矿山测试技术应变测试技术.ppt

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1、4.电阻应变测量技术（Measuringtechniqueofstraingauge）4.1概述目的：在解决工程结构、巷道围岩等应力应变问题时，实验应力应变分析与理论应力应变分析是互相并列的重要分支原因：许多实际问题尚不能用理论求解，需要通过试验检验才能做出最后的结论实验应力(应变）分析：任务是采用实验方法测定结构的各种力学参数，如应力、应变、位移、力、荷载和加速度等，用以解决固体力学中的工程结构和机械强度问题，以及其它有关力学问题主要方法—应变电测方法，光弹性方法，脆性涂层法，云纹法，激光全息干涉法，激光散斑干涉法，全息光弹性法，声弹性方法等常用应变电测方法

2、4.1.1应变测试系统和原理电阻应变测量的基本原理是用电阻应变片作为传感元件，将应变片粘贴或安置在构件表面上，应变片敏感栅也相应变形，将被测对象表面指定点的应变转换成电阻变化电阻应变测试系统4.1.2应变测量的特点1.测量范围广、灵敏度和精确度高最小可测1～5微应变，最大可测2～3万微应变。其测量误差一般小于2％2.频率响应范围大可以测量静载下的应变，而且可以测量动载以及冲击载荷（5×105Hz）的应变3.应变片尺寸小，重量轻、惯性小尺寸只有（0.2mm）,对被测试件工作状态和应力状态影响极小4.适用范围广高温、低温、高压、高速、旋转等特殊环境下均可使用将应变

3、片做成各种形式的传感器，用以测量加速度、位移、压力、重量等物理力学参数4.1.2电阻应变测量特点5.能实现远距离测量和自动记录6.电阻应变测量的缺点（1）常规应变片在大应变状态下，电阻变化率与应变的关系呈现较大的非线性（2）普通电阻应变片输出信号较小，在强电磁场内易受干扰（3）测出的应变是一小块面积的平均应变，对几何尺寸较小的被测试件就难以显示其应力梯度和应力分布情况4.2电阻应变片参数与特性4.2.1几何尺寸基长L应变片敏感元件在纵轴方向上的长度基宽b在与应变片主轴垂于方向上应变片敏感元件外侧之间的距离4.2.2电阻值和最大工作电流电阻值R指自由状态下于室温

4、条件测定的电阻值应变片的电阻值应与测量电路相适应常用标准化阻值为60欧、120欧、350欧、600欧、1000欧，其中最常用为120欧4.2.3绝缘电阻指应变片引线与被测试件之间的电阻值它取决于粘合剂及基底材料的种类以及它们的固化条件，且与温度关系很大绝缘电阻过低会造成应变片与试件之间的漏电，产生测量误差一般要求要达50兆欧以上，可用兆欧表测量4.2.4应变片灵敏系数应变片灵敏系数：指在标准条件下由实验求得应变片灵敏系数标准条件一维应力：应变片轴向与主应力方向一致试件材料：泊松比等于0.285的钢材实验装置：纯弯矩梁或等强度梁同时测量试件的应变及相应电阻变化求

5、则应变片的灵敏系数4.2.5横向效应横向效应：横向变形所引起的电阻改变现象横向效应原因：试件横向应变被应变片敏感栅端部的所感受，致使电阻值改变引起横向效应将导致测量误差横向效应以丝绕式应变片最为严重敏感栅端部圆弧放大横向效应分析1分析：设丝绕式应变片贴在任意平面应变场中，则电阻值变化将由两部分组成：敏感栅直线部分伸长为圆弧部门伸长为应力分析可知积分后横向效应分析2应变片敏感栅总长整个敏感栅的总伸长为则应变片电阻相对变化率为轴向灵敏系数横向灵敏系数横向效应系数标定条件下应变片灵敏系数单向应力，纵向应变横向应变为则应变片灵敏系数（名义）（应变片制造厂给出）横向效应

6、分析3横向效应分析4测量值与真实值之间相对误差为实际测量时如果应变片不是处于标准条件，必然要产生误差设测点真实应变为ex、ey，则实际电阻变化DR’为标定条件下应变片片电阻变化DR为横向效应分析—讨论几种情况：设某种丝绕式应变片H=0.051.被测材料受单向应力、泊松比与标准条件不同情况当被测材料为砼m=0.15和橡胶m=0.47之间变化时，计算误差均不超过1%在此情况下可不考虑横向效应对测量精度的影响2.如被测材料泊松比与标准实验相同，但在单向应力中，应变片轴向与主应力方向垂直横向效应分析结论：在平面应力状态及单向应力状态测量时，一般应考虑横向效应的影响3.

7、在各向均匀的应力场中，泊松比与标准实验相同4.2.6温度效应1敏感栅与试件膨胀系数不同，引起敏感栅电阻附加变化为注意：温度变化引起试件变形应视为真应变温度效应是指温度变化而引起应变片阻值改变的现象温度效应原因：应变片电阻率变化和长度变化引起的电阻率变化引起的电阻变化量敏感栅与试件膨胀系数不同引起的电阻变化量设温度变化为敏感栅热伸缩量为试件热伸缩量为温度效应2温度变化所生产的电阻变化与温度系数，线膨胀系数以及灵敏系数有关电阻变化率是因温度变化而产生的附加输出，是虚假信号试件工作温度、环境温度的变化以及敏感栅通电发热等因素，都会使应变片温度发生变化测量时必须设法消

8、除或减小温度变化引起总电阻率变化为4.