管道应力应变测量.
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应力应变测量 PPT课件
将电阻材料在基底上制成一层各种形式敏感栅而形成 其厚度在0.1m以下。
第一节 电阻应变片
(4)半导体应变片
半导体应变片的工作原理是基于半导体材料的压阻效应。 所谓压阻效应是指单晶半导体材料在沿某一轴向受到外 力作用时， 其电阻率ρ发生变化的现象。
从半导体物理可知，半导体在压力、 温度及光辐射作用下，能使其电阻率ρ 发生很大变化。实现温度来自偿的条件为tt
K0
(g
s )t
0
当被测试件的线膨胀系数βg已知时，通过选择敏感栅材料， 使下式成立
K0(g s )
即可达到温度自补偿的目的。
优点：容易加工，成本低， 缺点：只适用特定试件材料，温度补偿范围也较窄。
第二节 应变片的主要特性
b. 双金属敏感栅自补偿应变片
敏感栅丝由两种不同温度系数的金属丝串接组成
1、弯矩M的测量 测弯矩的贴片与接桥如右图所示，R1=R2=R，电阻增量△R0：
R0 R1 R2 KR1( P M ) KR2 ( P M ) 2KR M
相对电阻的增量为：
R0 R0
2KR M
R
2K M
仪器的应变读数为：
ˆ
R0 / R0 Kˆ
2 M
M
EW M
EW
ˆM
2
(取Kˆ K )
BK-2S称重传感器
产品详细介绍 采用国际流行的双梁式或剪切S梁结构，拉 、压输出对称性好、 测量精度高、结构紧凑，安装方便，广泛用 于机电结合秤、料斗秤、包装秤等各种测力 、称重系统中 供桥电压 12VDC 输入阻抗 380±20Ω 输出阻抗 350±10Ω 绝缘电阻 ≥2000MΩ 工作温度 -10~+50℃
dR (1 2)
R
第一节 电阻应变片
(4)半导体应变片
半导体应变片的工作原理是基于半导体材料的压阻效应。 所谓压阻效应是指单晶半导体材料在沿某一轴向受到外 力作用时， 其电阻率ρ发生变化的现象。
从半导体物理可知，半导体在压力、 温度及光辐射作用下，能使其电阻率ρ 发生很大变化。实现温度来自偿的条件为tt
K0
(g
s )t
0
当被测试件的线膨胀系数βg已知时，通过选择敏感栅材料， 使下式成立
K0(g s )
即可达到温度自补偿的目的。
优点：容易加工，成本低， 缺点：只适用特定试件材料，温度补偿范围也较窄。
第二节 应变片的主要特性
b. 双金属敏感栅自补偿应变片
敏感栅丝由两种不同温度系数的金属丝串接组成
1、弯矩M的测量 测弯矩的贴片与接桥如右图所示，R1=R2=R，电阻增量△R0：
R0 R1 R2 KR1( P M ) KR2 ( P M ) 2KR M
相对电阻的增量为：
R0 R0
2KR M
R
2K M
仪器的应变读数为：
ˆ
R0 / R0 Kˆ
2 M
M
EW M
EW
ˆM
2
(取Kˆ K )
BK-2S称重传感器
产品详细介绍 采用国际流行的双梁式或剪切S梁结构，拉 、压输出对称性好、 测量精度高、结构紧凑，安装方便，广泛用 于机电结合秤、料斗秤、包装秤等各种测力 、称重系统中 供桥电压 12VDC 输入阻抗 380±20Ω 输出阻抗 350±10Ω 绝缘电阻 ≥2000MΩ 工作温度 -10~+50℃
dR (1 2)
R
应变应力的测量
二、应变片的布置和接桥方法应变片的布置和电桥连接应根据测量的目的、对载荷分布的估计而定。
在测量复合载荷作用下的应变时，还应利用应变片的布置和接桥方法来消除相互影响的因素。
表8-2列举了轴向拉伸（压缩）载荷下应变测量时应变片的布置和接桥方法。
从表中清楚看到不同的布置和接桥方法对灵敏度、温度补偿情况和消除弯矩影响是不同的。
