huán)境條件考慮在潮濕環(huán)境中，考慮使用防潮性能好的膠膜基底電阻片，并且涂上防潮劑以免潮氣侵入應(yīng)變片內(nèi)。在強(qiáng)磁場條件下電阻片因磁場影響產(chǎn)生伸長或縮短，在交變磁場內(nèi)將產(chǎn)生干擾信號(hào)，因此應(yīng)使用防磁電阻片。測量混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部應(yīng)變和應(yīng)力時(shí)，選用溫度自補(bǔ)償箔式應(yīng)變片，或選用混凝土埋入式應(yīng)變片。4．應(yīng)變片電阻值選擇應(yīng)變片的電阻值有60Ω，120Ω，200Ω，350Ω等，一般選用標(biāo)稱值120Ω的電阻片。因?yàn)閼?yīng)變測量儀器的橋臂電阻大都是按照120Ω設(shè)計(jì)的。第二十九頁，共170頁。5.應(yīng)變片靈敏系數(shù)的選擇在靜載荷作用下測量時(shí)，應(yīng)變片可選用任意值的靈敏系數(shù)，因?yàn)閮x器上設(shè)有靈敏系數(shù)調(diào)節(jié)旋紐，測量值可以不必修正。在動(dòng)態(tài)應(yīng)變測量時(shí)，由于動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀是按照靈敏系數(shù)等于2設(shè)計(jì)的，所以選取K＝2的應(yīng)變片，如果應(yīng)變片的靈敏系數(shù)與儀器靈敏系數(shù)不一致時(shí)，測量結(jié)果需要修正。6.應(yīng)變片精度等級(jí)的選擇應(yīng)變片的精度一般分為三級(jí)：普通級(jí)、精密級(jí)和高精密級(jí)。選用的等級(jí)可根據(jù)測試目的和要求決定。普通級(jí)可用于教學(xué)實(shí)驗(yàn)；高精密級(jí)可用于高精度傳感器和精密測試。第三十頁，共170頁。2-3應(yīng)變片的工作特性

應(yīng)變片的性能好壞直接影響應(yīng)變測量的精確度，因此，應(yīng)對(duì)應(yīng)變片的性能需要提出一定的要求。一、機(jī)械滯后當(dāng)對(duì)貼有應(yīng)變片的試件進(jìn)行反復(fù)加、卸載試驗(yàn)時(shí)，其特性曲線不完全重合．這種現(xiàn)象稱為應(yīng)變片的機(jī)械滯后。見圖2-4。機(jī)械滯后值k可用加載、卸載循環(huán)過程中，加載曲線與卸載曲線的最大差值εmax表示。圖2-4機(jī)械滯后機(jī)械滯后產(chǎn)生原因很多，主要是應(yīng)變片特性差，粘結(jié)劑固化處理不當(dāng)，膠層過厚，局部脫膠等。在使用應(yīng)變片測量前，最好予先加載數(shù)次，以減小滯后影響。第三十一頁，共170頁。二、蠕變和零點(diǎn)漂移蠕變是當(dāng)試件在某恒定應(yīng)變下及某不變的溫度下，應(yīng)變片的指示應(yīng)變隨時(shí)間而變化的特性。零點(diǎn)漂移是在試件不受力的情況，在某恒定溫度下應(yīng)變片的指示應(yīng)變值隨時(shí)間而變化的特性。產(chǎn)生零漂的原因是溫度效應(yīng)、粘接劑固化不充分、制造和粘貼應(yīng)變片過程中造成的初應(yīng)力、敏感柵材料的逐漸氧化、儀器零漂等所造成的。三、應(yīng)變極限在室溫條件下，使試件的應(yīng)變逐漸加大，當(dāng)應(yīng)變片的指示應(yīng)變與試件實(shí)際應(yīng)變的相對(duì)誤差達(dá)到10％時(shí)，此時(shí)試件應(yīng)變?yōu)樵搼?yīng)變片的應(yīng)變極限。決定應(yīng)變極限的主要因素：粘結(jié)劑和基底材料傳遞應(yīng)變的性能；引線與敏感柵焊點(diǎn)的布置形式；應(yīng)變計(jì)的安裝質(zhì)量。第三十二頁，共170頁。四、絕緣電阻(Rm)

絕緣電阻是應(yīng)變片引出線與安裝應(yīng)變片的構(gòu)件之間的電阻值。絕緣電阻過低，會(huì)造成應(yīng)變計(jì)與試件之間漏電而產(chǎn)生測量誤差。在一般環(huán)境下，短期測量通常要求絕緣電阻在50~200MΩ。用測量電壓低于100V的高阻表測量絕緣電阻。五、疲勞壽命應(yīng)變片在恒定幅值的交變應(yīng)力作用下連續(xù)工作，直至使應(yīng)變片產(chǎn)生疲勞破壞的循環(huán)次數(shù)，稱為應(yīng)變片的疲勞壽命。疲勞損壞：敏感柵或引線發(fā)生斷路；應(yīng)變計(jì)輸出幅值變化10%；應(yīng)變計(jì)輸出波形出現(xiàn)穗狀尖峰。

為提高應(yīng)變片的壽命，常選用膠基箔式應(yīng)變片，同時(shí)需特別注意引線與敏感柵之間的連接方式和焊點(diǎn)質(zhì)量。第三十三頁，共170頁。2-4應(yīng)變片的粘結(jié)劑選用和粘貼工藝一、應(yīng)變片的粘結(jié)劑選用測試前，將應(yīng)變片用粘結(jié)劑牢固地粘貼在被測試件的表面上，試件受力時(shí)，粘結(jié)劑應(yīng)及時(shí)地把試件的全部變形傳遞給敏感柵。應(yīng)變片能否真實(shí)地反映試件的應(yīng)變，粘結(jié)劑的作用是十分重要的。粘結(jié)劑還影響應(yīng)變片的工作特性，如蠕變、滯后、零漂、靈敏系數(shù)等。因此，必須正確地選擇粘結(jié)劑。粘結(jié)劑應(yīng)滿足如下主要要求：

1.固化后有較高的剪切強(qiáng)度，最好達(dá)到10~14MPa以上。

2.基底、粘結(jié)劑固化后線膨脹系數(shù)相近。

3.粘結(jié)工藝簡單易行，固化后有較高的絕緣度。

4.粘結(jié)劑固化后有足夠的韌性，能夠承受沖擊或動(dòng)載荷。

5.對(duì)各種試件材料具有良好的粘結(jié)力，且固化內(nèi)應(yīng)力小。第三十四頁，共170頁。二、貼片工藝貼片是測量準(zhǔn)備工作中關(guān)鍵的一環(huán)，只有使膠層均勻，位置準(zhǔn)確，無氣泡，才能保證敏感柵如實(shí)地再現(xiàn)構(gòu)件的變形。貼片工藝如下；1.檢查、挑選應(yīng)變片用放大鏡檢查應(yīng)變片的質(zhì)量，剔除那些敏感柵有形狀缺陷，片內(nèi)有氣泡、霉斑、銹點(diǎn)的應(yīng)變片。用萬用表測量電阻，同一組應(yīng)變片的阻值差不大于±0.1Ω。

2.試件表面清理用砂布清除試件表面的油漆、銹斑和氧化層等覆蓋層。再用汽油或丙酮除去表面的油污。最后，用中粒度砂布與應(yīng)變片粘貼方向成45°交叉打出一些條紋，可以增強(qiáng)膠的附著力。第三十五頁，共170頁。3.貼片

a.在被測試件測點(diǎn)上畫上十字線，并標(biāo)出貼片的方向。

b.用脫脂棉蘸酒精消除試件表面灰塵和油污，注意不可用手摸或用嘴吹。

c.涂上膠水，用應(yīng)變片的背面將膠水在試件表面上涂勻。然后用鑷子撥動(dòng)應(yīng)變片，調(diào)整應(yīng)變片位置和角度。在上面墊一層聚乙烯薄膜，用手指輕輕滾壓擠出多余膠水和氣泡，并按壓一分鐘。

d.使用紅外線燈烘烤，可以加速膠水固化，溫度保持在60℃以內(nèi)，幾小時(shí)后即可測量。

e.用15~25w電烙鐵將導(dǎo)線與引出線焊接起來，編上號(hào)并且用膠布固定，防止不小心拉斷接頭。

f.防護(hù)：應(yīng)變片接好導(dǎo)線后，應(yīng)立即涂上防護(hù)層，防止大氣中水分的浸入，防止酸、堿、油等介質(zhì)的浸入。其方法是在應(yīng)變片上涂一層中性凡士林，或用914環(huán)氧樹脂作防護(hù)層。第三十六頁，共170頁。1.選點(diǎn)。

