14应变测试系统课件

第六章应变测试系统6.1应变片6.2应变测量桥路6.3布片与组桥6.4提高应变测量精度的措施第六章应变测试系统6.1应变片16.1应变片金属线材的应变效应形变效应压阻效应应变片灵敏系数安装在被测试件上的应变在其轴向受到单向应力时引起的电阻相对变化与其单向应力引起的试件表面轴向应变之比应变片的灵敏系数并不等于其敏感栅整长应变丝的灵敏系数6.1应变片金属线材的应变效应形变效应压阻效应应变片灵敏2应变片的结构和作用基底：固定敏感栅，将试件应变传给敏感栅，绝缘；敏感栅：应变转化为电阻；引线：接入电路，信号转化；覆盖层：保护敏感栅；粘结剂：固定作用。应变片的结构和作用基底：固定敏感栅，将试件应变传给敏感栅3应变电阻变化电流或电压变化放大记录电阻应变测量过程电阻应变测量的特点优点：尺寸小，重量轻；频率响应好；测量范围广；可在恶劣条件下使用，价格便宜；测量精度比较高。

缺点：一片应变片只能测量一点某方向的应变；一次性；只能测量栅长范围内的平均应变。不适于在1000摄氏度以上的高温环境下工作。应变电阻变化电流或电压变化放大记录电阻应变测量过程电阻应4横向效应机械滞后零点漂移蠕变：在某一恒定应变状态下，保持温度不变，其指示应变值随时间而变化的特性。应变极限：真实应变与指示应变。动态寿命：在某一交变应变幅度下，应变片所能经受的有效工作循环次数。105-107次。动态响应电阻应变的工作特性横向效应蠕变：在某一恒定应变状态下，保持温度不变，其指示5温度误差及温度补偿应变片的温度误差：由于测量现场环境温度的改变而给测量带来的附加误差温度效应（由于温度变化引起的电阻温度系数变化）试件材料和电阻丝材料的线膨胀系数不同温度补偿方法：自补偿法，线路补偿法。温度误差及温度补偿应变片的温度误差：由于测量现场环境温度6应变片主要参数几何尺寸电阻值绝缘电阻灵敏度系数允许电流其他应变片主要参数几何尺寸7应变片的选用（1）敏感栅材料要求灵敏系数稳定，电阻率高，电阻温度系数小，加工性和焊接性好。200℃以下一般选用康铜材料，300℃以上镍铬合金等材料（2）底基材料的选择要求弹性模数小，绝缘电阻高，薄且抗温抗热性能好。纸基：简单、便宜，70℃以下；胶基：使用温度可达100~300℃；玻璃纤维布基：使用温度可达400~500℃。应变片的选用（1）敏感栅材料要求灵敏系数稳定，电阻8（3）栅长的选择应变片测出的应变是测点粘贴区域内应变的平均值，为保证测定的应变接近于测点的真实应变，一般选择栅长小的应变片。当测量材质不均匀的木材、混凝土试件时，应采用栅长的应变片（4）灵敏系数的选择宜选用灵敏系数大的应变片，一般K=2（5）测试环境的选择温度、湿度、高压等环境条件对应变片的性能影响大（3）栅长的选择应变片测出的应变是测点粘贴区域内应变9表面处理粘贴粘合层的固化粘贴质量检查防潮防水保护