一般应优先选用输出信号大、能实现温度补偿、粘贴方便和便于分析的方案。
2014-1-20第八章应变、应力和转矩的测量3表中符号说明：S g-应变片的灵敏度；u0-供桥电压；ν-被测件的泊松比；εi -应变仪测读的应变值，即指示应变；ε-所要测量的机械应变值。
2014-1-20第八章应变、应力和转矩的测量42014-1-20第八章 应变、应力和转矩的测量5表中符号说明：S g -应变片的灵敏度；u 0-供桥电压；ν-被测件的泊桑比； εi -应交仪测读的应变值，即指示应变； ε-所要测量的机械应变值。
2014-1-20第八章 应变、应力和转矩的测量6表中符号说明：S g -应变片的灵敏度；u 0-供桥电压；ν-被测件的泊桑比； εi -应交仪测读的应变值，即指示应变； ε-所要测量的机械应变值。
2014-1-20第八章 应变、应力和转矩的测量8（二）主应力方向未知一般采取贴应变花的办法来进行测量。
对于平面应力状态，如能测出某点三个方向的应变。
ε1 、 ε2和ε3 ，就可以计算该点主应力的大小和方向。
应变花（见图3-8c ）是由三个（或多个）互相之间按一定角度关系排列的应变片所组成的，用它可以测量某点三个方向的应变，然后按已知公式可求出主应力的大小和方向。
图8-2列举了几种常用的应变花构造原理图，其主应力计算公式都有现成公式可查。
现在市场上已有多种图案复杂的应变花供应.四、提高应变测量精确度的措施在使用电阻应变片测量应变时，应尽可能消除各种误差，以提高测试精确度。
一般可采用下列措施：l）选择合适的仪器并进行准确的定度。
应力测量实验步骤
全桥(Rl接A、B; R2接B、C; R3接C、D：R4接D、A)的接线分别测量。
5．打开仪器电源，按“测量”挡调零，再按“标定”(计算出标定值- 20000/K)调出标定
值。“测量”、“标定”反复调整，最后设定在“测量”挡上等待测量。加平均值。
3．在等强度梁上粘贴上4片，两个贴竖向(Rl、R3)，两个贴横向(R2、R4)，另在一块
同材料板上粘贴上一片作为补偿片(R5)。然后按编号线焊上各点片。
4．插上仪器电源，检查仪器处于“关闭”状态。把应变计（片）接到仪器测量接线上。按
要求一项一项地完成1/4桥(Rl接A、B； R5接B、C)，半桥(Rl接A、B，R2接B、C)，
6．．每次重新换线测量都要进行“第5项”调整，完成测量实验后，关上仪器电源，拆下引
线，收齐整理实验工具、材料后报告指导老师同意后，方可离开实验室。
应力测量实验步骤
1．把等强度梁表面用丙酮反复清洗干净后，用干净棉花再擦干一次，最后用风筒吹一下。
2．用镊子取出应变计（应变片）。注意不要摸到应变计表面。用左手捏着应变计引线，右
手把502胶水挤到应变计要粘贴在被测量构件的表面上的底面。然后轻轻垂直放在粘贴面上。
再用吸水纸轻轻压上，把多余的胶水挤出。
5．打开仪器电源，按“测量”挡调零，再按“标定”(计算出标定值- 20000/K)调出标定
值。“测量”、“标定”反复调整，最后设定在“测量”挡上等待测量。加平均值。
3．在等强度梁上粘贴上4片，两个贴竖向(Rl、R3)，两个贴横向(R2、R4)，另在一块
同材料板上粘贴上一片作为补偿片(R5)。然后按编号线焊上各点片。
4．插上仪器电源，检查仪器处于“关闭”状态。把应变计（片）接到仪器测量接线上。按
要求一项一项地完成1/4桥(Rl接A、B； R5接B、C)，半桥(Rl接A、B，R2接B、C)，
6．．每次重新换线测量都要进行“第5项”调整，完成测量实验后，关上仪器电源，拆下引
线，收齐整理实验工具、材料后报告指导老师同意后，方可离开实验室。
应力测量实验步骤