采用手持砂輪工具除去構(gòu)件表面的油污、漆、銹斑等第三十七頁，共170頁。2.打磨。

用細(xì)紗布交叉打磨出細(xì)紋以增加粘貼力第三十八頁，共170頁。3.清洗。

用浸有酒精（或丙酮）的紗布片或脫脂棉球擦洗第三十九頁，共170頁。4.貼片。

在應(yīng)變片的表面和處理過的粘貼表面上，各涂一層均勻的粘貼膠第四十頁，共170頁。5.排氣。

用鑷子將應(yīng)變片放上并調(diào)好位置，然后蓋上薄膜，用手指揉和滾壓，排出下面的氣泡第四十一頁，共170頁。6.分開導(dǎo)線。把應(yīng)變片的導(dǎo)線用手輕輕的分開，以免和應(yīng)變片脫離第四十二頁，共170頁。7.測量電阻。

從分開的導(dǎo)線處用萬用表測量應(yīng)變片的電阻，防止導(dǎo)線折斷和壞的應(yīng)變片第四十三頁，共170頁。8.焊接。

把引線和導(dǎo)線用點(diǎn)焊的方式焊接，要小心導(dǎo)線折斷。

第四十四頁，共170頁。9.固定。

焊接后用膠布將引線和測量對(duì)象固定在一起，防止引線和應(yīng)變片脫離第四十五頁，共170頁。2-5應(yīng)變片的標(biāo)定一、應(yīng)變片靈敏系數(shù)的標(biāo)定標(biāo)定應(yīng)變片靈敏系數(shù)可采用等截面純彎梁、等強(qiáng)度懸臂梁和拉壓試件三種方式。以純彎曲梁為例說明標(biāo)定方法。

1、標(biāo)定裝置和原理：由材料力學(xué)可知，梁上下表面的應(yīng)變值與中點(diǎn)撓度的關(guān)系：第四十六頁，共170頁。在梁上放置三點(diǎn)撓度儀，測得相對(duì)撓度f，則應(yīng)變計(jì)算公式為：第四十七頁，共170頁。

2、標(biāo)定方法：

⑴從一批應(yīng)變片中抽5%作為樣片（不少于6片），粘在標(biāo)定梁上，加載使梁表面產(chǎn)生一個(gè)已知的軸向應(yīng)變?chǔ)拧?/p>

⑵用高精度的電阻應(yīng)變儀(經(jīng)校準(zhǔn))測得各個(gè)樣片的應(yīng)變讀數(shù)。設(shè)應(yīng)變片靈敏系數(shù)為K，應(yīng)變儀的靈系數(shù)為K0，應(yīng)變儀的讀數(shù)為εd,則有

⑶標(biāo)定時(shí)，對(duì)每個(gè)應(yīng)變片加、卸載3次，取應(yīng)變儀讀數(shù)的三次平均值作為實(shí)驗(yàn)值。⑷該批應(yīng)變片靈敏系數(shù)標(biāo)定值為第四十八頁，共170頁。

2、標(biāo)定方法：

⑸靈敏系數(shù)的分散度，可用標(biāo)準(zhǔn)差σ或相對(duì)誤差C來表示。

應(yīng)變片的靈敏系數(shù)可表示為：注意：應(yīng)變片的靈敏系數(shù)標(biāo)定時(shí)，要滿足下述3個(gè)條件。標(biāo)定梁處于單向應(yīng)力狀態(tài)；應(yīng)變片的縱向與標(biāo)定梁的應(yīng)力方向平行；標(biāo)定梁材料的泊松比為μ=0.285。第四十九頁，共170頁。二、應(yīng)變片橫向效應(yīng)系數(shù)的標(biāo)定

1、標(biāo)定裝置第五十頁，共170頁。2、標(biāo)定方法⑴將同一批次中的幾個(gè)應(yīng)變片沿X軸方向安裝在試件工作表面，另幾個(gè)應(yīng)變片沿Y軸方向安裝在試件工作表面。⑵對(duì)試件加載，使其工作表面沿X軸的應(yīng)變?yōu)棣舩,沿Y軸的應(yīng)變?yōu)榱恪?/p>

⑶用高精度的電阻應(yīng)變儀(經(jīng)校準(zhǔn))測得沿X軸的應(yīng)變片的應(yīng)變讀數(shù)為εxd,測得沿Y軸的應(yīng)變片的應(yīng)變讀數(shù)為εyd。設(shè)應(yīng)變片軸向靈敏系數(shù)為Kx，橫向靈敏系數(shù)為Ky，應(yīng)變儀的靈系數(shù)為K0，則有第五十一頁，共170頁。2、標(biāo)定方法

⑷應(yīng)變片的橫向效應(yīng)系數(shù)為⑸將應(yīng)變片的橫向效應(yīng)系數(shù)取平均值，即得該批應(yīng)變片的橫向效系數(shù)第五十二頁，共170頁。第三章測量電橋的特性及應(yīng)用

使用應(yīng)變片測量應(yīng)變時(shí)，必須用適當(dāng)?shù)姆椒z測其阻值的微小變化。應(yīng)變片感受的機(jī)械應(yīng)變量一般為10-6~10-2，電阻變化率也在10-6~10-12數(shù)量級(jí)之間。這樣小的電阻變化用一般電阻儀很難測量出，需要采用測量電路將微電阻變化率轉(zhuǎn)換成電壓或電流的變化，才能用儀表記錄或顯示出來。最理想的測量電路是惠斯登電橋。測量電路要滿足以下兩個(gè)方面的要求：

l、足夠的靈敏度

2、足夠的準(zhǔn)確度第五十三頁，共170頁。3-1直流電橋的基本原理一、電橋平衡條件電阻應(yīng)變儀中的電橋線路如圖所示。它以應(yīng)變片或電阻元件作為橋臂，A、C為電源端(電橋輸入端)，B、D為測量端(電橋的輸出端)?？扇1為應(yīng)變片，也可取R1、R2為應(yīng)變片或R1~R4均為應(yīng)變片等形式。由電工學(xué)計(jì)算可知，圖中電橋的輸出電壓為若電橋的四橋臂電阻滿足條件

R2R4=R1R3(3-1)則電橋的輸出電壓為零。電橋的這種狀態(tài)稱為電橋平衡。第五十四頁，共170頁。二、測量電橋的輸出電壓設(shè)初始平衡的電橋各橋臂相應(yīng)的電阻增量為ΔR1、ΔR2、ΔR3、ΔR4，則電橋輸出電壓為

在電阻應(yīng)變儀設(shè)計(jì)中，一般各橋臂初始電阻值相等（等臂電橋）。且ΔR/R均很小，忽略高階微量，經(jīng)整理可得：若應(yīng)變計(jì)的靈敏系數(shù)為K,則ΔR/R=Kε第五十五頁，共170頁。二、測量電橋的輸出電壓上式是直流電橋轉(zhuǎn)換原理的基本關(guān)系式。它表明：1）在一定應(yīng)變范圍內(nèi)，電橋的輸出電壓U0與應(yīng)變片感受的應(yīng)變?chǔ)懦删€性關(guān)系。2）各個(gè)橋臂上應(yīng)變片的應(yīng)變?chǔ)艑?duì)輸出電壓的影響是線性疊加的，相鄰橋臂符號(hào)相反，相對(duì)橋臂符號(hào)相同。

3）此式線性關(guān)系確定被測應(yīng)變值，存在一定的誤差。（誤差分析自學(xué)）

第五十六頁，共170頁。三、測量電橋的基本特性上表明了電橋的基本特性：1）兩相鄰橋臂上應(yīng)變片的應(yīng)變相減。即應(yīng)變同號(hào)時(shí)，輸出應(yīng)變?yōu)閮上噜彉虮凵蠎?yīng)變之差；應(yīng)變異號(hào)時(shí)，輸出應(yīng)變?yōu)閮上噜彉虮凵蠎?yīng)變之和。2）兩相對(duì)橋臂上應(yīng)變片的應(yīng)變相加。即應(yīng)變同號(hào)時(shí)，輸出應(yīng)變?yōu)閮上噜彉虮凵蠎?yīng)變之和；應(yīng)變異號(hào)時(shí)，輸出應(yīng)變?yōu)閮上噜彉虮凵蠎?yīng)變之差。

