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附录A 电测法基础.doc

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附录 A 电测法基础附录 A 电测法基础电阻应变测量方法是将应变转换成电信号进行测量的方法,简称电测法。电测法的基本原理是:将电阻应变片(简称应变片)粘贴在被测构件的表面,当构件发生变形时,应变片随着构件一起变形,应变片的电阻值将发生相应的变化,通过电阻应变测量仪器(简称电阻应变仪) ,可测量出应变片中电阻值的变化,并换算成应变值,或输出与应变成正比的模拟电信号(电压或电流) ,用记录仪记录下来,也可用计算机按预定的要求进行数据处理,得到所需要的应变或应力值。其工作过程如下所示:应变——电阻变化——电压(或电流)变化——放大——记录——数据处理电测法具有灵敏度高的特点,应变片重量轻、体积小且可在高(低)温、高压等特殊环境下使用,测量过程中的输出量为电信号,便于实现自动化和数字化,并能进行远距离测量及无线遥测。第一节 电阻应变片一、电阻应变片的构造和类型电阻应变片的构造很简单,把一根很细的具有高电阻率的金属丝在制片机上按图 A-1 所示的那样排绕后,用胶水粘结在两片薄纸之间,再焊上较粗的引出线,成为早期常用的丝绕式应变片。应变片一般由敏感栅(即金属丝) 、粘结剂、基底、引出线和覆盖层五部分组成。若将应变片粘贴在被测构件的表面,当金属丝随构件一起变形时,其电阻值也随之变化。常用的应变片有:丝绕式应变片(图 A-1) 、短接线式应变片和箔式应变片(图 A-2)等。它们均属于单轴式应变片,即一个基底上只有一个敏感栅,用于测量沿栅轴方向的应变。如图 A-3 所示,在同一基底上按一定角度布置了几个敏感柵,可测量同一点沿几个敏感栅栅轴方向的应变,因而称为多轴应变片,俗称应变花。应变花主要用于测量平面应力状态下一点的主应变和主方向。图 A-1 应变片的构造 图 A-2 箔式应变片(a) (b) (c)图 A-3 应变花(a) EMBED Equation.3 应变花;(b) EMBED Equation.3 应变花;(c) EMBED Equation.3 应变花二、电阻应变片的灵敏系数在用应变片进行应变测量时,需要对应变片中的金属丝加上一定的电压。为了防止电流过大,产生发热和熔断等现象,要求金属丝有一定的长度,以获得较大的初始电阻值。但在测量构件的应变时,又要求尽可能缩短应变片的长度,以测得“一点”的真实应变。因此,应变片中的金属丝一般做成如图 A-1 所示的栅状,称为敏感栅。粘贴在构件上的应变片,其金属丝的电阻值随着构件的变形而发生变化的现象,称为电阻应变现象。在一定的变形范围内,金属丝的电阻变化率与应变成线性关系。当将应变片安装在处于单向应力状态的试件表面,并使敏感栅的栅轴方向与应力方向一致时,应变片电阻值的变化率 EMBED Equation.3 与敏感栅栅轴方向的应变 EMBED Equation.3 成正比,即EMBED Equation.3 式中: EMBED Equation.3 为应变片的原始电阻值; EMBED Equation.3 为应变片电阻值的改变量; EMBED Equation.3 称为应变片的灵敏系数。应变片的灵敏系数一般由制造厂家通过实验测定,这一步骤称为应变片的标定。在实际应用时,可根据需要选用不同灵敏系数的应变片。三、电阻应变片的粘贴和防护常温应变片通常采用粘结剂粘贴在构件的表面。粘贴应变片是测量准备工作中最重要的一个环节。在测量中,构件表面的变形通过粘结层传递给应变片。显然,只有粘结层均匀、牢固、不产生蠕滑,才能保证应变片如实地再现构件表面的变形。应变片的粘贴由手工操作,一般按如下步骤进行:(1)检查、分选应变片。(2)处理构件的测点表面。(3)粘贴应变片。(4)加热烘干、固化。(5)检查应变片的电阻值,测量绝缘电阻。(6)引出导线。实际测量中,应变片可能处于多种环境中,有时需要对粘贴好的应变片采取相应的防护措施,以保证其安全可靠。一般在应变片粘贴完成后,根据需要可用石腊、纯凡士林、环氧树脂等对应变片的表面进行涂覆保护。第二节 电阻应变片的测量电路在使用应变片测量应变时,必须用适当的办法测量其电阻值的微小变化。为此,一般是把应变片接入某种电路,让其电阻值的变化对电路进行某种控制,使电路输出一个能模拟该电阻值变化的信号,然后,只要对这个电信号进行相应的处理就行了。常规电测法使用的电阻应变仪的输入回路叫做应变电桥,它是以应变片作为其部分或全部桥臂的四臂电桥。它能把应变片电阻值的微小变化转化成输出电压的变化。在此,仅以直流电压电桥为例加以说明。一、电桥的输出电压电阻应变仪中的电桥线路如图 A-4 所示,它是以应变片或电阻元件作为电桥桥臂。可取 EMBED Equation.3 为应变片、 EMBED Equation.3 和
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