《電阻應變》課件

電阻應變電阻應變是一種常用的測量應變的方法。該技術(shù)基于電阻與材料的應變之間的關(guān)系，通過測量電阻的變化來計算應變。一、應變的定義材料變形應變是指物體在受力作用下發(fā)生的形變程度，反映了材料的形變量與原始尺寸的比值。應力與應變應變與應力密切相關(guān)，應力是物體內(nèi)部的抵抗形變的力，而應變則是材料對應力的響應。測量單位應變通常以無量綱的百分比或微應變（με）來表示，反映了形變的相對大小。二、應變的類型軸應變軸應變是指材料在拉伸或壓縮作用下，其長度方向上的變形量與原長度之比。它是工程中最常見的應變類型，通常用ε表示，表示長度變化與原長度的比例關(guān)系。當物體受到拉伸力時，其長度會增加，因此軸應變?yōu)檎?；當物體受到壓縮力時，其長度會減少，因此軸應變?yōu)樨撝?。剪應變剪應變是指材料在切向力的作用下，其形狀發(fā)生變化，兩個相鄰截面之間的相對位移與材料的厚度之比。它描述了材料在切向力作用下所產(chǎn)生的變形，通常用γ表示。剪應變通常發(fā)生在材料受到剪切力時，例如在螺釘擰緊或金屬板彎曲時。剪應變也常用于描述材料的剛度和強度。2.1軸應變11.定義軸應變是指物體在軸向拉伸或壓縮時，其長度的變化量與原長度之比。22.公式軸應變可以用公式ε=ΔL/L表示，其中ε代表軸應變，ΔL代表長度變化量，L代表原長度。33.應用軸應變廣泛應用于橋梁、建筑、機械等領(lǐng)域的結(jié)構(gòu)強度分析，用于評估結(jié)構(gòu)的受力情況和安全性能。2.2剪應變剪切力的作用當物體受到平行于其表面力的作用時，就會發(fā)生剪切應變。例如，螺絲釘擰緊時，會產(chǎn)生剪切應變。形變的形式剪切應變會導致物體發(fā)生形變，形變的大小與施加的剪切力成正比，也與物體的材料特性有關(guān)。2.3體積應變定義體積應變是指物體在受到外力作用下，體積發(fā)生的變化量與原體積之比。公式體積應變的計算公式為：體積應變=(體積變化量)/(原體積)。應用體積應變的概念在材料力學、流體力學等領(lǐng)域有著廣泛的應用，例如計算材料的壓縮性、流體的體積膨脹等。三、應變的測量方法11.機械式機械式應變測量方法通過直接測量物體形變來計算應變。常見的機械式應變計有應變片、應變儀等。22.電阻式電阻式應變測量方法利用電阻應變片將應變轉(zhuǎn)換為電阻變化，通過測量電阻變化來計算應變。電阻式應變計具有高精度、高靈敏度等優(yōu)點。33.光學式光學式應變測量方法利用光的干涉原理來測量應變，通過測量光程差來計算應變。光學式應變計具有非接觸、高精度等優(yōu)點。3.1機械式應變儀機械式應變測量主要依靠應變儀，其包含刻度盤和指針，可直觀顯示應變數(shù)值。杠桿原理應變儀通常利用杠桿原理將微小的形變放大，使其更容易被觀察到。光學方法某些機械式方法使用光學儀器，例如顯微鏡，來精確測量微小的形變。3.2電阻式電阻應變片電阻應變片由金屬絲或箔制成，其電阻會隨應變而變化。該方法利用電阻變化來測量應變，具有高靈敏度、精度和可靠性的特點?；菟雇姌蚧菟雇姌蚴且环N用于測量電阻的電路。它包含四個電阻，當橋路平衡時，電橋輸出為零。通過測量電橋輸出電壓的變化來測量應變。信號放大由于電阻應變片產(chǎn)生的信號微弱，需要放大器來放大信號，以便進行測量和分析。放大器可以提高信號的強度和信噪比。3.3光學式莫爾條紋法莫爾條紋法利用兩個光柵疊加產(chǎn)生干涉條紋，通過條紋的變化來測量應變。激光干涉法激光干涉法利用激光干涉原理測量應變，具有高精度和非接觸測量等優(yōu)點。數(shù)字圖像相關(guān)法數(shù)字圖像相關(guān)法利用圖像處理技術(shù)，通過比較應變前后圖像的差異來測量應變。四、電阻應變原理電阻應變計的工作原理基于材料的電阻變化與其應變之間的關(guān)系。當材料受到外力作用發(fā)生形變時，其內(nèi)部的電子運動軌跡會發(fā)生變化，導致電阻發(fā)生改變。4.1金屬電阻的變化電阻率變化金屬電阻率受溫度影響，溫度升高時電阻率增大。應變引起金屬材料體積變化，進而影響電阻率。幾何尺寸變化金屬絲發(fā)生拉伸時，長度增加，橫截面積減小。長度增加導致電阻增大，橫截面積減小也導致電阻增大。4.2合金電阻的變化合金材料合金電阻應變片常采用康銅或鎳鉻合金制成，具有較好的電阻溫度特性?？点~是一種銅鎳合金，具有良好的導電性和抗腐蝕性。電阻變化合金電阻應變片在受到拉伸應力時，其電阻值會增加，在受到壓縮應力時，其電阻值會減小。電阻變化的大小與應變的大小成正比，該比例系數(shù)稱為應變敏感系數(shù)。