應(yīng)變儀的輸出應(yīng)變就是讀數(shù)應(yīng)變，所以合理、巧妙地利用電橋特性，可以增大讀數(shù)應(yīng)變，并且可測出復(fù)雜受力桿件中的內(nèi)力分量。第五十七頁，共170頁。3-2溫度變化效應(yīng)的補(bǔ)償一、溫度變化效應(yīng)的產(chǎn)生測量構(gòu)件的應(yīng)變并不是瞬時(shí)完成的，往往需要幾個(gè)小時(shí)有時(shí)甚至需要幾天。由于環(huán)境溫度不斷地變化，而應(yīng)變片對(duì)溫度的影響又十分敏感，粘貼在構(gòu)件上的應(yīng)變片由于溫度的變化而引起電阻變化，其數(shù)量級(jí)有時(shí)可與應(yīng)變引起的電阻變化相當(dāng)，這一現(xiàn)象就稱為溫度變化效應(yīng)。二、溫度對(duì)應(yīng)變片電阻的影響由于溫度變化而引起的應(yīng)變片電阻的變化主要有以下兩個(gè)方面：

1、溫度變化時(shí)敏感柵材料電阻率的變化由于應(yīng)變片的敏感柵同其他金屬材料一樣，其電阻率會(huì)隨溫度的變化而發(fā)生改變，從而導(dǎo)致了應(yīng)變片電阻值的變化。若用α第五十八頁，共170頁。(單位為1/℃)表示溫度每變化1℃時(shí)電阻的相對(duì)變化量，稱為電阻溫度系數(shù)，則當(dāng)溫度改變?chǔ)℃時(shí)，一個(gè)原始阻值為R的應(yīng)變所產(chǎn)生的電阻增量為ΔRα=αRΔt

2、應(yīng)變片線膨脹系數(shù)與被測材料線膨脹系數(shù)的不同引起的電阻變化溫度變化時(shí)，應(yīng)變片和被測物件均將產(chǎn)生線膨脹，其大小可用下式計(jì)算ΔL=βLΔt式中β為構(gòu)件或絲柵材料的線膨脹系數(shù)，L為構(gòu)件或絲柵材料的原始長度。設(shè)有一段長度為L的電阻絲，其材料的線膨脹系數(shù)為β絲，第五十九頁，共170頁。將其粘貼在線膨脹系數(shù)為β構(gòu)的構(gòu)件上，當(dāng)溫度改變?chǔ)時(shí)，如果兩者的膨脹均不受限制，則阻絲和構(gòu)件的伸長將分別為阻絲ΔL絲=Lβ絲Δt構(gòu)件ΔL構(gòu)=Lβ構(gòu)Δt

由于一般來說，β絲≠β構(gòu)，所以ΔL絲≠ΔL構(gòu)。這樣構(gòu)件將強(qiáng)迫阻絲與它一起變形。如ΔL構(gòu)>ΔL絲，將使電阻絲受拉，反之受壓。其變形量為ΔL=ΔL

構(gòu)-ΔL絲

=L(β構(gòu)-β絲)Δt既然阻絲發(fā)生了變形，則其電阻就會(huì)發(fā)生相應(yīng)的改變，根據(jù)ΔR/R=Kε，電阻絲的阻值增量為

ΔRβ=KSRΔL/L=KSR(β構(gòu)-β絲)Δt式中KS為電阻絲的靈敏系數(shù)。第六十頁，共170頁。綜合兩方面因素，因溫度效應(yīng)而引起的應(yīng)變片電阻變化率應(yīng)為

ΔRt/R=(ΔRα+ΔRβ)/R=[α+KS(β構(gòu)-β絲)]Δt(3-4)

此外，應(yīng)變片的敏感柵(常為康銅)和引線(常為銅)之間的焊接點(diǎn)，實(shí)際上是一個(gè)熱電偶。溫度變化時(shí)，接點(diǎn)處會(huì)產(chǎn)生復(fù)雜的熱電勢，從而影響電橋的輸出電壓。還有，溫度變化時(shí)，對(duì)膠層的性質(zhì)也有影響，一般是當(dāng)溫度升高時(shí)，會(huì)使膠層變軟，應(yīng)變傳遞能力會(huì)隨之下降，從而使靈敏系數(shù)降低。但是這些影響牽涉的因素比較復(fù)雜，很難從理論上加以分析，一般可用實(shí)驗(yàn)去測定，在此不作進(jìn)一步討論。第六十一頁，共170頁。三、溫度效應(yīng)的補(bǔ)償從以上分析可以看出，溫度的變化將引起應(yīng)變片阻值的改變，此時(shí)如將其接入測量電路，就會(huì)使得輸出電壓發(fā)生變化，從而在應(yīng)變儀上產(chǎn)生指示應(yīng)變，造成虛假應(yīng)變。虛假應(yīng)變嚴(yán)重時(shí)，每升溫1℃，可達(dá)幾十微應(yīng)變，嚴(yán)重地干擾了測量結(jié)果，使得測出的應(yīng)變值存在很大的誤差。因此，必須設(shè)法將其消除，消除溫度效應(yīng)影響的措施，叫做溫度補(bǔ)償。溫度補(bǔ)償?shù)姆椒ㄓ泻芏喾N，可大致作如下分類

補(bǔ)償片法電路補(bǔ)償法電阻元件法熱敏元件法溫度補(bǔ)償方法熱電偶法

自補(bǔ)償法對(duì)敏感柵熱處理法雙金屬線柵法溫度修正法第六十二頁，共170頁。

通常采用如下兩種方法進(jìn)行溫度補(bǔ)償：

1、補(bǔ)償片法在常溫應(yīng)變測量中，大多采用電路補(bǔ)償法中的補(bǔ)償片法，這種方法是利用應(yīng)變電橋的特性，而實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償?shù)?。其具體操作步驟如下：

A)取兩片電阻值、靈敏系數(shù)、電阻溫度系數(shù)相同的應(yīng)變片，一片貼在受力構(gòu)件上，將隨著被測構(gòu)件的受力一起變形，稱為工作片R1

；另一片并不受力，僅受溫度效應(yīng)影響，稱為補(bǔ)償片R2

。

B)將補(bǔ)償片粘貼在與被測構(gòu)件相同材料的一塊不受載荷的試件(稱為補(bǔ)償塊)上，并將其置于與被測構(gòu)件相同的溫度場中。(也可將補(bǔ)償片R2粘貼在被測構(gòu)件上不發(fā)生變形的部位處。)

C)將工作片與補(bǔ)償片接在電橋相鄰的兩個(gè)橋臂上，如圖3-4所示。第六十三頁，共170頁。圖3-4

這樣，當(dāng)R1隨被測構(gòu)件受力一起變形且溫度同時(shí)發(fā)生變化時(shí)，R1的電阻總增量為

ΔR1=ΔRε+

ΔRt1式中ΔRε為應(yīng)變引起的阻值增量，ΔRt1為溫度引起的阻值增量。而相鄰橋臂上的補(bǔ)償片R2的電阻增量卻只有

ΔR2=ΔRt2由于工作片和補(bǔ)償片的溫度始終相同，而且它們的阻值、電阻溫度系數(shù)、線膨脹系數(shù)、靈敏系數(shù)也都完全相同，因而由式(3-4)可知ΔRt1=

ΔRt2

最后的輸出電壓為

U=E(ΔR1/R1-ΔR2/R2)/4=EΔRε/4R這樣，測量結(jié)果只反映ΔRε，從而消除了溫度的影響，達(dá)到了溫度補(bǔ)償?shù)哪康摹５诹捻摚?70頁。2、自補(bǔ)償法在溫度梯度太大，無法消除工作片與補(bǔ)償片之間溫差的情況下，就不宜采用補(bǔ)償片法進(jìn)行溫度補(bǔ)償，而要改用其他方法，如自補(bǔ)償法。這種方法通過對(duì)應(yīng)變片的敏感柵在材料和制造工藝上采取的各種措施，將KS、α、β構(gòu)、β絲幾個(gè)系數(shù)互相配合，使應(yīng)變片在一定的溫度范圍內(nèi)時(shí)ΔRt=[α+KS(β構(gòu)-β絲)]RΔt=0

