电测方法原理哈工程大学

1、电测法基本原理应变计电测技术 是一种确定(qudng)构件表面应力状态的实 验应力分析方法。被测构件应变片测量电路放大线路显示记录器电阻应变片量测过程示意 测量原理 测量过程中，将应变计（或称应变片）粘贴在构件的被测点上，构件受力变形时，应变计随构件一起变形，于是电阻值产生相应的变化，但这一阻值的变化是及其微小的，需要通过测量电路和放大(fngd)线路进行变换并放大，由指示或记录仪表进行量测记录；或输入计算机进行数据处理，从而得到所需要的应变或应力值。共二十四页电测法基本原理应变计及其转换(zhunhun)原理测量(cling)电路原理温度补偿原理应变计接入电桥的方法共二十四页应变计及其转换(

2、zhunhun)原理 电阻应变计又称为电阻应变片，它是由具有一定电阻的薄金属箔或细金属丝的栅状物粘贴在两层绝缘(juyun)薄膜中制成的。如图1，栅状物称为敏感栅。覆盖层引出线基底敏感栅图1 丝绕式应变计构造一、电阻应变计构造 共二十四页 试验时，用专用胶水将应变片粘贴在构件表面需要测定应变的部位，并使应变片的纵向沿需测定应变的方向。这样(zhyng)当该处沿此方向产生应变时，应变片也产生同样的应变，敏感栅的电阻就由初始值R变为R+R。二、电阻应变计的转换(zhunhun)原理应变计及其转换原理实验表明，在一定范围内，敏感栅的电阻变化率与正应变成正比，即： l 应变片F F l+Dl 式中，比

3、例常数为应变计的灵敏系数，其值与敏感栅的材料有关，常用应变片的灵敏系数为1.73.6。由公式可知，只要测出敏感栅的电阻变化率，即可确定相应的应变。 共二十四页 将应变计的阻值变化转化为电压（或电流）信号。通常这种电信号很微弱，需要用电子放大器放大，然后再由指示仪表(ybio)或记录器显示、记录。测量(cling)电路原理电阻应变测量一般采用桥式电路（惠斯登电桥）B A D C UAC R1 R2 R4 R3 UBD 一、测量电路的作用共二十四页测量(cling)电路原理如图所示，电桥的四个桥臂电阻分别为R1、R2、R3、R4，其中任意一个(y )桥臂电阻都可以是应变计电阻。电桥的A、C为输入端

4、；B、D为输出端。B A D C UAC R1 R2 R4 R3 UBD 惠斯登电桥输出端电压为： 二、电桥平衡当输出电压 UBD 为0时，称电桥平衡即：共二十四页测量(cling)电路原理三、测量(cling)原理设电桥在接上电阻时处于平衡。当各桥臂电阻分别改变时，电桥的输出电压为：B A D C UAC R1 R2 R4 R3 UBD 惠斯登电桥略去高阶微量，可得到：四个桥臂电阻值均相等的电桥称为等臂电桥，此时上式为：共二十四页测量电路(dinl)原理如果四个桥臂电阻都是应变计，且灵敏系数均相同(xin tn)，则输出电压为：如果只有桥臂AB为工作应变计，则此时输出电压为：共二十四页温度补

5、偿(bchng)原理一、温度(wnd)效应 在测量过程中，当被测构件所处环境温度发生变化时，不仅敏感栅的伸长与缩短会引起应变片阻值的变化，而且当被测构件材料与敏感栅材料热膨胀系数不同时，敏感栅还会受到附加的拉伸或收缩，也可引起电阻的变化。这样，在测量结果中将包括因温度变化而引起的虚假读数。上述现象称为温度效应。共二十四页温度(wnd)补偿原理二、电桥(din qio)的基本特性温度补偿原理是利用电桥的基本特性来实现的。对于等臂电桥输出电压为：由此可得应变仪的读数应变为：电桥的基本特性：两相邻桥臂电阻所感受的应变代数值相减； 两相对桥臂电阻所感受的应变代数值相加。共二十四页温度(wnd)补偿原理

6、三、温度(wnd)效应的补偿B A D C UAC R1 R2 R4 R3 UBD 工作片补偿片 相同应变片 和 贴于构件受力处，贴在附近不受力处。则环境温度对两片应变片引起的阻值变化是相等的，记为： 输出电压为： 温度效应被消除了共二十四页应变计接入电桥(din qio)的方法一、全桥接线(ji xin)法B A D C UAC R1 R2 R4 R3 UBD 对于等臂电桥应变仪的读数为： 全桥测量电桥的四个桥臂都接工作应变计。 相对两桥臂测量电桥相对两桥臂接工作应变计，另外相对两桥臂接温度补偿应变计。共二十四页应变计接入电桥(din qio)的方法二、半桥接线(ji xin)法B A D

