電阻應(yīng)變片和電阻應(yīng)變儀

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1、電阻應(yīng)變片和電阻應(yīng)變儀純彎曲梁正應(yīng)力測(cè)量、彎扭組合主應(yīng)力彎矩扭矩測(cè)量一、應(yīng)變片及電橋1.電阻應(yīng)變片把一段細(xì)的金屬絲，夾貼在兩張絕緣紙之間，就構(gòu)成一個(gè)最簡(jiǎn)單的應(yīng)變片,如圖5-11所示。應(yīng)變片用特制的膠水，貼在構(gòu)件的測(cè)點(diǎn)上。金屬電阻絲承受拉伸或壓縮變形的同時(shí)，電阻也將發(fā)生相應(yīng)變化。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在一定應(yīng)變范圍內(nèi)，電阻絲的電阻改變率與應(yīng)變成正比，即（5-1）式中為比例常數(shù)，稱為電阻絲的靈敏系數(shù)。蓋層基底敏感柵引線粘結(jié)劑圖5.11應(yīng)變片的構(gòu)造如將單根電阻絲粘貼在構(gòu)件的表面上，使它隨同構(gòu)件有相同的變形。從式（5-1）看出，如能測(cè)出電阻絲的電阻改變率，便可求得電阻絲的應(yīng)變，也就是求得了構(gòu)件在粘貼電阻絲處沿

2、電阻絲方向的應(yīng)變。由于在彈性范圍內(nèi)變形很小，電阻絲的電阻改變量R也就很小。為提高測(cè)量精度，希望增大電阻改變量，這就要求增加電阻絲的長(zhǎng)度；但同時(shí)又要求能反映一“點(diǎn)”處的應(yīng)變，因此把電阻絲往復(fù)繞成柵狀，這就成為電阻應(yīng)變片。和單根電阻絲相似，電阻應(yīng)變片也有類似于式（5-1）的關(guān)系，（5-2）式中比例常數(shù)k稱為電阻應(yīng)變片的靈敏系數(shù)，它是電阻應(yīng)變片的重要技術(shù)參數(shù)。2.溫度補(bǔ)償片實(shí)驗(yàn)時(shí)不僅受力使應(yīng)變片的電阻發(fā)生變化，當(dāng)溫度變化時(shí)，也會(huì)使應(yīng)變片的電阻變化，從而引起測(cè)量上的誤差。為此，要采取下述措施：設(shè)R1為貼在構(gòu)件上的應(yīng)變片，R2應(yīng)選用與R1規(guī)格型號(hào)完全相同的應(yīng)變片，貼在與R1相同材料的構(gòu)件上，R1只是受力

3、的作用，R2不受力。當(dāng)溫度變化時(shí)，由于溫度變化而引起的電阻變化在R1和R2上相同。由惠斯登電橋原理可知，這時(shí)讀數(shù)ε就不再受溫度變化的影響，故R2就叫做補(bǔ)償片。3.橫向效應(yīng)應(yīng)變片是沿著長(zhǎng)度方向工作的，當(dāng)垂直于長(zhǎng)度的方向有變形時(shí)，也會(huì)使應(yīng)變片輸出讀數(shù)，從而引起誤差，這種現(xiàn)象叫做橫向效應(yīng)。產(chǎn)生橫向效應(yīng)的原因，是因?yàn)閼?yīng)變片系由許多金屬絲并聯(lián)而成的。在并聯(lián)處，也就是沿橫向也出現(xiàn)了“工作段”。橫向效應(yīng)越小越好，但不可能全無(wú)。在精密的測(cè)量中，要根據(jù)應(yīng)變片的橫向效應(yīng)系數(shù)，用指定的公式對(duì)讀數(shù)進(jìn)行修正。4.應(yīng)變電橋應(yīng)變電橋有半橋接法和全橋接法兩種。當(dāng)用兩個(gè)貼在測(cè)點(diǎn)上的應(yīng)變片代替電橋上的兩個(gè)橋臂，另兩個(gè)橋臂由儀器內(nèi)