這樣就自動(dòng)消除了溫度效應(yīng)的影響，實(shí)現(xiàn)了溫度補(bǔ)償。

這種方法常用于中、高溫下的應(yīng)變測量。第六十五頁，共170頁。3-3應(yīng)變片在電橋中的接法和在構(gòu)件上的布置一、應(yīng)變片在電橋中的接法

應(yīng)變測量電橋有四個(gè)橋臂，這四個(gè)橋臂可以每個(gè)都接應(yīng)變片，也可以兩個(gè)臂接應(yīng)變片，兩個(gè)臂接固定電阻。前者稱為全橋接法，后者稱為半橋接法。

1、半橋單片接線法電橋的四個(gè)橋臂中，R1為貼于構(gòu)件上的應(yīng)變片，與構(gòu)件一起變形（工作片），R2為溫度補(bǔ)償片，

R3、R4為儀器內(nèi)部精密電阻。第六十六頁，共170頁。

2、半橋雙片接線法電橋的四個(gè)橋臂中，R1、R2為貼于構(gòu)件上的應(yīng)變片與構(gòu)件一起變形（工作片），

R3、R4為儀器內(nèi)部精密電阻。這種接法中R1和R2互為溫度補(bǔ)償片.

3、全橋接線法

電橋的四個(gè)橋臂中，R1、R2、R3、R4都為貼于構(gòu)件上的應(yīng)變片與構(gòu)件一起變形（工作片）。這種接法中R1和R2互為溫度補(bǔ)償片，R3和R4互為溫度補(bǔ)償片.第六十七頁，共170頁。

4、串聯(lián)接線法在應(yīng)變測量中，可將應(yīng)變片串聯(lián)起來接入測量橋臂。若在電橋的AB臂上，串聯(lián)兩個(gè)工作片R1和

R2，

R補(bǔ)1、R補(bǔ)2為溫度補(bǔ)償片，R3、R4為儀器內(nèi)部精密電阻。這種接法為半橋串聯(lián)接法.則有：由此可知：①串聯(lián)接線后，橋臂的應(yīng)變?yōu)楦鱾€(gè)應(yīng)變片的應(yīng)變值的算術(shù)平均值。②若各個(gè)應(yīng)變片的應(yīng)變相同，則有

即橋臂的應(yīng)變等于串聯(lián)的單個(gè)應(yīng)變片的應(yīng)變值。

若AB臂上串聯(lián)了n個(gè)阻值為R的應(yīng)變片，情況會(huì)怎么樣呢？③串聯(lián)后橋臂電阻增大，在限流下，提高供橋電壓，相應(yīng)使讀數(shù)應(yīng)變?cè)龃?。第六十八頁，?70頁。

5、并聯(lián)接線法如圖所示，將n個(gè)應(yīng)變片并聯(lián)起來接入測量橋臂AB上，其總電阻R為對(duì)上式微分，有若各應(yīng)變片的阻值都為R0，有故有第六十九頁，共170頁。

5、并聯(lián)接線法由此可知：1）并聯(lián)接線后，橋臂的應(yīng)變?yōu)楦鱾€(gè)應(yīng)變片的應(yīng)變值的算術(shù)平均值。

2）若各個(gè)應(yīng)變片的應(yīng)變相同，則有ε儀=ε，即橋臂的應(yīng)變等于并聯(lián)的單個(gè)應(yīng)變片的應(yīng)變值。

3）并聯(lián)后橋臂電阻減小，在電流不超過最大工作電流條件下，電橋的輸出電流可相應(yīng)地提高n倍。應(yīng)變片在電橋中接法不同，所得的讀數(shù)應(yīng)變也不同，根據(jù)實(shí)際情況，靈活應(yīng)用。一般原則是在滿足要求下，接線方式盡可能簡單并且能夠得到較高的讀數(shù)應(yīng)變?yōu)橐?。第七十頁，?70頁。二、應(yīng)變片在構(gòu)件上的布置在應(yīng)變測量時(shí)，如果能夠合理地選擇貼片位置、方位以及將應(yīng)變片合理地接入電橋，則不僅可以方便的實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償，從比較復(fù)雜的組合變形中測出所需要應(yīng)變成分，而且還可以擴(kuò)大應(yīng)變讀數(shù)，提高測量的靈敏度。為此，必須對(duì)受力構(gòu)件作深入分析，了解測點(diǎn)處應(yīng)變的正負(fù)符號(hào)以及有關(guān)的各測點(diǎn)之間應(yīng)變值的比例關(guān)系；還要充分地利用電橋的特性。

應(yīng)變片布置和接橋方法：

1、單向拉伸應(yīng)變測量

如圖單向受拉構(gòu)件，取三個(gè)等電阻應(yīng)變片R1、R2、R3，其靈敏系數(shù)相等。將R1、R3分別作工作片，R2作溫度補(bǔ)償片。貼片時(shí)將R1柵線方向與軸線方向一致，可測縱向線應(yīng)變，將R3柵線方向與試件軸線垂直，用于測橫向應(yīng)變。第七十一頁，共170頁。

半橋單片測量時(shí)，將R1接入AB之間，將R2接入BC之間(見圖3-5(c))，可以測出縱向應(yīng)變?chǔ)?。圖3-5單向受拉構(gòu)件圖

半橋雙片測量時(shí)，若將R1接入AB之間，將R3接入BC之間(見圖3-5(d))，同樣可以測出縱向應(yīng)變?chǔ)?。這種布片和接線，用工作片作溫度補(bǔ)償，使讀數(shù)應(yīng)變?cè)龃螅岣邷y量靈敏度。第七十二頁，共170頁。

2、圓軸扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力測量欲求如圖3-6所示圓軸的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力。

由材料力學(xué)可知，實(shí)心圓抽扭轉(zhuǎn)時(shí)，沿表面與軸線成45°角的螺旋線上，產(chǎn)生最大拉、壓應(yīng)力，σ1＝一σ2(對(duì)應(yīng)ε1

＝一ε2)，而且其數(shù)值與橫截面上最大剪應(yīng)力τmax相等。接成半橋進(jìn)行測量：圖3-6扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力示意圖根據(jù)廣義胡克定律：由此可得扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力：第七十三頁，共170頁。3、彎曲應(yīng)變的測量測定如圖所示的彎曲應(yīng)變。令εM分別代表彎矩M產(chǎn)生的表面應(yīng)變，R1、R2為應(yīng)變片，且R1

＝R2

，分別貼在構(gòu)件的上、下表面上。

若接成半橋雙臂進(jìn)行測量，則有若接成半橋單臂進(jìn)行測量，則有第七十四頁，共170頁。4、拉彎組合變形的應(yīng)變測量（1）半橋測彎曲應(yīng)變?chǔ)臡

如圖所示貼片方式，令εP、εM分別代表拉力P和彎矩M產(chǎn)生的表面應(yīng)變，R1、R2為應(yīng)變片，分別貼在構(gòu)件的上、下表面上。若用半橋雙片測量，則有

由上式可知，拉伸引起的應(yīng)變不會(huì)在結(jié)果中出現(xiàn)，只有彎矩產(chǎn)生的應(yīng)變，但應(yīng)變讀數(shù)是真實(shí)應(yīng)變的兩倍。第七十五頁，共170頁。4、拉彎組合變形的應(yīng)變測量（2）半橋測拉伸應(yīng)變?chǔ)臥

如圖所示貼片方式，令εP、εM分別代表拉力P和彎矩M產(chǎn)生的表面應(yīng)變，R’1、R”1為分別貼在構(gòu)件的上、下表面上的應(yīng)變片。若用串聯(lián)半橋雙臂測量，則有

由上式可知，這種貼片和接橋方式，彎矩引起的應(yīng)變不會(huì)在結(jié)果中出現(xiàn)，只有軸力產(chǎn)生的應(yīng)變。第七十六頁，共170頁。4、拉彎組合變形的應(yīng)變測量（3）全橋測量拉伸應(yīng)變?chǔ)臥若如圖所示貼片方式，R1、R3為縱向應(yīng)變片，R2、R4為橫向應(yīng)變片分別貼在構(gòu)件的上、下表面上。令εP、εM分別代表拉力P和彎矩M產(chǎn)生的表面應(yīng)變。采用全橋接法測量，則有