应变片的粘贴表面处理应变片的粘贴106.2应变测量桥路直流电桥电压输出6.2应变测量桥路直流电桥电压输出11R1上的电压降为：R4上的电压降为：输出电压为：若：，则：，电桥平衡R1上的电压降为：R4上的电压降为：输出电压为：若：12当各桥臂电阻发生变化时，输出电压发生变化：若：则：工作桥臂：接入的是应变片，有电阻变化。根据电桥工作中桥臂电阻值变化情况可分为半桥单臂、半桥双臂和全桥三种联接方式。当各桥臂电阻发生变化时，输出电压发生变化：若：则：工作桥臂13全等臂桥各桥臂电阻相等：很小，远小于桥臂电阻值，故略去分母中的全等臂桥各桥臂电阻相等：很小，远小于桥臂电阻值，故14一般组桥时，各桥臂的参数要求相同，可以认为所以：如果相邻桥臂的电阻变化相反，但大小相等，即△R1=△R3=△R，△R2=△R4=-△R，则有：电桥的灵敏度所以全等臂桥一般组桥时，各桥臂的参数要求相同，可以认为所以：如果相15半桥所以半桥灵敏度为：半桥所以半桥灵敏度为：16单臂桥所以单臂桥灵敏度为：单臂桥所以单臂桥灵敏度为：17特性应变电桥的和差特性：相邻相减，相对相加可实现温度补偿，输出电压放大等作用。特性应变电桥的和差特性：相邻相减，相对相加可实现温度补18温度补偿PPR1R2温度补偿PPR1R219补偿片和工作片的性能参数完全相同贴补偿片的材料与被测试件材料相同补偿片和工作片尽量放近一些，处于同一温度场工作片、补偿片接在相邻桥臂上注意：补偿片和工作片的性能参数完全相同注意：206.3布片与组桥电桥的特点是电桥的平衡条件，实际测量时需先进行预调平衡。如相邻两臂有大小相等，符号一致的变化，或是相对两臂有大小相等，符号相反的变化，则不破坏电桥的平衡。和差特性。

6.3布片与组桥电桥的特点21组桥及示例桥路的接法有两种，一为半桥接法，一为全桥接法。半桥接法是四个臂中只有两个参加工作。或一个参加工作，一个仅作温度补偿。全桥接法是桥路的四个臂均参与工作，既当工作片也当补偿片。此时，四个片必须贴于同一材料上，并在同温度情况下工作，不相邻的两个应变片的应变量应相同，另两片的应变量数值与前者相等，但符号相反,或者是两个补偿片。组桥及示例桥路的接法有两种，一为半桥接法，一为全桥22解：方法一：PPR1R2方法二：R2R1PPPR1R2感受横向拉力比较两种方法例1：求受拉试件应变。解：方法一：PPR1R2方法二：R2R1PPPR123例2：求如图所示试件由弯矩引起的应变。MM解：方法一：MMR2R10R2R1M例2：求如图所示试件由弯矩引起的应变。MM解：方法一：MMR24方法二：MMR2R1

R2R1M方法二：MMR2R1R2R1M25例3：求试件由拉力和弯矩共同引起的应变。MMPP解：M

R2R1P（1）测弯矩应变排除拉力应变。MMR2R1PP例3：求试件由拉力和弯矩共同引起的应变。MMPP解：M26（2）测拉力应变排除弯矩应变。方法一：贴温度补偿片，接成全桥。MMR3R1PPR2R400R4R30M0R2R1P（2）测拉力应变排除弯矩应变。方法一：贴温度补偿片，接成全桥27方法二：R2MMR3R1PPR4A向R1R2A向R4R3M

R2R1P方法二：R2MMR3R1PPR4A向R1R2A向R4R3286.4提高应变测量精度的措施提高供桥电压增大输出电流减小贴片误差减小接触电阻长导线电阻影响的修正测量应变的定度其他措施6.4提高应变测量精度的措施提高供桥电压29例4：用一电阻应变片测量一结构上某点的应力。应变片电阻R=160Ω，灵敏系数S=2.03，接入电桥的一臂。若电桥由10V直流电源供电，测得输出为5mV，求该点沿应变片敏感方向的应变和应力。构件材料的弹性模量Pa。例4：用一电阻应变片测量一结构上某点的应力。应变片电阻R=130于是被测点应变为:

解:单臂工作电桥的输出电压为：被测点应力为:

于是被测点应变为:解:单臂工作电桥的输出电压为：被测点应31例5、某车床加工外圆表面时，表面振纹主要由转动轴上齿轮的不平衡惯性力而使主轴箱振动所引起。振纹的幅值谱和主轴箱传动示意图如题图所示。传动轴I、传动轴II和主轴III上的齿轮齿数为z1=30，z2=40，z3=20，z4=50。传动轴转速n1=2000r/min。试分析哪一根轴上的齿轮不平衡量对加工表面的振纹影响最大？为什么？例5、某车床加工外圆表面时，表面振纹主要由转动轴上齿轮的不平32解：1）计算各轴的转速和转动频率：轴I的转动频率：（Hz）轴II的转速：(r/min)轴II的转动频率：（Hz）轴III的转速：(r/min)轴III的转动频率：（Hz）2）判别由计算结果知，轴II的转动频率fII

=25(Hz)与幅频图A(f)中最大幅值处的频率相吻合，故知轴II上的齿轮不平衡量对加工表面的振纹影响最大。解：1）计算各轴的转速和转动频率：2）判别由计算结果知，33第六章应变测试系统6.1应变片6.2应变测量桥路6.3布片与组桥6.4提高应变测量精度的措施第六章应变测试系统6.1应变片346.1应变片金属线材的应变效应形变效应压阻效应应变片灵敏系数安装在被测试件上的应变在其轴向受到单向应力时引起的电阻相对变化与其单向应力引起的试件表面轴向应变之比应变片的灵敏系数并不等于其敏感栅整长应变丝的灵敏系数6.1应变片金属线材的应变效应形变效应压阻效应应变片灵敏35应变片的结构和作用基底：固定敏感栅，将试件应变传给敏感栅，绝缘；敏感栅：应变转化为电阻；引线：接入电路，信号转化；覆盖层：保护敏感栅；粘结剂：固定作用。应变片的结构和作用基底：固定敏感栅，将试件应变传给敏感栅36应变电阻变化电流或电压变化放大记录电阻应变测量过程电阻应变测量的特点优点：尺寸小，重量轻；频率响应好；测量范围广；可在恶劣条件下使用，价格便宜；测量精度比较高。

缺点：一片应变片只能测量一点某方向的应变；一次性；只能测量栅长范围内的平均应变。不适于在1000摄氏度以上的高温环境下工作。应变电阻变化电流或电压变化放大记录电阻应变测量过程电阻应37横向效应机械滞后零点漂移蠕变：在某一恒定应变状态下，保持温度不变，其指示应变值随时间而变化的特性。应变极限：真实应变与指示应变。动态寿命：在某一交变应变幅度下，应变片所能经受的有效工作循环次数。105-107次。动态响应电阻应变的工作特性横向效应蠕变：在某一恒定应变状态下，保持温度不变，其指示38温度误差及温度补偿应变片的温度误差：由于测量现场环境温度的改变而给测量带来的附加误差温度效应（由于温度变化引起的电阻温度系数变化）试件材料和电阻丝材料的线膨胀系数不同温度补偿方法：自补偿法，线路补偿法。温度误差及温度补偿应变片的温度误差：由于测量现场环境温度39应变片主要参数几何尺寸电阻值绝缘电阻灵敏度系数允许电流其他应变片主要参数几何尺寸40应变片的选用（1）敏感栅材料要求灵敏系数稳定，电阻率高，电阻温度系数小，加工性和焊接性好。200℃以下一般选用康铜材料，300℃以上镍铬合金等材料（2）底基材料的选择要求弹性模数小，绝缘电阻高，薄且抗温抗热性能好。纸基：简单、便宜，70℃以下；胶基：使用温度可达100~300℃；玻璃纤维布基：使用温度可达400~500℃。应变片的选用（1）敏感栅材料要求灵敏系数稳定，电阻41（3）栅长的选择应变片测出的应变是测点粘贴区域内应变的平均值，为保证测定的应变接近于测点的真实应变，一般选择栅长小的应变片。当测量材质不均匀的木材、混凝土试件时，应采用栅长的应变片（4）灵敏系数的选择宜选用灵敏系数大的应变片，一般K=2（5）测试环境的选择温度、湿度、高压等环境条件对应变片的性能影响大（3）栅长的选择应变片测出的应变是测点粘贴区域内应变42表面处理粘贴粘合层的固化粘贴质量检查防潮防水保护