4.3應變敏感系數(shù)定義應變敏感系數(shù)是應變計在特定材料上產(chǎn)生的電阻變化與應變變化之間的比率。影響因素應變敏感系數(shù)受多種因素影響，包括材料的類型、溫度和應變的大小。重要性它是將電阻變化轉(zhuǎn)換為應變變化的關(guān)鍵參數(shù)，直接影響測量結(jié)果的準確性。五、應變計的構(gòu)造應變計是應變測量系統(tǒng)的核心元件，其主要功能是將微小的應變轉(zhuǎn)換為可測量的電信號。應變計通常由敏感元件、絕緣層、保護層和引線組成。5.1柵線應變片11.結(jié)構(gòu)柵線應變片由金屬絲或箔制成的細線構(gòu)成，這些細線平行排列并固定在絕緣基板上。22.敏感方向柵線應變片的敏感方向是指應變片測量應變的方向，通常是沿柵線方向。33.尺寸和形狀柵線應變片的尺寸和形狀根據(jù)應用需求而有所不同，常見的形狀有矩形、圓形和環(huán)形。5.2自粘應變片粘合性自粘應變片具有粘合層，可以直接粘貼在被測物體表面。集成化常與測量電路集成，方便使用。便攜性體積小，便于攜帶和使用。5.3薄膜應變片制造工藝薄膜應變片采用真空濺射或電鍍技術(shù)，在基底材料上沉積一層薄膜金屬。高精度薄膜應變片具有高精度、高靈敏度和高穩(wěn)定性等優(yōu)點。應用廣泛廣泛應用于航空航天、機械制造、土木工程、醫(yī)療設備等領(lǐng)域。六、應變計的工作原理應變計的工作原理主要基于電阻應變效應，即金屬導體的電阻會隨著其長度和橫截面積的變化而改變。當應變片受到外力作用發(fā)生形變時，其電阻值也會隨之改變，這種電阻變化與應變之間存在著線性關(guān)系，可以通過測量電阻變化來間接測量應變。6.1布里奇電路1平衡狀態(tài)電橋平衡，輸出電壓為零2應變片變化電阻變化，橋路失衡3電壓輸出輸出電壓與應變成比例惠斯通電橋是應變計測量系統(tǒng)中常用的電路。在平衡狀態(tài)下，橋路輸出電壓為零。當應變片受到應變影響時，其電阻發(fā)生變化，導致橋路失衡。橋路輸出電壓與應變片電阻變化成比例，從而反映出應變的大小。6.2應變片的布置1單軸應變片單軸應變片通常用于測量單一方向的應變，例如拉伸或壓縮應變。將應變片粘貼在結(jié)構(gòu)上，并使其敏感軸與待測應變方向一致。2雙軸應變片雙軸應變片包含兩個敏感軸，分別測量兩個垂直方向的應變。這種布置適用于需要測量復合應變的情況，例如彎曲或扭轉(zhuǎn)。3玫瑰花形應變片玫瑰花形應變片包含多個敏感軸，以星形排列。這種布置可以測量多個方向的應變，適用于復雜應力狀態(tài)的分析。6.3溫度補償溫度影響溫度變化會影響應變片的電阻，導致測量誤差。因此，需要進行溫度補償。補償方法通常采用溫度敏感元件或補償電路，以抵消溫度變化帶來的影響。補償效果溫度補償可以提高應變計測量的精度，確保數(shù)據(jù)可靠性。七、應變計的應用應變計在工程領(lǐng)域有著廣泛的應用，可用于測量各種結(jié)構(gòu)的應力應變。7.1靜態(tài)測量橋梁結(jié)構(gòu)應變計可以用于監(jiān)測橋梁結(jié)構(gòu)的應力變化，確保橋梁的安全性和耐久性。建筑物監(jiān)測應變計可以用于監(jiān)測建筑物結(jié)構(gòu)的應力變化，評估建筑物的穩(wěn)定性和安全性。管道檢測應變計可以用于監(jiān)測管道內(nèi)部的壓力變化，評估管道材料的受力情況，防止管道破裂。7.2動態(tài)測量動態(tài)應變動態(tài)應變指的是隨時間變化的應變。動態(tài)測量主要應用于結(jié)構(gòu)振動分析、沖擊試驗、疲勞測試等領(lǐng)域。測量方法常用的動態(tài)測量方法包括：應變計結(jié)合信號放大器和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，以及光纖應變傳感器。應用領(lǐng)域動態(tài)測量在橋梁、建筑物、機械設備、航空航天器等領(lǐng)域廣泛應用，用于監(jiān)測結(jié)構(gòu)的動態(tài)響應。數(shù)據(jù)分析通過對動態(tài)測量數(shù)據(jù)進行分析，可以獲得結(jié)構(gòu)的振動頻率、振幅、能量等信息，為結(jié)構(gòu)安全評估和設計優(yōu)化提供依據(jù)。7.3實例分析1橋梁結(jié)構(gòu)應變計可用于監(jiān)測橋梁的結(jié)構(gòu)安全，例如監(jiān)測橋梁的應力狀態(tài)和變形情況。2飛機機翼應變計可用于監(jiān)測飛機機翼的應力狀態(tài)，確保其在飛行過程中不會發(fā)生斷裂。3壓力容