由上式可知，彎曲引起的應(yīng)變不會(huì)在結(jié)果中出現(xiàn)，只有拉伸產(chǎn)生的應(yīng)變。但應(yīng)變讀數(shù)是真實(shí)應(yīng)變的2（1+μ）倍。如何全橋測量彎曲產(chǎn)生的應(yīng)變？第七十七頁，共170頁。5、拉彎扭組合變形時(shí)的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力測量按如圖所示貼片和接橋方式，若以εP、εM

和εT分別代表軸力、彎矩和扭矩在45方向引起的應(yīng)變，則有如何全橋測量彎曲應(yīng)變和拉伸應(yīng)變呢？第七十八頁，共170頁。第四章電阻應(yīng)變儀與記錄儀

無論是一個(gè)簡單的測量系統(tǒng)，還是一個(gè)高度自動(dòng)化的快速測量系統(tǒng)，都由三個(gè)基本部分組成。感受部分直接與被測對(duì)象接觸，把非電量的物理參數(shù)轉(zhuǎn)化成電量，并傳輸給放大部分；放大部分則把感受部分傳來的十分微弱的電信號(hào)進(jìn)行放大以推動(dòng)顯示記錄儀器工作，顯示記錄部分是把被測信號(hào)記錄下來。在應(yīng)力-應(yīng)變測量中，感受部分常是電阻應(yīng)變片組成的半橋或全橋測量電路。放大部分常用電阻應(yīng)變儀。因此．電阻應(yīng)變儀是完成應(yīng)變量的轉(zhuǎn)換與放大，并將應(yīng)變值指示出來或傳輸給顯示記錄儀器的一種專門電子儀器。感受部分放大部分顯示記錄部分第七十九頁，共170頁。

電阻應(yīng)變儀若按照其放大器的工作原理可分為兩類：一種是直流放大式應(yīng)變儀，另一種是交流載波放大式應(yīng)變儀。

直流放大式應(yīng)變儀是直流供電，采用差分放大器或調(diào)制型直流放大器。這種應(yīng)變儀工作頻率高，不受分布電容的影響，操作起來比較簡單，但是零漂較難控制，設(shè)計(jì)制造較復(fù)雜。

交流載波放大式應(yīng)變儀是由幾千赫的正弦交流電源供電，采用窄頻帶的交流放大器。這種應(yīng)變儀穩(wěn)定性好，結(jié)構(gòu)較簡單，對(duì)元件的要求比較低，但是測試頻率不太高，受分布電容的影響較大。若根據(jù)被測對(duì)象的應(yīng)變變化規(guī)律即按照頻率響應(yīng)的范圍來分，應(yīng)變儀又可分為靜態(tài)電阻應(yīng)變儀、動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀和靜動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀三大類。4-1電阻應(yīng)變儀的分類第八十頁，共170頁。一、靜態(tài)電阻應(yīng)變儀靜態(tài)電阻應(yīng)變儀適用于測量不隨時(shí)間變化或隨時(shí)間變化緩慢的應(yīng)變量。早期靜態(tài)應(yīng)變儀大多采用交流供電、載波放大、雙電橋零讀法方式工作：即當(dāng)應(yīng)變電橋有輸出電壓時(shí)．經(jīng)放大器，檢流計(jì)將有指示，然后調(diào)節(jié)讀數(shù)電橋，使指示歸零，即可由讀數(shù)機(jī)構(gòu)讀出相應(yīng)的應(yīng)變量。這種測量方法不受橋源電壓波動(dòng)以及放大器增益變動(dòng)的影響，對(duì)放大器的要求也較低。此類應(yīng)變儀每次只能和應(yīng)變片構(gòu)成一個(gè)應(yīng)變電橋，即只能測量一個(gè)點(diǎn)的應(yīng)變。若進(jìn)行多點(diǎn)測量時(shí)，應(yīng)配置預(yù)調(diào)平衡箱，測量時(shí)把所有測點(diǎn)的應(yīng)變片均接入預(yù)調(diào)平衡箱，并在測量前對(duì)每個(gè)電橋進(jìn)行預(yù)調(diào)平衡。測量時(shí)，通過預(yù)調(diào)平衡箱的切換開關(guān)，依次測量多點(diǎn)的應(yīng)變，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測量。第八十一頁，共170頁。二、動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀適合于測量隨時(shí)間變化的應(yīng)變量。測量動(dòng)態(tài)應(yīng)變的基本原理是通過電橋電壓輸出、載波放大、相敏檢波等方法，把應(yīng)變片感受到的應(yīng)變量轉(zhuǎn)化為電量輸出。與靜態(tài)應(yīng)變儀比較不同的是：1．由于動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀是測量隨時(shí)間變比的應(yīng)變量，因此必須把應(yīng)變變化的過程記錄下來，這必然要求動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀與顯示記錄儀器配套使用。2．由于動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀的后續(xù)儀器是記錄儀器，因此，動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀采用偏位法測量方式，即應(yīng)變儀將應(yīng)變電橋的輸出電壓放大后直接送到記錄器去。所測信號(hào)經(jīng)應(yīng)變儀放大接入顯示記錄儀器才能得到測量值。一臺(tái)動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀有多路放大線路。當(dāng)進(jìn)行多點(diǎn)測量時(shí)，每一測點(diǎn)接一路放大線路(測量通道)同時(shí)進(jìn)行測量。一臺(tái)儀器的測量通道不夠時(shí)，幾臺(tái)儀器可以并用。第八十二頁，共170頁。

三、靜動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀。它既具有測量靜應(yīng)變的讀數(shù)裝置，又可向記錄儀器輸出動(dòng)態(tài)應(yīng)變信號(hào)(100~200Hz的動(dòng)態(tài)應(yīng)變)，具有一定的通用性。由于它以測量靜態(tài)應(yīng)變?yōu)橹?，所以儀器設(shè)計(jì)成單通道的。成套的靜動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀，由應(yīng)變儀、電源箱、預(yù)調(diào)平衡箱、切換器、數(shù)字電壓表和數(shù)字記錄器所組成。除了靜態(tài)、動(dòng)態(tài)和靜動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀以外，還有適用與測量沖擊、爆炸等工作頻率達(dá)數(shù)百千赫瞬態(tài)應(yīng)變的超動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀(這種應(yīng)變儀采用直流電橋和直流放大的測量方式，并與高速同步攝影儀配套使用)以及用于測量旋轉(zhuǎn)構(gòu)件應(yīng)變的遙測應(yīng)變儀和用來進(jìn)行大型多測點(diǎn)結(jié)構(gòu)靜力試驗(yàn)的數(shù)字式多點(diǎn)應(yīng)變巡回檢測系統(tǒng)等。第八十三頁，共170頁。

電阻應(yīng)變儀按其工作原理可分為直流放大式應(yīng)變儀和交流載波放大式應(yīng)變儀。一、直流放大式電阻應(yīng)變儀的工作原理直流放大式電阻應(yīng)變儀的供橋電壓為直流電壓。它可以用電池電源，也可以用高穩(wěn)定度的電子直流穩(wěn)壓電源。一般采用差動(dòng)式直流放大器。電橋的輸出電壓經(jīng)放大器放大后，可以用精度較高的電表直接讀出應(yīng)變值。圖4-1給出了偏位法讀數(shù)的直流放大式電阻應(yīng)變儀的工作原理圖。其中，Rt1，Rt2為預(yù)調(diào)平衡電阻。直流穩(wěn)壓電源供電壓給放大器。電橋電阻發(fā)生變化后，電橋輸出電壓經(jīng)直流放大器放大，通過讀數(shù)電表或直流數(shù)字電壓表直接讀出應(yīng)變值。在數(shù)字式應(yīng)變儀、超動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀中一般采用這種工作原理。4-2電阻應(yīng)變儀的工作原理第八十四頁，共170頁。圖4-1直流放大式電阻應(yīng)變儀的工作原理圖第八十五頁，共170頁。二、交流載波放大式電阻應(yīng)變儀的工作原理載波放大式電阻應(yīng)變儀的工作原理框圖如圖4-2所示。應(yīng)變儀中的振蕩器產(chǎn)生的正弦波交流電壓，分別供給測量電橋或讀數(shù)電橋作電源，同時(shí)供給相敏檢波器作參考電壓。當(dāng)測量電橋上的工作應(yīng)變片感受到應(yīng)變時(shí)，則測量電橋輸出和應(yīng)變成正比的調(diào)幅載波電壓或電流，經(jīng)放大器放大后送入相敏檢波器，檢波后得到幅值與應(yīng)變成比例的電壓或電流。進(jìn)行靜態(tài)應(yīng)變測量時(shí)，相敏檢波器的輸出電流接入檢流計(jì)，引起指針偏轉(zhuǎn)。調(diào)整讀數(shù)電橋上的可變電阻，使讀數(shù)電橋失去平衡。當(dāng)調(diào)整到讀數(shù)橋輸出電壓的大小與測量橋的輸出電壓相同，相位相反時(shí)，則無信號(hào)輸入放大器，檢流計(jì)的指針回零，應(yīng)變儀就把這一調(diào)整值到度做為應(yīng)變值。對(duì)于動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀而言，從相敏檢波器輸出的電流再接入濾波器至記錄儀器。第八十六頁，共170頁。1、供橋電源波形(載波)；2、被測信號(hào)波形(調(diào)制波)；3、電橋輸出波形(已調(diào)波)；4、放大后波形；5、相敏檢波器解調(diào)后波形；6、經(jīng)濾波器后波形圖4-2載波放大式電阻應(yīng)變儀的工作原理圖第八十七頁，共170頁。以動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀為例，簡要地介紹各部分的工作原理。

