(悬臂梁电测应力)讲义

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1、2.4静态数字电阻应变仪电阻应变仪是实验应力分析中电测法所必需的测试仪器。随着科学技术的发展，电阻应变仪已转向多点、高精度、数字化、自动化。YJ-4501A静态数字电阻应变仪采用直流电桥、低漂移高精度放大器、大规模集成电路、A/D转换器及微计算机技术并带有RS-232接口。具有位数字显示，测量简便、精度高、准确可靠稳定性好、易于组成测试网络、便于维修等优点。本机带有12个通道，并可扩展测量通道。一、工作原理YJ-4501A静态数字电阻应变仪的基本原理方框如图2-5所示。测量电桥模拟放大电路A/D电路转换单片计算机测量通道切换网络测量电桥n继电器键盘显示看门狗电路全桥/半桥选择R

2、S-232功率驱动电路图2-5应变测量时，欲测试件或构件表面某点的相对变化量Δl/l即线位移ε，可使阻值为R的电阻应变片粘贴在试件或构件被测处。，当试件或构件受外力作用产生变形时，应变片将随之相应的变形，根据金属丝的应变—电阻效应，应变片阻值发生变化，在一定范围内，应变片电阻的相对变化量ΔR/R与试件或构件的相对变化量成线性关系，即（2-1）式中，k称为应变片的灵敏系数。由于应变很小，很难直接测得。但由上式可知，只要测得ΔR，就可以求得应变ε。为此，我们通常将电阻应变片（或电阻应变片和精密电阻），组成如图2-6所示的测量电桥。图中U0为供桥电压，Ui为电桥输出压，R1~R4为电

3、阻应变片（或电阻应变片和精密电阻），根据电桥原理可得17DBACR3I2R4R2R1I4I3I1UiU0图2-6（2-2）若在电桥中R1=R2=R3=R4=R，则R1、R2、R3、R4均有相应的电阻增量ΔR1、ΔR2、ΔR3、ΔR4时，电桥输出电压（忽略高次微量）为（2-3）将式（2-1）带入式（2-3），得（2-4）由此可得应变仪的读数为（2-5）被测量值经测量电桥，通过模拟放大，A/D转换，由单片机实时控制，完成数据采集的计算处理，显示和传输；通过单片机还实现了半桥，全桥自动选择，测量通道切换等实时控制。二、温度补偿贴有电阻应变片的构件总是处在某一温度场中的。当这温度场的温

4、度发生变化时，就会造成应变片阻值相对变化；而且当应变片电阻栅粘接剂的线膨胀系数与材料的线膨胀系数不同时，应变片就会产生附加应变。这种现象称为温度效应。温度效应造成的电阻相对变化是比较大的。严重时，温度每升高1°C，应变仪的指示应变可达几十微应变。显然，这不是需要测量的应变，必须消除。消除温度效应影响的措施，称为温度补偿。温度补偿是将一片规格、材料及灵敏系数与工作应变片R1（即粘接在构件待测点上的应变片）完全相同的应变片R2（温度补偿片）粘贴在一块与被测构件材料相同达们但不受力的试样上（或直接粘贴在构件上不受力且离被测点较近的部位）。并将试样放在离被测点尽可能接近的位置（处于同一

5、温度场）。用同一规格和长度的导线，按相同的走向接至应变仪，联成半桥电路，并使工作应变片与温度补偿片处于相邻的桥臂。这这时，工作应变片的应变应包含由力产生的应变和温度产生的应变两部分，即（2-6）而温度补偿片的应变，是由温度产生的，即17由于是半桥接线，故由式（2-4）可知，从测量桥上测得的应变值为于是，由应变仪的指示器上读得的数值就是工作应变片所在测点处受力的作用所产生的应变，从而自动消除了温度变化对测量结果的影响。三、操作步骤打开应变仪背面的电源开关，上显示窗口提示符Nh-和序号，且半桥键、手动间指示灯均亮。按数字键01（或任一测量通道序号，按功能键无效），应变仪进入半桥、手

6、动状态，左下显示窗口显示01通道（或所按的序号通道），右下显示窗口显示上次关机时的灵敏系数，上显示窗口所按通道上测量电桥的初始值（或检测值）。1．灵敏系数k的测定在手动测量状态下，按K键，K键指示灯亮，灵敏系数显示窗口（右下显示窗）无显示，应变仪进入灵敏系数设定状态。通过数字键键入所需的灵敏系数值后，K键指示灯自动熄灭，灵敏系数设定完毕，返回到手动测试状态；若不需要重新设定k值，则再按K键，K键指示灯熄灭，返回到手动测量状态，灵敏系数显示窗口仍显示原来的k值。K值设定范围为1.8~2.5。2．全桥、半桥选择应变仪半桥键指示灯亮时，处于半桥工作状态；全桥指示灯亮时，处于全桥工作状

7、态。根据测量要求，若需要半桥测量则按半桥键，若需全桥测量则按全桥键。3．测量应变仪面板后部如图2-7所示，有01~12个通道的接线柱，0通道为校准通道，其余为测量通道。应变仪测量分为手动测量和自动测量。图2-7(1)手动测量17DBACR3R4R2R1DBACR3R4R2R1图2-8（a）（b）1）半桥工作状态：应变仪手动键和半桥键的指示灯亮时，处于手动半桥工作状态。分别在各通道的A、B、C接线柱上按图2-8（a）半桥接线法接入被测电阻（即应变片），通过置零键对各测量通道置零（可反复进行），