4、部的固定電阻來(lái)?yè)?dān)任時(shí)，稱為半橋接法。當(dāng)貼在四個(gè)測(cè)點(diǎn)上的應(yīng)變片，組成測(cè)量電橋時(shí)，稱為全橋接法。圖5.12惠斯登電橋CR1R2BAUBDR4R3DE1（5-9)上式表明，由應(yīng)變片感受到的，通過(guò)電橋可以線性地轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷旱淖兓?。只要?duì)進(jìn)行標(biāo)定，再將電壓量轉(zhuǎn)換成應(yīng)變，就可以用儀表指示出所測(cè)定的，即：（5-10)式中為應(yīng)變儀讀數(shù)。5.應(yīng)變片和應(yīng)變花(1)在單向應(yīng)力場(chǎng)中，可貼一片應(yīng)變片。應(yīng)變片的長(zhǎng)度方向與應(yīng)力方向一致?？捎脝蜗蚶瓑汉硕汕蟪鰬?yīng)力，即σ=Eε。(2)在平面應(yīng)力場(chǎng)中，若主應(yīng)力方向已知，可貼兩片應(yīng)變片，分別與兩個(gè)主應(yīng)力方向重合。如圖5-13所示。注意，此時(shí)分別輸出的ε1和ε2，每一個(gè)讀數(shù)都是由應(yīng)

5、變片長(zhǎng)度方向應(yīng)變和另一個(gè)主應(yīng)力作用于橫向效應(yīng)而產(chǎn)生的應(yīng)變的代數(shù)和。因此，還需要用一定的公式換算，才能得到真正的ε1和ε2。圖5.13應(yīng)變花a)二軸900b)三軸450c)三軸600d)三軸1200(3)在平面應(yīng)力中，若主應(yīng)力方向亦未知，可按一定的角度貼三個(gè)應(yīng)變片。如圖5-13b)、c)、d)所示通常把三個(gè)應(yīng)變片做在一個(gè)基底上，叫應(yīng)變花。根據(jù)應(yīng)變花輸出三個(gè)讀數(shù)，可用一定的公式算出主應(yīng)力的大小和方向。二、電阻應(yīng)變儀介紹公式（5-9）表明，通過(guò)電橋可把應(yīng)變片感受到的應(yīng)變轉(zhuǎn)變成電壓（或電流）信號(hào)，由于這一信號(hào)非常微弱，所以要進(jìn)行放大，然后把放大的信號(hào)再用應(yīng)變來(lái)表示出來(lái)，這就是電阻應(yīng)變儀的工作原理。電阻

6、應(yīng)變儀按測(cè)量應(yīng)變的頻率可分為，靜態(tài)電阻應(yīng)變儀、靜動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀、動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀和超動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀。下面簡(jiǎn)要介紹目前實(shí)驗(yàn)室常用的YJ－31型靜態(tài)電阻應(yīng)變儀。1.工作原理YJ-31型靜態(tài)電阻應(yīng)變儀外形圖5-14所示，圖5-15所示為其工作原理框圖。2.主要技術(shù)指標(biāo)該儀器的應(yīng)變測(cè)量范圍：0～19999με，分辨力為1με/1個(gè)字，基本誤差為小于測(cè)量的±0.1%，即±2個(gè)字，靜穩(wěn)定性(零點(diǎn)漂移)4小時(shí)內(nèi)±5με，動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性（靈敏度變化）2小時(shí)內(nèi)不大于測(cè)量上限值的±0.1%。3.儀表各部分功能簡(jiǎn)介(1)電源開關(guān)—開關(guān)向上撥動(dòng)，表示儀器接通電源，否則關(guān)閉（此開關(guān)在后面板上）。(2)三芯直流插座—在直流供電

7、時(shí)使用，插座的1#腳為＂＋＂電源、２#腳為＂－＂電源。(3)五芯切換插座—在測(cè)試點(diǎn)大于10點(diǎn)以上時(shí)可通過(guò)該插座和預(yù)調(diào)平衡相連接，注意1、2、3、4腳分別與橋路A、B、C、D連接。(4)標(biāo)定、基零、測(cè)量是三位一體琴鍵互鎖開關(guān)，按其中一鍵，表示一種作用，而其它鍵不起作用。(5)靈敏度電位器：根據(jù)應(yīng)變片靈敏系數(shù)不同，可調(diào)節(jié)該電位器使儀器靈敏系數(shù)與應(yīng)變片靈敏系數(shù)一致。當(dāng)靈敏系數(shù)為2時(shí)，標(biāo)定值為－10000