应变片的粘贴表面处理应变片的粘贴436.2应变测量桥路直流电桥电压输出6.2应变测量桥路直流电桥电压输出44R1上的电压降为：R4上的电压降为：输出电压为：若：，则：，电桥平衡R1上的电压降为：R4上的电压降为：输出电压为：若：45当各桥臂电阻发生变化时，输出电压发生变化：若：则：工作桥臂：接入的是应变片，有电阻变化。根据电桥工作中桥臂电阻值变化情况可分为半桥单臂、半桥双臂和全桥三种联接方式。当各桥臂电阻发生变化时，输出电压发生变化：若：则：工作桥臂46全等臂桥各桥臂电阻相等：很小，远小于桥臂电阻值，故略去分母中的全等臂桥各桥臂电阻相等：很小，远小于桥臂电阻值，故47一般组桥时，各桥臂的参数要求相同，可以认为所以：如果相邻桥臂的电阻变化相反，但大小相等，即△R1=△R3=△R，△R2=△R4=-△R，则有：电桥的灵敏度所以全等臂桥一般组桥时，各桥臂的参数要求相同，可以认为所以：如果相48半桥所以半桥灵敏度为：半桥所以半桥灵敏度为：49单臂桥所以单臂桥灵敏度为：单臂桥所以单臂桥灵敏度为：50特性应变电桥的和差特性：相邻相减，相对相加可实现温度补偿，输出电压放大等作用。特性应变电桥的和差特性：相邻相减，相对相加可实现温度补51温度补偿PPR1R2温度补偿PPR1R252补偿片和工作片的性能参数完全相同贴补偿片的材料与被测试件材料相同补偿片和工作片尽量放近一些，处于同一温度场工作片、补偿片接在相邻桥臂上注意：补偿片和工作片的性能参数完全相同注意：536.3布片与组桥电桥的特点是电桥的平衡条件，实际测量时需先进行预调平衡。如相邻两臂有大小相等，符号一致的变化，或是相对两臂有大小相等，符号相反的变化，则不破坏电桥的平衡。和差特性。

6.3布片与组桥电桥的特点54组桥及示例桥路的接法有两种，一为半桥接法，一为全桥接法。半桥接法是四个臂中只有两个参加工作。或一个参加工作，一个仅作温度补偿。全桥接法是桥路的四个臂均参与工作，既当工作片也当补偿片。此时，四个片必须贴于同一材料上，并在同温度情况下工作，不相邻的两个应变片的应变量应相同，另两片的应变量数值与前者相等，但符号相反,或者是两个补偿片。组桥及示例桥路的接法有两种，一为半桥接法，一为全桥55解：方法一：PPR1R2方法二：R2R1PPPR1R2感受横向拉力比较两种方法例1：求受拉试件应变。解：方法一：PPR1R2方法二：R2R1PPPR156例2：求如图所示试件由弯矩引起的应变。MM解：方法一：MMR2R10R2R1M例2：求如图所示试件由弯矩引起的应变。MM解：方法一：MMR57方法二：MMR2R1

R2R1M方法二：MMR2R1R2R1M58例3：求试件由拉力和弯矩共同引起的应变。MMPP解：M

R2R1P（1）测弯矩应变排除拉力应变。MMR2R1PP例3：求试件由拉力和弯矩共同引起的应变。MMPP解：M59（2）测拉力应变排除弯矩应变。方法一：贴温度补偿片，接成全桥。MMR3R1PPR2R400R4R30M0R2R1P（2）测拉力应变排除弯矩应变。方法一：贴温度补偿片，接成全桥60方法二：R2MMR3R1PPR4A向R1R2A向R4R3M

R2R1P方法二：R2MMR3R1PPR4A向R1R2A向R4R3616.4提高应变测量精度的措施提高供桥电压增大输出电流减小贴片误差减小