7、C UAC R1 R2 R4 R3 UBD 若在测量电桥的桥臂AB和BC上接电阻应变计，而另外两个桥臂接电阻应变仪的内部固定电阻，则称为半桥接线法。此时应变仪读数为： 半桥测量电桥的两个桥臂AB和BC上均接工作应变计。 单臂测量电桥的两个桥臂AB和BC上任一桥臂接工作应变计，而另一桥臂接温度补偿应变计。共二十四页梁在纯弯曲(wnq)时正应力测定一、实验目的(md)和内容 1、用电测法测定矩形截面梁在承受纯弯曲作用时横截面 高度方向上正应力的分布规律。 2、验证纯弯曲梁横截面上正应力计算公式。 3、进一步学习电测法测定应力的基本原理及应变仪的操作使用方法。 二、实验设备 1、纯弯曲梁实验装置。

8、2、 YJR5A型和P20R5A型电阻应变仪及预调平衡箱等附件。 3、SCLY数字电子测力仪。 共二十四页三、实验(shyn)原理 梁在纯弯曲时正应力(yngl)测定 矩形截面纯弯曲钢梁的实验装置如图(a)所示。随着载荷的增加，梁的中间段部分承受纯弯曲。根据平面假设和纵向纤维间无挤压的假设，可得到纯弯曲梁横截面的正应力计算公式为 (1)式中 Mz 横截面弯矩;Iz 横截面对形心主轴（即中心轴）的惯性矩；Yz所求应力点至中性轴的距离。由公式可知沿横截面高度正应力按线性规律变化。实验时采用螺旋手柄加载，可以连续加载，载荷大小由拉压传感器的数字测力仪读出。当载荷增加P时，通过两根加载杆，使得测试梁两

9、端的受力点分别增加P/2，如图（b）。 共二十四页图 纯弯梁实验装置(zhungzh)及受力图实物图梁在纯弯曲(wnq)时正应力测定 为了测量梁纯弯曲时横截面上正应力分布规律，在梁的纯弯曲段沿梁的侧面各点轴线方向分别贴上一组电阻应变计。如图(a)所示，应变计1贴在梁的中性层上；应变计2、3和4、5分别贴在离中性层不同高度的h/4和3h/8上；6、7贴在梁的上下表面h/2上。此外，在梁的h/2处又贴了一片横向应变计8，通过实验测得应变计7和8的应变值7和8满足 共二十四页梁在纯弯曲时正应力(yngl)测定(2)则可证明梁在纯弯曲(wnq)时接近单向应力状态，即梁的纵向钎维间无挤压假设成立。根据单

10、向应力状态下的虎克定律 实= E实 求出沿中性层不同高度点正应力实验值，最后将实验值与理论值进行比较，来验证弯曲正应力公式。0.28共二十四页四、实验(shyn)步骤 1、开启应变仪电源，预热五分钟。 2、调节应变仪的初始平衡。将预调平衡箱上的选择开关分别(fnbi)置于1、2、3、4、5、6、7、8的位置，用螺丝刀调节相应的电位器，使应变仪的读数为零。4、对梁先施加少量预载荷。然后每增加一级载荷，分别在应变仪上读取并记录应变计对应18点的读数，直到加至最大载荷为止。 5、实验完毕，检查数据，如发现不合规律要进行重测直至满意。 6、实验完毕，卸去数字电子式测力仪上的载荷。关掉电源，整理仪器。梁

11、在纯弯曲时正应力测定共二十四页五、实验(shyn)数据处理 表1 钢梁和加力点尺寸(ch cun) 应变计灵敏系数 K 钢梁弹性模量 E 2.1105 Mpa 梁横截面尺寸宽 b 20 (mm) 梁横截面尺寸高 h 50 (mm) 截面惯性矩 Iz=bh3/12 (mm4) 加载点到支座距离 a 200 (mm) 表3 应变计至中性层距离（mm） Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7Y80-h/4h/4-3h/83h/8-h/2h/2h/2梁在纯弯曲时正应力测定共二十四页梁在纯弯曲(wnq)时正应力测定共二十四页梁在纯弯曲时正应力(yngl)测定共二十四页六、实验(shyn)要求 1、算实验值时，要采

12、用增量的平均值，即 实=E实平 2、写出各测点应力的理论值和实验值的计算过程。 3、以各测点位置为纵坐标，以应力为横坐标，按同一比例分别画出各测点应力的理论值和实验值随试件高度变化曲线 ，将两者逐点进行比较，并写出误差分析过程。 4、计算|8/7实|与钢的泊松比0.28相比较，若8/7说明纯弯曲梁为单向应力状态。 5、比较梁中性(zhngxng)层的应力。由于电阻应变片是测量一个区域内的平均应变，粘贴时又不可能刚好贴到中性(zhngxng)层上。所以只要实测的应变是一个很小的数值，就认为测试是可靠的。梁在纯弯曲时正应力测定共二十四页梁在纯弯曲(wnq)时正应力测定思考题（1）什么是全桥测量、半桥测量？（2）什么是温度效应？简述温度补偿原理？（3）在中性层上理论计算应变(yngbin)值理=0，而实际测量实0，这是为什么？ 共二十四页内容摘要电测法基本原理。或输入计算机进行数据处理，从而得到所需要的应变或应力值。如图1，栅状物称为敏感栅。将应变计的阻值变化转化为电压（或电流）信号。当输出电压 UBD 为0时，称电桥平衡。四个桥臂电阻值均相等的电桥称为等臂电