1、電橋電路動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀的電橋電路，包括應(yīng)變（測量）電橋、讀數(shù)電橋：

應(yīng)變（測量）電橋的工作原理已在第三章中闡明。通常采用較高頻率(500~1000Hz)的正弦波(載波)供橋，電橋的交流橋源電壓由振蕩器供給，電橋的輸出電壓則送入放大器。由于電阻應(yīng)變片的阻值不可能完全相同，測量導(dǎo)線的電阻及接觸點(diǎn)電阻不可能完全一致以及分布電容等的影響，在測量前電橋就失去平衡。因此，必須采用預(yù)調(diào)平衡裝置。動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀的每一通道都設(shè)有電阻平衡旋鈕和電容平衡旋鈕。

讀數(shù)電橋的作用是用讀數(shù)電橋產(chǎn)生的不平衡電壓抵消測量電橋輸出的不平衡電壓，使指零儀表指示為零，直接從讀數(shù)電橋的度盤上讀出應(yīng)變值。第八十八頁，共170頁。

2．交流載波放大器放大器的作用是將電橋輸出的微弱信號(hào)進(jìn)行放大，以獲得足夠的功率推動(dòng)指示儀表。因此，放大器的放大倍數(shù)應(yīng)足夠大。除此之外，應(yīng)變儀中的放大器，還應(yīng)滿足以下要求：①若應(yīng)變電橋采用電壓輸出橋，要求放大器的輸入阻抗遠(yuǎn)高于電橋的內(nèi)阻；若應(yīng)變電橋采用功率輸出橋，應(yīng)考慮放大器輸入阻抗與電橋內(nèi)阻的匹配問題。②在工作頻率范圍內(nèi)，其相頻曲線應(yīng)平坦，相位差應(yīng)小。③在最大輸出范圍內(nèi)，振幅特性曲線應(yīng)是線性的。為防止放大器工作在飽和段而造成非線性失真。④放大器應(yīng)具有良好的穩(wěn)定性，放大倍數(shù)隨時(shí)間和溫度變化應(yīng)足夠小。第八十九頁，共170頁。

3．相敏檢波器經(jīng)放大后的波形仍為調(diào)幅波，必須用檢波器將其還原為被測應(yīng)變信號(hào)的波形。另外，它兼有鑒別調(diào)幅波相位突變的功能，將拉、壓應(yīng)變區(qū)別開來，故稱為相敏檢波器。

4．濾波器經(jīng)相敏檢波器得到的載波信號(hào)中，仍含有高頻的載頻分量，為了將被測信號(hào)中的高頻載波信號(hào)濾除，獲得被測應(yīng)變信號(hào)的正確波形，在相敏檢波器后設(shè)置了低通濾波器，這一過程就是所謂的“解調(diào)”。

5．載波振蕩器振蕩器是應(yīng)變儀的心臟。它的作用是向測量電橋提供橋源電壓，并向相敏檢波器提供參考電壓。從測量精度的要求而言，振蕩電壓的幅值應(yīng)穩(wěn)定；從電橋平衡的要求講，要求波形失真小，盡量接近純正弦波，因?yàn)槿魏问д娑及懈叽沃C波成分，使電橋的電容難以平衡。第九十頁，共170頁。

關(guān)于振蕩頻率的選擇：載頻必須比被測應(yīng)變頻率成份中的最高頻率大7~10倍，才能保證調(diào)幅波的包絡(luò)線接近應(yīng)變波形。否則，只能測出個(gè)大致數(shù)值，而談不上應(yīng)變信號(hào)的波形。載頻的高低決定了動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀可測應(yīng)變頻率的上限，但是這個(gè)上限的提高又與提高儀器的測量精度和穩(wěn)定性有矛盾。因?yàn)樵诟哳l下，寄生電容的影響將顯著增加，放大器等環(huán)節(jié)的工作狀況也將顯著改變，所以載頻的上限必須加以限制。一般動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀振蕩器的振蕩頻率為5~10KHz。

6．平衡指示器動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀中的平衡指示器僅作預(yù)調(diào)平衡用，一般用一直流電表，通過轉(zhuǎn)換開關(guān)在調(diào)平衡時(shí)接入濾波器輸出端，指示平衡與否。正式測量時(shí)，再將濾波器切換至記錄儀器上。靜態(tài)電阻應(yīng)變儀中的平衡指示器的作用是指示讀數(shù)橋的輸出是否與應(yīng)變電橋的輸出相抵。實(shí)際上，即使在工作片尚未感受應(yīng)變時(shí)，調(diào)節(jié)讀數(shù)橋也可使指示器指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)而得到一個(gè)讀數(shù)。第九十一頁，共170頁。因而，當(dāng)預(yù)調(diào)測量橋的平衡，調(diào)不平衡時(shí)，可調(diào)節(jié)讀數(shù)橋，使整個(gè)雙橋串聯(lián)電路保持平衡，此時(shí)讀數(shù)橋上的應(yīng)變讀數(shù)稱為初讀數(shù)。測量時(shí)，調(diào)節(jié)讀數(shù)旋鈕，改變讀數(shù)橋輸出電壓使與測量橋的電壓相互抵消，使平衡指示器歸零。所得讀數(shù)與調(diào)平衡時(shí)的初讀數(shù)之差即為實(shí)測應(yīng)變值。

7．穩(wěn)壓電源它的作用是向放大器、振蕩器等單元提供穩(wěn)定的電源。

8．預(yù)調(diào)平衡箱當(dāng)進(jìn)行多點(diǎn)靜態(tài)測量時(shí)，必須通過須調(diào)平衡箱實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測量的切換。圖4-3是常用的P20R-5型預(yù)調(diào)平衡箱的電路原理圖。當(dāng)刷形開關(guān)處于“校準(zhǔn)”位置時(shí)，兩個(gè)R0便和應(yīng)變儀內(nèi)精密無感電阻R1，R2組成橋路，而Rω，Rd則組成電阻平衡裝置，并可進(jìn)行平衡預(yù)調(diào)。當(dāng)刷形開關(guān)在l-20任意位置時(shí)，則外接觸測點(diǎn)的工作應(yīng)變片和補(bǔ)償片RA，RC與應(yīng)變儀內(nèi)的電阻R1，R2共同組成測量橋。調(diào)節(jié)相應(yīng)橋路的電阻平衡裝置，可把各點(diǎn)預(yù)調(diào)平衡。第九十二頁，共170頁。圖4-3P20R-5型預(yù)調(diào)平衡箱電路原理圖第九十三頁，共170頁。4-3電阻應(yīng)變儀的性能及其檢驗(yàn)

