电测法简介

RT R2
E 4
K (1
T
T
)
)
A R3
C 固定电阻
E 4
K1
R4
总结：温度补偿的三原则：
D
1、工作片和补偿片为等种应
E
变片；
相同应变片R1、R2，R1贴在构 件受力处，R2贴在附近不受力 处，环境温度对R1、R2引起的 阻值变化相同，为RT，则：
2、工作块和补偿块材料相同；
3、工作块和补偿块置于相同 的温度场中。
电测法简介
第十三章：电测法简介
余辉 yuh@czu.cn
§13-1 引 言
电测法简介
解决工程实际问题的常见方法：
➢ 理论分析的方法； ➢ 实验分析的方法； ➢ 数值分析的方法。
一、实验应力分析的概念：
电测法简介
实验应力分析就是通过实验来研究和分析受力构 件中应力大小及其分布规律的方法
二、常见实验应力分析的方法：
电测法简介
[例13-1] 用电测法测定如下图所示轴向拉杆横截面上的
正应力 。试确定测试方案，并给出应力 与应变仪读 数应变 R 之间的关系。已知材料的弹性模量为 E、泊松
比为 。
F
F
解：在测量过程中，被测构件环境温度的变化，将会影 响应变片的读数应变，因此，必须设法在测试结果中消 除温度的影响。
R1
F
F
R1
R2
R2
R3
R4
a)
电测法简介
用 F 表示由载荷引起的轴向应变， T 表示由温度变化引
起的应变，则四个桥臂的感受应变分别为
1 F T 、 2 T 、3 4 0
电测法简介
§13-3 电测法的简单应用
在用电测法进行实际测量时，需根据被测构件的受力 变形情况、温度变化情况以及具体测试要求，来确定 测点位置、贴片方位与组桥接线方案。组桥接线一般 有两种方式。一种是全桥接线，将测量电桥的四个桥 臂都接上应变片；另一种是半桥接线，将其中的两个 桥臂接上应变片、另两个桥臂接上电阻应变仪内部的 固定电阻。下面通过实例，说明电测法的简单应用。
两层绝缘薄膜中制作而成的。应变片中的栅状金属丝或
金属箔称为敏感栅。
电测法简介
试验表明，在一定条件下，应变片敏感栅的电阻变化率
R R 与敏感栅沿长度方向的线应变 成正比，即有
R K
R
式中，比例系数 K 称为应变片的灵敏系数，其值与敏感
栅的材料以及应变片构造有关，可通过试验测定。常用
应变片的灵敏系数 K为1.7 ~ 3.6 。 由上式知，只要测出应变片的电阻变化率 R R ，即可 确定相应的线应变 。
常用的电阻应变片有丝绕式和箔式两种。
绝缘薄膜
敏感栅
引线
绝缘薄膜
敏感栅
电测法简介
引线
丝绕式应变片是用直径为 0.02 mm ~ 0.05mm的康铜
（镍铜合金）丝或镍铬合金丝绕成栅状，粘贴在两层绝
缘薄膜中制作而成；箔式应变片则是用厚度为 0.003mm ~ 0.01mm的康铜箔或镍铬合金箔腐蚀成栅状，粘贴在
电阻改变量分别为 R1 、R2 、R3 和 R4 ，则可得，此
时电桥的输出电压为
U
U 4
R1 R
R2 R
R3 R
R4 R
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电测法简介
式中，R为应变片的初始电阻。 再变换上式，即得电桥输出电压 U与应变片感受应变
i 之间的关系
U
KU 4
1
2
3
4
由于KU 4 为常数，故可以将应变仪的输出按照应变来
U
R1 R2 R3 R4
电测法简介
当桥臂电阻满足
R1R4 R2 R3
时，则电桥的输出电压 U 0 ，称为电桥平衡。
在进行电测实验时，若将粘贴在构件上的初始电阻完全 相同的四个应变片组成电桥的四个桥臂，则在构件受力 变形前，电桥平衡，没有输出。当构件受力变形后，设
四个应变片感受的应变分别为 1、 2、 3 和 4，相应的
半桥接法(R1、R2为应变片， R3、R4为固定电阻)
两种接法中的应变片型号、阻值尽可能相同或 接近，固定电阻与应变片阻值也应接近。
2．温度补偿：由于温度对电阻值变化影响很大，利 用电桥特性，可以采用适当的方法消
除这种影响。
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工作片
R1
B
R2 温度补偿片
U BD
E 4
(
R1 RT R1
➢ 电测法——点测量； ➢ 光测法； ➢ 全息光弹性法——可测得应力场的全貌； ➢ 云文法； ➢ 涂层法。
三、电测法的优点：
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➢ 灵敏度高； ➢ 传感元件小； ➢ 适应性强；
此外还有：可进行远距离测量；便于模拟或数 值记录等优点。
电测法简介
§13-2 电测法的基本原理
电测法又称为电阻应变量测技术，是通过贴在构 件上的电阻应变片测定构件的应变，再根据应力与应 变的关系确定被测点应力状态的一种实验方法。
电测法的量测过程示意图：
被
测
构
件
电 阻 应 R 变 片
量 测 U 电 (或I ) 路
放 大 线 路
mU (或mI )
显 示 记 录 器
一、电阻应变片及其工作原理
{ 电阻应变片
金属电阻应变片——电阻应变效应 半导体电阻应变片——压阻效应
电测法简介
电阻应变片，简称应变片，是电测法的传感元件。 实际测量时，将应变片粘贴在被测构件的表面，使 其随同构件变形，将构件测点处的应变转换为应变 片的电阻变化；然后，通过专门的测量仪器，如电 阻应变仪，测出构件测点处的实际应变；最后再由 胡克定律，即得到构件测点处的实际应力。
电测法简介
（1）方案一
采用半桥接线：如图a所示，R1 为用于实际测量的应变片， 简称工作片，沿轴向粘贴在杆件上；R2 为用于消除温度
影响的应变片，简称温度补偿片，粘贴在不受载荷作用
的温度补偿块上；R3与 R4为应变仪内部的固定电阻。R1、 R2与 R3、R4的电阻值相同。温度补偿块与杆件的材料相
同，并处同一温度环境中。
标定，从而直接得到应变读数为
R
1
2
3
4
4U KU
◆应变仪的读数应变 R为各应变片感受应变 i 的线性叠
加，其中，相邻桥臂的应变异号，相对桥臂的应变同号。
这一特性十分重要，利用它，通过适当的组桥接线，可
以解决电测实验中的许多实际问题。
三、电桥接法及温度补偿
电测法简介
1．电桥接法：全桥接法(四个电阻均为应变片)；
二、电阻应变仪及其测试原理
电测法简介
用来测量电阻应变片应变的专用电子仪器称为电阻应变 仪，其基本测试电路为一惠斯登电桥。
电桥四个桥臂的电阻分别为
R1 、R2 、R3与 R4 ；A与 C 为
电桥的输入端，接电源，其
输入电压为 U ；B与D为电
桥的输出端，不难证明，其 输出电压
U R1R4 R2R3 U