土木工程测试3电阻应变测量技术课件

GaoSuGongLu第三章电阻应变测量技术SACE11§3-0概述基本原理利用电阻应变片作为传感元件，将应变片贴在被测物体上，会随被测物体的变形而拉长或收缩，从而改变电阻值，反映被测物体应变的大小。待测非电量ε电阻变化△R应变值ε①感受应变：ε△R②测量△R：应变仪将应变片的△R→△U或△I，惠斯顿电桥放大器输出应变值221工作原理电阻应变效应以丝式应变片为例§3-1电阻应变片33§3-1电阻应变片例题：等强度梁静态应变测试采用等强度钢梁，钢梁的μ=0.285，L=150mm,室温、单向受力状态，应变片丝栅方向与最大主应变方向一致，采用砝码在梁一端施加作用力P=0.1KN，测得挠度为1.5mm，实测量得电阻由120Ω变为120.12Ω，求得应变片的实际灵敏度K。梁高h=5mm梁长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电阻应变片2构造（1）电阻丝：敏感材料，关键性部分。要求：电阻率大，应变电阻系数大，温度电阻系数小，压延性好。材料：铜镍、镍铬、铁铬铝等高阻合金。（2）基底与覆盖层：作用：定位，传力，保护要求：绝缘，强度大，易粘贴，蠕变小，滞后小，防潮，热稳定，温度应变小。材料：纸基、胶基、纸浸胶基（3）引线与接线端子：Φ0.15-0.18的镀锡（铱、银）软铜线。电阻丝引线

基底覆盖层正视图侧视图接线端子66§3-1电阻应变片3分类(1)金属类①金属丝式应变片。丝绕式、短接式Φ0.01-0.03mm，响应时间为10-7s，散热效果差，许用电流低。圆角线栅，横向效应大；直角线栅，制作复杂。77§3-1电阻应变片3分类（2）半导体式应变片（压阻效应）半导体材料，根据压阻效应制成。灵敏系数高，K>100，可直接用万用表测出现于50年代中期应变响应时间仅有10-11s热稳性能差；大应变时，非线形较大，多用于测量500以下的小应变。99§3-1电阻应变片3分类（3）应变花应变花：在一个基底上有几个按一定角度排列的敏感栅的应变片。测量主应力方向未知条件下平面应力状态。自补偿应变片：用于高低温和温差大的条件1010§3-1电阻应变片4应变片的参数和工作特性（1）灵敏系数灵敏系数：单向受力状态下，敏感栅纵向中心线与应力方向平行时，应变片电阻值的相对变化与沿其纵向的应变之比值电阻丝端头横向变形，电阻应变片的实际灵敏度K≤K0。实际工作中一般采用标定的方法确定应变片的灵敏度。1111§3-1电阻应变片4应变片的参数和工作特性（2）横向效应的影响不考虑H考虑H：实测的灵敏度K设此时测点的真实应变为εx、εy，实测应变为ε’x、，由式2、3得。相对误差为1313§3-1电阻应变片4应变片的参数和工作特性（3）应变片的规格——几何参数应变片的敏感栅工作面积：应变片敏感栅长宽之积，S=L*b。L-栅长标距b-栅宽注意：尽量选用L大、b小的应变片。电阻丝引线正视图接线端子bL1414§3-1电阻应变片4应变片的参数和工作特性（4）应变片电阻值应变片电阻值：指应变片在未安装、不受外力、室温条件下的电阻值。单片阻值：单个应变片的标定电阻值。标准名义阻值：人为规定的生产标准，为一定值，如120Ω、240Ω。一般应变仪是按120Ω应变片要求设计的。平均名义阻值：一批应变片抽样标定，电阻值取平均、求公差。如120±0.5%或120±0.6Ω。1515§3-1电阻应变片4应变片的参数和工作特性（6）零漂、蠕变零漂：不受力、温度均不变时，应变测量值依然产生变化。蠕变：受力、恒温情况下，应变测量值的变化。产生原因：应变片受潮后，绝缘电阻降低，或通电后产生的热电势造成的。1717§3-1电阻应变片4应变片的参数和工作特性（7）应变极限应变极限：应变片最大应变测量值。一般确定：应变片显示的值与机械应变的相对误差达到规定标准（一般10%）时的机械应变即为应变极限。此时，认为应变片失去了工作能力。1818§3-1电阻应变片4应变片的参数和工作特性（8）绝缘电阻敏感栅及引线与被测试件之间的电阻值。应变片粘结层固化程度和是否受潮的标志保证长时间的测量>50M欧,高精度测试>2M欧,一般1919§3-1电阻应变片4应变片的参数和工作特性（10）应变片的许用电流控制应变片的工作温度，以防烧毁，其具体数值由厂家提供。一般丝式应变片许用电流为20~25mA，测动态时可达75~100mA箔式应变片散热性能好，可达200mA以上。2121§3-1电阻应变片5应变片的选用与应变片粘结工艺(1)应变片选用：工作环境温度保证、地下工程中防潮特性好被测物的材料性质弹模高，基长小；粗晶粒岩石混凝土选用基长长按被测试件受力状态和应变性质：应变花变化大选用基长小，变化小选用基长大按测量精度：标距、电阻值、灵敏度2222§3-1电阻应变片5应变片的选用与应变片粘结工艺(2)应变片粘结工艺：应变片检查外观检查、电阻值检查表面处理刮刀除锈、砂布打磨、脱脂棉擦洗、吹风机烘干贴片与固化画线、涂胶、用玻璃纸压、调整、补胶粘贴质量检查外观检查、电阻值检查、绝缘电阻检查、连接电阻应变仪检查连接导线导线固定、导线焊接防潮处理凡士林、石蜡等2323§3-2测量电路同理，四臂均为工作片时：电桥加减特性：

1、对邻臂，同号电阻变化，相减，异号电阻变化，相加；

2、对对臂，正好相反，同号电阻变化，相加，异号电阻变化，相减。电桥加减特性非常有用：1）提高电桥灵敏度；2）温度补偿；3）复杂受力试件上测试某外力因素引起的应变等。惠斯顿电桥

UＡＲ１Ｒ２ＢＣＤＲ4Ｒ32525§3-2测量电路应变片的接入方式：单桥半桥全桥2626§3-3应变（应力）测量2温度补偿应变片的温度效应因环境温度变化引起的虚假应变。①电阻丝的电阻温度变化。②应变片与试件膨胀系数的不同造成的误差。方法：温度补偿。温度自补偿应变片法，常用于中、高温；桥路补偿法，用于常温下。桥路补偿法：补偿块补偿法工作片补偿法2929§3-3应变（应力）测量2温度补偿（1）拉弯—工作片补偿和补偿块补偿3030§3-3应变（应力）测量2温度补偿（2）拉弯—丁字片补偿3131§3-3应变（应力）测量3各种应力状态下的应力应变测量（1）单向应力状态下的应力应变测量①半桥四片补偿块补偿法测拉压3232§3-3应变（应力）测量3各种应力状态下的应力应变测量（1）单向应力状态下的应力应变测量②全桥四片测拉压问题：1、上述四片应变片在接桥时，可以随意互换吗？2、可以采用半桥接法吗？3333§3-3应变（应力）测量3各种应力状态下的应力应变测量（1）单向应力状态下的应力应变测量③