电阻应变测量原理及方法..docx

目录 法 . 电阻应变测量原理及方 2 述 . 1. 概 2 类 . 理 . 造 . 2. 电阻应变片的工作原理、构造和分 2 2.电1 阻应变片的工作原 2 2.电2 阻应变片的构 4 2.3 电阻应变片的分类 4 定 . 性 . 3. 电阻应变片的工作特性及标 6 3.电1阻应变片的工作特 6 3.2 电阻应变片工作特性的标定 10 护 . 择 . 装 . 4. 电阻应变片的选择、安装和防 12 4.电1 阻应变片的选 12 4电.2 阻应变片的安 13 4.3 电阻应变片的防护 14 路 . 5. 电阻应变片的测量电 14 5直.1 流电 桥 15 5电.2桥的平 衡 17 5测.3 量电桥的 基本特性 18 5.4 测量电桥的连接与测量灵敏度 19 6. 电阻应变 仪 24 6静.1态电 阻应变仪 24 6测.2量通道 的切换 26 6.3 公共补偿接线方法 27 7. 应变 -应力换算关 系 28 7单.1 向应力状 态 28 7已.2 知主应力方 向的二向应力状态 29 7.3 未知主应力方向的二向应力状态 29 8. 测量电桥的应 用 31 8拉.1 压应变的 测定 31 8弯.2曲应变的测 定 34 8弯.3 曲切应力的测 定 35 8扭.4 转切应力的测 定 36 8内.5 力分量的测 定 36 电阻应变测量原理及方法 概述 电阻应变测量方法是实验应力分析方法中应用最为广泛的一种方法。 该方法 是用应变 敏感元件一一电阻应变片测量构件的表面应变，再根据应变一应力关系 得到构件表面的应 力状态，从而对构件进行应力分析。 电阻应变片（简称应变片测量应变的大致过程如下：将应变片粘贴或安装在被测 构件表面，然后接入测量电路（电桥或电位计式线路，随着构件受力变形，应变片的敏 感栅也随之变形，致使其电阻值发生变化，此电阻值的变化与构件表面应变成比例，测 量电路输出应变片电阻变化产生的信号，经放大电路放大后，由指示仪表或记录仪器 指示或记 录。这是一种将机械应变量转换成电量的方法，其转换过程如图1所示。 测量电路的输出 信号经放大、模数转换后可直接传输给计算机进行数据处理。 ￡ 电組 测量 AU m. AU * 应变片 ** 电路 — 电阻应变测量方法又称应变电测法，之所以得到广泛应用，是因为它具有下列优 占 八、、 1?测量灵敏度和精度高。其分辨率达 1微应变（—微应变=10-6应变（￡0 2?测量范围广。可从1微应变测量到2万微应变。 3?电阻应变片尺寸小，最小的应变片栅长为0.2毫米;重量轻、安装方便，对构件 无 附加力，不会影响构件的应力状态，并可用于应力梯度变化较大的应变的测量。 4.频率响应好。可从静态应变测量到数十万赫的动态应变。 5?由于在测量过程中输出的是电信号，易于实现数字化、自动化及无线电遥测。 6.可在高温、低温、高速旋转及强磁场等环境下进行测量 7.可制成各种高精度传感器 ,测量力、位移、加速度等物理量 该方法的缺点是 : 1.只能测量构件表面的应变 ,而不能测构件内部的应变。 一个应变片只能测定构件表面一个点沿某一个方向的应变 , 不能进行全域性 的测量。 只能测得电阻应变片栅长范围内的平均应变值 ,因此对应变梯度大的应力场无 法进 行测量。 2. 电阻应变片的工作原理、构造和分类 电阻应变片的工作原理 由物理学可知 ,金属导线的电阻值 R 与其长度 L 成正比,与其截面积 A 成反比,若 图 1 用电阻应变片测量应变的过程 金属导线的电阻率为P则用公式表示为 A L R p =(当金属导线沿其轴线方向受力而产生变形时，其电阻值也随之发生变 化,这一现象称 为应变 -电阻效应。为了说明产生这一效应的原因 ,可将式 (1 取对数 并微分,得 d d d d R L A R L A pp =- +(1a 式中 L dL为金属导线长度的相对变化,可用应变表示，即￡ =L dL (1b A dA为导线截面积的相对变化,若导线直径为D，则卩…-222 ? ?? -==L dL D dD A dA （1c式中卩为导线材料的泊松比。 将式（1b和（c代入式（1a即可得 ￡^p P 21（++=d R dR （式（2表明,金属导线受力变形后，由于其几何尺寸和电阻率发 生变化 ,从而使其 电阻发生变化。可以设想 ,若将一根金属丝粘贴在构件表面上 ,当构 件产生变形时 ,金属 丝也将随之变形 , 利用金属丝的应变 -电阻效应就可将构件表面 的应变量直接转换为电阻的 相对变化量。电阻应变片就是利用这一原理制成的应 变敏感元件。 若令（12 S d K p^￡￡ = =++ （3 则式（2写