各類應(yīng)變儀都有其性能指標(biāo)，在實(shí)驗(yàn)時(shí)不僅應(yīng)熟知這些技術(shù)指標(biāo)，而且還應(yīng)知道如何檢查和校準(zhǔn)這些指標(biāo)。下面分別介紹靜態(tài)電阻應(yīng)變儀和動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀的性能指標(biāo)及其檢驗(yàn)方法。一、電阻應(yīng)變儀的相關(guān)性能(以動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀為例)1．測量通道儀器的測量通道數(shù)是指儀器可同時(shí)測量的最多點(diǎn)數(shù)。對(duì)靜態(tài)電阻應(yīng)變儀而言，又稱預(yù)調(diào)點(diǎn)數(shù)。通常一個(gè)實(shí)驗(yàn)所需測量的參數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過一臺(tái)儀器的通道數(shù)．這時(shí)可以多臺(tái)儀器合用。

2．測量范圍與靈敏度儀器的測量范圍是指儀器可測量參量的范圍，以微應(yīng)變(με)為單位。儀器所能分辨的最小應(yīng)變叫儀器的靈敏度。對(duì)于靜態(tài)應(yīng)變儀而言，指平衡指示器的指針每偏轉(zhuǎn)一格所對(duì)應(yīng)的應(yīng)變量；對(duì)于動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀而言，指單位應(yīng)變引起的電流變化。第九十四頁，共170頁。

3．工作頻率范圍和頻率響應(yīng)誤差電阻應(yīng)變儀的頻率范圍指被測量的應(yīng)變的變化頻率上限。若應(yīng)變頻率超過此限值，將不能保證測量精度和測量穩(wěn)定性。此值用載頻大小表示。

表示輸出量與輸入量的振幅和相位隨頻率變化的函數(shù)關(guān)系稱頻率響應(yīng)特性，因此頻率響應(yīng)可分為幅頻響應(yīng)和相頻響應(yīng)。頻響誤差小，說明儀器輸出量的振幅和相位與輸入量的振幅與相位之間的關(guān)系幾乎不隨輸入量的頻率而變化。動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀的幅頻響應(yīng)特性是指當(dāng)應(yīng)變儀輸出端有額定負(fù)載時(shí)，在一定的應(yīng)變范圍內(nèi)其輸出信號(hào)和被測應(yīng)變之間應(yīng)保持良好的線性關(guān)系。幅頻響應(yīng)特性曲線的斜率即儀器的靈敏度，通過幅頻響應(yīng)特性曲線的測試可求出靈敏度及振幅線性誤差。第九十五頁，共170頁。

4．靈敏系數(shù)動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀的靈敏系數(shù)一般為定值，所以選用電阻應(yīng)變片時(shí)，如其靈敏度系數(shù)與動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀的不同，應(yīng)對(duì)測得的應(yīng)變根據(jù)靈敏系數(shù)進(jìn)行修正。

ε=ε儀Κ儀/Κ(4-1)式中ε、ε儀分別為真實(shí)應(yīng)變與儀器測量的應(yīng)變；Κ儀、Κ分別為儀器和應(yīng)變片的靈敏度系數(shù)。靜態(tài)電阻應(yīng)變儀設(shè)有調(diào)節(jié)靈敏系數(shù)的裝置，調(diào)節(jié)靈敏系數(shù)旋鈕使Κ儀＝K，讀出的應(yīng)變數(shù)不必另行修正。

5．零漂零漂是衡量儀器靜態(tài)穩(wěn)定性的指標(biāo)。開啟儀器，在放大器無信號(hào)輸入狀態(tài)即靜態(tài)下，觀察其示值讀數(shù)的穩(wěn)定性，若此時(shí)指示器隨時(shí)間緩慢變化，則稱儀器有零漂現(xiàn)象。第九十六頁，共170頁。二、靜態(tài)電阻應(yīng)變儀的性能檢驗(yàn)對(duì)靜態(tài)電阻應(yīng)變儀而言，一般只需對(duì)幾項(xiàng)直接影響測量結(jié)果的指標(biāo)進(jìn)行檢驗(yàn)：

1、檢定用設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)模擬應(yīng)變量校準(zhǔn)器：測量范圍0～105微應(yīng)變，最小步進(jìn)值0.1微應(yīng)變，工作頻率范圍0~50Hz。

2、檢驗(yàn)項(xiàng)目應(yīng)變儀示值誤差、靈敏系數(shù)示值誤差、穩(wěn)定度（零點(diǎn)漂移、示值穩(wěn)定性）

6．動(dòng)漂動(dòng)漂是衡量儀器動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性的指標(biāo)。給儀器輸入一個(gè)恒定的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)變，對(duì)儀器的輸出穩(wěn)定性進(jìn)行時(shí)間考驗(yàn)，儀器相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)變輸出的微小變化稱動(dòng)漂。第九十七頁，共170頁。

3、檢驗(yàn)方法

1）應(yīng)變儀示值誤差檢定將標(biāo)準(zhǔn)模擬應(yīng)變量校準(zhǔn)器接入應(yīng)變儀，如圖所示。校準(zhǔn)器給出標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)變值為εB，被檢定應(yīng)變儀上讀取的應(yīng)變讀數(shù)εi，則示值誤差按下式計(jì)算：

2)、靈敏系數(shù)示值誤差檢驗(yàn)將標(biāo)準(zhǔn)模擬應(yīng)變量校準(zhǔn)器接入應(yīng)變儀，如上圖所示；將應(yīng)變儀的靈敏系數(shù)設(shè)定為k=2.0進(jìn)行零位平衡；

將標(biāo)準(zhǔn)模擬應(yīng)變量校準(zhǔn)器的示值εB=量程上限值*70%；從應(yīng)變儀上讀取相應(yīng)的應(yīng)變值εi；改變靈敏系數(shù)設(shè)定值Ki，調(diào)節(jié)并讀取標(biāo)準(zhǔn)模擬應(yīng)變量校準(zhǔn)器的示值εm，使應(yīng)變儀上的讀數(shù)仍為εi第九十八頁，共170頁。3)穩(wěn)定度檢驗(yàn)

（1）零點(diǎn)漂移檢定

將標(biāo)準(zhǔn)模擬應(yīng)變量校準(zhǔn)器接入應(yīng)變儀，如圖所示。校準(zhǔn)器的示值置于零位，進(jìn)行零位平衡后，從應(yīng)變儀上讀取零位值ε0，在4h內(nèi)第1h每隔15min、以后每隔30min分別讀取相應(yīng)的零位值εi，則零點(diǎn)漂移為

（2）示值穩(wěn)定性檢定

連線路線如上圖所示。校準(zhǔn)器的示值置于應(yīng)變儀量程上限值，從應(yīng)變儀上讀取示值εs，再將校準(zhǔn)器的示值置于零位，從應(yīng)變儀上讀取示值ε0，然后在4h內(nèi)第1h每隔15min、以后每隔30min分別讀取校準(zhǔn)器置上限值時(shí)相應(yīng)的應(yīng)變儀讀數(shù)εj和校準(zhǔn)器置于零位時(shí)相應(yīng)的應(yīng)變儀讀數(shù)εj0，則示值穩(wěn)定性為第九十九頁，共170頁。三、動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀的性能檢驗(yàn)動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀與靜態(tài)應(yīng)變儀在性能上的差別，主要在動(dòng)態(tài)特性上，亦即所謂振幅特性和頻率特性。

1、振幅特性的測定所謂振幅特性也就是指當(dāng)應(yīng)變儀輸出端有額定負(fù)載時(shí)，在頻率特性的線性范圍內(nèi)(包括頻率為零)，應(yīng)變儀的輸出電流與被測應(yīng)變大小之間的關(guān)系。由于動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀的工作頻率從0Hz開始的，所以可用靜標(biāo)定的方法來進(jìn)行振幅特性的測定，其測量框圖如圖4-4所示。圖4-4振幅特性測定圖標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)變模擬儀測量電橋被測動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀標(biāo)準(zhǔn)電表指示第一百頁，共170頁。

2、頻率特性的測定在工作頻率范圍內(nèi)，給應(yīng)變儀輸入一個(gè)幅值恒定，而頻率可變的應(yīng)變，當(dāng)改變其頻率時(shí)，觀測應(yīng)變儀的輸出電壓隨頻率而改變的情況。變化越小，說明該應(yīng)變儀的頻率特性越好。

3、靈敏系數(shù)誤差動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀的靈敏系數(shù)一般為定值(k=2.0)。為了保證測出的動(dòng)應(yīng)變的準(zhǔn)確度，必須對(duì)動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀的實(shí)際靈敏系數(shù)進(jìn)行測定。其測定裝置及方法與測定振幅特性時(shí)相同。

