电阻应变测量技术

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1、第三章电阻应变测量技术基本原理：弹性元件受力变形→应变片电阻改变→测量电路（应变仪）→应变主要特点：灵敏度和精度高；测量范围广；输出为电信号；容易掌握。§3—1电阻应变片一、应变片的构造和工作原理1.构造2.工作原理金属丝的电阻应变效应：金属丝的电阻相对变化率与应变成正比。k0为金属丝对应变的灵敏度二、应变片的类型1．金属丝式应变片2．箔式应变片3．半导体电阻片4．应变花5．应力电阻片三、应变片的灵敏系数和横向效应应变片灵敏系数(即灵敏度)k定义为：把应变片粘贴在处于单向应力状态的试件表面，使其敏感栅纵向中心

2、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εx之比值，即横向效应当材料产生纵向应变εx时，由于横向效应，将在其横向产生一个与纵向应变符号相反的横向应变εy＝-μεx，因此，应变片上横向部分的线栅与纵向部分的线栅产生的电阻变化符号相反，使应变片的总电阻变化量减小，此种现象称为应变片的横向效应，用横向效应系数H来描述。四、应变片的工作特性1．应变片的尺寸栅长×栅宽基长×基宽2．应变片的电阻标称电阻60Ω、120Ω、350Ω、500Ω、1000Ω3．机械滞后量(Zf)加载和卸载时对于同一载荷的应变差

3、。4．零点漂移(p)和蠕变(θ)外载不变，温度不变而应变随时间改变的现象。5．应变极限在常温下能正确反映测点应变的最大值。一般应变极限值在6000με～10000με之间。6．绝缘电阻(Rm)7．疲劳寿命(N)在测点有±1500με交应变作用下，应变片连续工作不损坏的最高循环次数。一般100万次。8．最大工作电流五、应变片的选用1、按工作环境选用2．按被测物的材料性质选用3．按被测试件的受力状态和应变性质选用4．按测量精度选用§3—2应变测量电路第一次转换－应变片将应变信号转换成电阻相对变化量。第二次转换－应

4、变基本测量电路则是将电阻相对变化量再转换成电压或电流信号，以便显示、记录和处理。电阻应变仪－应变测量电路：通常转换后的信号很微弱，必须经调制、放大、解调、滤波等变换环节才能获得所需的信号。惠斯登电桥电路－按电源供电方式分，直流电桥和交流电桥。电桥电路可有效地测量10-3～10-6数量级的微小电阻变化率，且精度很高，稳定性好，易于进行温度补偿，所以，在电阻应变仪和应变测量中应用极广。一、直流电桥由四个电阻Rl，R2，R3，R4，组成四个桥臂；A，C为供桥端，接电压为E的直流电源，B，D为输出端，电桥的输出电压为

5、当UBD＝0时，电桥处于平衡状态，故电桥的平衡条件为R1R3-R2R4=0或桥臂四个电阻Rl＝R2＝R3＝R4＝R，此称等臂电桥。等臂电桥单臂工作时的情况：设Rl为工作应变片，当试件受力作用产生应变时，其阻值有一增量△R，此时，桥路就不平衡，产生输出电压，由于△R<

6、化分别为△R1,△R2,△R3及△R4，电桥电压输出为忽略二阶微量，△R·△R＝0根据三种桥臂配置情况进行分析：①全等臂电桥，即，Rl＝R2＝R3＝R4＝R，其电压输出为②输出对称电桥：Rl＝R2，R3＝R4，其电压输出与全等臂电桥相同。③电源对称电桥：Rl＝R4，R2＝R3，并令则其电压输出为电桥的加减特性(或和差特性)相邻桥臂的应变极性一致(即同为拉应变或同为压应变)时，输出电压为两者之差；极性不一致(即一为拉应变，另一为压应变)时，输出电压为两者之和。而相对桥臂则与上述规律相反。该特性对于交流电桥也完

7、全适用。利用该特性，可提高电桥的灵敏度，对稳定影响予以补偿，从复杂受力的试件上测取某外力因素引起的应变等，所以，它是在构件上布片和接桥时遵循的基本准则之一。用电桥测量电阻变化的测量方法偏位法－是在表的刻度盘上刻出△R，或直接刻出应变值(根据△R／R＝kε)，由指针偏转直接指示应变值，或者送到记录器直接记录。零位测量法－电桥原始平衡后，如R1变成R1+△R，则电桥失去平衡，电表指针偏转，此时，人为调节可变电阻r，改变D点电位，使之与B点电位相同，电桥重新平衡，电表又重新指零，这时，可在可变电阻器刻度盘上直接读出

8、△r值，便可测出R1变化△R时所对应的应变值零位测量法与电源电压无关，电源电压变化不影响测量结果，故测量精度较高，但测量时电桥需要重新平衡，较麻烦，只用于静态测试。二、交流电桥应变仪多用正弦交流电压作供桥电源。半桥工作：ab、bc臂接应变片R1,R2。忽略电容C1、C2,供桥端电压Uac=VmSinωt当等臂电桥单臂工作时交流电桥的输出电压信号是对桥压的调幅信号，称为调幅波。当试件受静态拉伸应变ε