實驗應力分析第二篇電阻應變測量技術(完整版)

　　

【正文】 基底， 4 — 外引線 優(yōu)點： a、靈敏系數(shù)大 比前三類應變片的靈敏系數(shù)大五十倍以上， 當它承受軸向應力時，電阻率會發(fā)生明顯 的變化，從而造成電阻的變化。 靈敏系數(shù)： 在單向應力狀態(tài)下，應變片電阻的相對變化與沿其軸向的應 變之比值稱為靈敏系數(shù)。 應變極限： 溫度不變，使試件應變逐漸加大。因此，精心粘貼很有必要。 三、粘貼應變片： 觀察應變片： 看清貼片的位置及方向，應變片的引出線應朝上。 用高阻表測應變片的引出線和金屬構件之間的絕緣電阻，一般 應大于 100MΩ 。 型號： YD5動態(tài)應變儀 四、遙測應變儀： 運動構件的應變測量可應用無線點遙測方法，把應變信號經調 制后用電磁波發(fā)射出去，經接收機接收解調后進行記錄。在電橋設計中，這種電橋稱為電壓橋。 設橋臂電阻均為 120Ω ，若要求預調平衡的范圍為應變片阻值的 1%，即橋臂 阻值應能變化 ，則應有 將 代入，將解得 。比如應變達到 5000με 時， 。 動態(tài)應變儀在放大器前加有衰減網絡，使動態(tài)工作被控制在一定 的范圍，從而使可測應變量的范圍得以擴展。 對于動態(tài)應變儀，因為并非直接讀數(shù)，為了方便，應變儀本身都 設有標定裝置，而這一裝置是按某一 K值設計的。 開啟儀器，觀察其穩(wěn)定性，儀器平衡指示器可能隨時間有緩慢 的偏轉，即儀器有少量輸出的現(xiàn)象稱為零飄。 測量： 加裁前對各測點進行預調平衡，加裁后進行測量。 —— 安裝在另一個不受力且和構件同材料物體上的應變片， 其應變?yōu)? 目的： 當溫度變化時， 的溫度同時改變，因為鄰臂相減， 可把溫度的影響消除掉。 4321 ???? ???????????? 44231 ?????儀—— 軸向應變 4儀?? ?全橋接法 優(yōu)點： 使電橋輸出電壓增加了四倍，即應變儀讀數(shù)放大了四倍， 提高了測量的精確度。 MP ??? ??1?MP ??? ??2方案一： 如上圖所示 在桿的上、下表面各貼一個應變片。 13 ??? ??? 24??? ??MP ??? ??1? MP ??? ??2? ? ? ? ? ?? ?2121214321 1 ?????????????? ?????????????儀? ?? ? ? ? PMPMP ??????? ??????? 121? ??????? 12儀P此方案既排除了載荷偏心的影響，又使應變儀的讀 數(shù)增加了 2（ 1+μ ）倍，比方案二的測量精度高 2倍。 （ 2）上、下各貼兩片 用全橋。加裁后分別測量 060000 1 2 0600 ??? 、060求解： 根據彈性理論，平面應變狀態(tài)任意方向的線應變公式為： xyyx ??? 、???????? ? 2s i n212c os22 xyyxyx ?????00??060??0120??2200yxyx ????????????120s i n21120c os22060 xyyxyx ??????? ? ??????240s i n21240c os220210 xyyxyx ??????? ? ??????yxxy??????02tan? ? 222,1 212 xyyxyx ?????? ?????—— 主方向 —— 主應變 三式聯(lián)解可求出： xyyx ??? 、求主應力： 通過廣義虎克定律即可 求出主應力 21 ??、???????? ? 2s i n212c os22 xyyxyx ?????三、組合變形 測各內力分量引起的應變。 由彎矩 M引起的圓軸內任意一點的應力狀態(tài)也是單向應力狀態(tài)。 只剩下軸力 N和彎矩 M引起的應變。900?00? 090?? ?HH BL ???? ??? 1 1儀)(1 139。9039。9039。應變測量誤差為： ? ?? ??????????? ??? ?????? 2c os2c os2 2139。 設應變片的靈敏系數(shù)為 K0，初始阻值為 R，加載后應變片阻值變化為 ΔR 當無導線電阻的影響時，應變儀測得的真實應變?yōu)椋? RRK???01?設導線阻值為 RL，測得的應變讀數(shù)為： Ly RRRK ????01?RRRRRKRRK LLy???????? 11100??真實應變與測量應變之比為： 誤差 （ 1）當考慮導線電阻的影響時，如仍用應變片的真實靈敏系 數(shù) K0進行測量，則測得的應變讀數(shù)應加以修正。 （ 2）濕度還影響膠層的電學特性。 （ 2）測量導線受溫度的影響。 時標： 在圖上確定時間作圖比例的標記。 下面對周期性、非周期性和隨機性三類應變的特點進行討論。 二、非周期性應變 準周期性應變 當一臺機組有幾個轉速不成比例的發(fā)動。 ? ?nnn tnf ??? ????112c os—— 無限個諧波的余弦分量 1f? ? ? ?1111 2c o s ???? ?? tft當 n=2時， 稱為二次諧波，二次諧波的頻率為 。 H?Bf167。因此，工作片和補償片的測量導線也要考慮溫度補償 問題，亦即，兩組導線的型號、規(guī)格、長度應一致，并應將它們 排緊在一起走相同的路徑，以保證兩組導線所處的溫度場相同。 