4、標(biāo)定誤差標(biāo)定誤差的測定裝置及方法與測定振幅特性時(shí)相同。一般規(guī)定動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀的標(biāo)定誤差不超過±1%。第一百零一頁，共170頁。4-4記錄顯示儀器

動(dòng)態(tài)應(yīng)變測量過程中，動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀可將被測點(diǎn)隨時(shí)間不斷變化的應(yīng)變轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓或電流傳號(hào)，但是不能將其記錄下來。因此必須配備相應(yīng)的記錄顯示儀器才能將應(yīng)變隨時(shí)間變比的波形記錄下來以進(jìn)行分析。由應(yīng)變儀和記錄顯示儀器等組成的動(dòng)態(tài)測量系統(tǒng)，既要考慮能準(zhǔn)確反映被測點(diǎn)應(yīng)變的大小和變化規(guī)律，又要能與信號(hào)分析儀、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等信號(hào)處理系統(tǒng)配套，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)應(yīng)變測量數(shù)據(jù)的高速、準(zhǔn)確處理。記錄顯示儀器按其工作原理可分為數(shù)字式和模擬式兩大類。動(dòng)態(tài)應(yīng)變測量中常用的記錄顯示儀器有如下幾種：

1．X-Y函數(shù)記錄儀

X-Y函數(shù)記錄儀屬于模擬式記錄儀器。由x軸和y軸兩套互相獨(dú)立的自動(dòng)平衡式記錄器組成，采用零位法進(jìn)行測量。優(yōu)點(diǎn)是靈第一百零二頁，共170頁。敏度高，精度高，記錄幅度大，可在記錄紙上直接自動(dòng)繪制各種特性曲線。缺點(diǎn)是工作頻率上限僅為1~5Hz，只能用于記錄低頻信號(hào)。

2．筆式記錄儀筆式記錄儀屬于模擬式記錄儀器，是用記錄筆(墨水筆或電火花刻劃)在一般紙張或特殊紙張上直接顯現(xiàn)波形。其優(yōu)點(diǎn)是波形直觀，記錄紙廉價(jià)，能長期保存。缺點(diǎn)是記錄曲線幅度小，誤差較大，線數(shù)少，體積大，耐震性差，上限頻率在70~100Hz以下，不便多點(diǎn)記錄和流動(dòng)使用。

3．電子示波器電子示波器屬于模擬式電子儀器。有高頻電子示波器和低頻長余輝示波器兩大類。其工作頻率很高，可達(dá)幾十兆，配用專門的攝影裝置可用于記錄爆炸、高速?zèng)_擊等瞬態(tài)應(yīng)變。其缺點(diǎn)是一般不能連續(xù)記錄。第一百零三頁，共170頁。

4．光線示波器光線示波器屬于模擬式記錄儀器，。它采用體積小，慣性小的磁電式振動(dòng)子為測量機(jī)構(gòu)，并應(yīng)用光杠桿放大原理在特殊感光紙上進(jìn)行記錄。其優(yōu)點(diǎn)是可記錄0~5kHz的信號(hào)，測量幅度寬．靈敏度高，精度高，可多點(diǎn)同步連續(xù)記錄并直接顯示記錄結(jié)果，體積小，操作方便。但與更先進(jìn)的記錄儀器相比，缺點(diǎn)是感光記錄紙價(jià)格較貴，長期保存記錄結(jié)果時(shí)需進(jìn)行特殊的顯、定影化學(xué)處理；多次測量時(shí)，數(shù)據(jù)分析相當(dāng)繁雜，不適應(yīng)大型結(jié)構(gòu)多測點(diǎn)測量分析；測量爆炸等應(yīng)變時(shí)上限頻率仍不夠高；記錄結(jié)果不能直接送入信號(hào)分析儀和計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。因此，已逐漸被磁帶記錄儀所代替。第一百零四頁，共170頁。

5．存儲(chǔ)示波器存儲(chǔ)示波器是數(shù)字式記錄儀器。它是將模擬電信號(hào)經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后變成數(shù)字信號(hào)，然后再在顯示屏上將信號(hào)復(fù)原出來。優(yōu)點(diǎn)是工作頻率可達(dá)數(shù)兆赫以上，精度高，靈敏度高，可數(shù)個(gè)通道同時(shí)記錄；記錄波形除了在顯示屏上顯示，可直接送到打印機(jī)、繪圖儀等得到記錄結(jié)果，也可直接送至信號(hào)分析儀和計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。缺點(diǎn)是不能連續(xù)記錄，儀器價(jià)格昂貴。

6．磁帶記錄儀磁帶記錄儀是先進(jìn)的快速記錄儀器，有模擬式和數(shù)字式兩種，以模擬式應(yīng)用較廣。它以磁性材料(磁帶)為記錄介質(zhì)。磁帶記錄儀的優(yōu)點(diǎn)是記錄頻帶寬，上限頻率可達(dá)2MHz；記錄信息不僅能長期保存，而且能隨時(shí)重放．可直接送入信號(hào)分析儀和計(jì)算機(jī)進(jìn)行高速數(shù)據(jù)處理，大大提高了實(shí)驗(yàn)工作的速度和準(zhǔn)確性；能多路同步記錄及長時(shí)間連續(xù)記錄，在處理大型結(jié)構(gòu)多點(diǎn)測量結(jié)果時(shí)尤其顯示出其優(yōu)越性。另外，它信噪比高，線性好，失真??；具有改變時(shí)基的能力，可快錄慢放，慢錄快放。第一百零五頁，共170頁。磁帶記錄儀在發(fā)達(dá)國家已普遍采用，在我國各領(lǐng)域的實(shí)驗(yàn)研究中也已得到較廣應(yīng)用。其缺點(diǎn)是儀器價(jià)格昂貴，費(fèi)用較高，記錄信號(hào)不能直接顯示出波形(目前國外產(chǎn)的新型磁帶機(jī)如XR-5000已帶有顯示器和打印機(jī)可直接顯示波形)。常用的國產(chǎn)磁帶記錄儀有SZ4，CJ4等；進(jìn)口磁帶記錄儀有TEACMR-30，XR-5000，SR-31等。各儀器的工作頻率范圍及測量儀器的配置見圖4-5。第一百零六頁，共170頁。應(yīng)變片動(dòng)靜態(tài)應(yīng)變儀超動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀濾波存儲(chǔ)示波器磁帶記錄儀電子示波器光線示波器X-Y記錄儀筆式記錄儀照像機(jī)繪圖儀打印機(jī)計(jì)算機(jī)信號(hào)分析儀0~200Hz0~10KHz>200KHz0~10MHz0~40KHz0~5KHz0~20MHz0~100Hz0~5Hz圖4-5各儀器的工作頻率范圍及測量儀器的配置第一百零七頁，共170頁。4-5數(shù)字應(yīng)變測量系統(tǒng)及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

隨著科技的發(fā)展，應(yīng)變測量儀也向著數(shù)字化、計(jì)算機(jī)化方向發(fā)展，出現(xiàn)了各種數(shù)字應(yīng)變測量系統(tǒng)和通用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。它可將靜態(tài)、動(dòng)態(tài)應(yīng)變、溫度及各種物理信號(hào)進(jìn)行快速采集、數(shù)字顯示、打印、儲(chǔ)存、變換和分析處理，從而大大提高測量分析的效率和質(zhì)量。1、全自動(dòng)多通道高速數(shù)據(jù)采集儀（TML-TDS-530）第一百零八頁，共170頁。2、多通道動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（TMR-200）TMR-200動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)示意圖第一百零九頁，共170頁。3、虛擬儀器簡介1）虛擬儀器的概念虛擬儀器實(shí)質(zhì)是利用I/O接口設(shè)備完成信號(hào)采集與調(diào)理，用強(qiáng)大的軟件功能實(shí)現(xiàn)信號(hào)的運(yùn)算、分析和處理，用計(jì)算機(jī)的顯示功能來模擬傳統(tǒng)儀器的控制面板，以多種形式來表達(dá)和輸出檢測結(jié)果，從而完成各種測試功能的計(jì)算機(jī)測試系統(tǒng)。2）虛擬儀器的分類A、PC-DAQ插卡式虛擬儀器：用數(shù)據(jù)采集卡配以計(jì)算機(jī)平臺(tái)和虛擬儀器