濕度是可以預防和消除的。 構件的應變是通過膠層傳給應變片敏感柵的。 ???（ 1）預定粘貼方位與主方向的夾角 越大，則角偏差造成的誤差亦越大 所以在貼片時應盡量使應變片的粘貼方位與主方向重合。9039。039。90 0 LB HH ???? ???)(11 39。 53 測量誤差的修正 一、橫向效應的修正 應變片橫向效應對應變讀數(shù)的影響 （ 1）對于單向應力狀態(tài)的測點，即使應變片橫向效應系數(shù)達 5%， 所得的應變讀數(shù)誤差也不大于 1%，一般不用修正。 虎克定理： ? ?000 454545 1 ??? ???? E? ?000 454545 1 ??? ?? ???? E橋路接法 —— 半橋 彎矩 M和軸力 N引起的應變鄰臂相減而消除掉。 求： 各內力分量引起圓軸沿 方向的線應變。 平面應力狀態(tài) （ 1）主方向已知 —— 只需要貼兩片 沿主方向各貼一片，共貼兩片可測出主應變 。 如前所述，接入不等臂橋即可排除掉載荷偏心的影響。 21 RR、初始電阻相同。 31 ?? ??? ???? 231 ???儀2儀?? ?—— 軸向應變 AB、 BC 兩個橋臂分別接應變片 。 52 常用的接橋法及常見的布片方案 一、常用接橋法 全橋： 需 4個應變片。 51 溫度效應補償 當溫度改變時，會造成應變片絲柵電阻值的改變，一般當溫度增高 10 時，測量儀器的讀數(shù)將上升 50181。 動態(tài)是指放大器有信號輸入的狀態(tài)。 hyKKRR ?? ???0—— 真實應變。 四、工作頻率范圍 指應變的頻率應不超過某值。 1??e% 6 ???? ?e???????? ?????????443322111 4 RRRRRRRREUU1011 ?KRR ??2022 ?KRR ??3033 ?KRR ?? 4044 ?KRR ??? ?432104 ???? ???? EKU? ?432104 ????? ?????EKU儀—— 應變儀的讀數(shù) 應變儀讀數(shù)與應變片應變的關系為： 對臂相加，鄰臂相減 167。 令： 1443322112111 ??????????????? ??????????RRRRRRRRC14433221121??????????????????????RRRRRRRRC? ?CRRRRRRRREU ????????? ???????? 14 44332211CRRRRRRRREU ????????? ????????443322114 ???????? ???????443322114 RRRRRRRRE21 UUU ?????????? ????????443322111 4 RRRRRRRREU —— 線性部分 ???????? ?????????443322112 4 RRRRRRRRECU —— 非線性部分 14433221121??????????????????????RRRRRRRRC若略去 ，則將引入非線性誤差，此相對誤差為： 2U???????? ????????????443322111211 RRRRRRRRCCUUUe 誤差分析： （ 1）電阻值的增量可正可負。 電橋線路的兩個環(huán)路： 環(huán)路 ABCE 環(huán)路 ADCE 設：環(huán)路 ABCE的電流為 環(huán)路 ADCE的電流為 4,32,1II環(huán)路 ABCE： 022,112,1 ??? ERIRI212,1 RREI???環(huán)路 ADCE： 044,334,3 ??? ERIRI434,3 RREI???1R4R電阻 兩端的電壓降為： 電阻 兩端的電壓降為： 21112,1 RR ERRIU AB ???43444,3 RR ERRIU AD ???就等于 A、 B兩點的電位差： 就等于 A、 D兩點的電位差： BAAB UUU ??DAAD UUU ??ABUADU將兩式相減，可得 D、 B兩點間的電位差即電橋輸出電壓為： ? ?? ? ERRRRRRRRERRRRRRUUUUUUBDADABDB43214231434211?????????????????????21112,1 RR ERRIU AB ???43444,3 RR ERRIU AD ???討論： 電橋平衡 當電橋平衡時， ，即 電橋平衡的條件 加載前 —— 預調平衡 當應變片沒有變形時，應變電橋應保持平衡，即輸出電壓為零。無線電遙測具有噪聲信號小、耐振動和沖擊、安裝和使用方便等優(yōu)點。 防潮 在雨季野外測量或進行動態(tài)應變測量時，可采用硅橡膠和環(huán) 氧樹脂等防潮劑。 固化： KH502膠是我國目前在應變測量中應用最廣泛的粘合劑，在室溫 下它能吸收周圍環(huán)境中的微量水分加速聚合反應而固化，在數(shù)分 鐘內即可將應變片粘牢，再經過 1024小時就能完全固化以達到 最高粘合強度。 167。在一批應變片中，按一定比例抽樣測定應變 片的應變極限值，取其中最低的應變極限值，定為這批應變片 的應變極限。 機械滯后： 在溫度不變的情況下，對安裝有應變片的試件加載測應變值 ， 然后卸載，再加載到同樣外力下，再測應變值 ，機械滯后 機械滯后現(xiàn)象總是存在的，但經多次加載、卸載