1．把等强度梁表面用丙酮反复清洗干净后，用干净棉花再擦干一次，最后用风筒吹一下。
2．用镊子取出应变计（应变片）。注意不要摸到应变计表面。用左手捏着应变计引线，右
手把502胶水挤到应变计要粘贴在被测量构件的表面上的底面。然后轻轻垂直放在粘贴面上。
再用吸水纸轻轻压上，把多余的胶水挤出。
应力应变测量讲解
第一节 电阻应变片
电阻的相对变化率
dR dl 2dr d R l r
式中 dl / l -----电阻丝轴线相对变形，或称纵向应变
dr / r -----电阻丝轴线相对变形，或称横向应变
当电阻丝沿轴向伸长时，必沿径向缩小，两者之间的关系为
dr dl r l
应力应变测量
• 在工程中，应力、应变是很常用的机 械参量。通过对机械零件和机械结构 的应变、应力测量，可以分析其受力 状况和工作状态，验证设计计算，确 定工作过程和某些物理现象的机理。
第一节 应变与应力的测量
应力是一重要的机械量，它表征了构件的受载状态，负载水 平和强度能力，因此应力测量是其它力参数测量的基础。应 力的测量，实质上是先测量应变，然后计算出应力的大小。
电阻应变计—种类
按基片上敏感栅的个数划分：单轴应变计，多轴应变计。
单轴应变计
双轴应变计 90º 应变花
双轴应变计（ 90º 应变花）
三轴应变计（ 45º 应变花）
8
电阻应变计—种类
单轴应变片—敏感栅只有一根轴线，用于测量单向应变。 双轴—二轴 90 三轴—三轴 45
应变花：
பைடு நூலகம்
用于测量平面应变状态。
（3）薄膜应变片 薄膜应变片是采用真空蒸发或真空沉积等方法， 将电阻材料在基底上制成一层各种形式敏感栅而形成 其厚度在0.1m以下。
第一节 电阻应变片
(4)半导体应变片
半导体应变片的工作原理是基于半导体材料的压阻效应。
所谓压阻效应是指单晶半导体材料在沿某一轴向受到外 力作用时， 其电阻率ρ发生变化的现象。 从半导体物理可知，半导体在压力、 温度及光辐射作用下，能使其电阻率ρ 发生很大变化。 分析表明，单晶半导体在外力作用下， 原子点阵排列规律发生变化，导致载流 子迁移率及载流子浓度的变化，从而引 起电阻率的变化。
应力应变测量
实验步骤与操作流程
准备实验材料和设备，选 择适当的应变计和压力计。
将试样安装到试验机上， 调整试验机的初始状态。
将材料加工成标准试样， 进行温度和环境预处理。
进行实验，记录实验数据， 包括应力、应变、温度等。
数据处理与分析
01
数据清洗
去除异常值和缺失值，确保数据质 量。
统计分析
使用适当的统计方法分析数据，提 取有意义的信息。
04
应力应变测量实验设计与实 施
实验目的与要求
01 掌握应力应变测量的基本原理和方法。
02
了解材料的力学性能和应力应变曲线。
03
分析不同材料在不同条件下的应力应变行 为。
04
评估材料的强度、塑性和韧性等性能指标。
实验材料与设备
材料
不同种类和规格的金属、塑料、橡胶 等材料。
设备
万能材料试验机、应变计、压力计、 温度计、支架等。
03
应力应变测量的方法与技术
电阻应变片法
总结词
电阻应变片法是一种常用的应力应变测量方法，通过测量金属丝电阻的变化来推 算应变。
详细描述
电阻应变片由敏感栅等组成，当金属丝受到外力作用时，其电阻值会发生变化， 通过测量电阻的变化量，可以推算出金属丝的应变。该方法具有测量范围广、精 度高、稳定性好等优点，广泛应用于各种工程领域。
03
02
数据转换
将原始数据转换为更易于分析的格 式或变量。
结果可视化
使用图表、图像等形式展示分析结 果，便于理解和解释。
04
05
应力应变测量在工程中的应 用
结构健康监测
结构健康监测是利用应力应变 测量技术对工程结构进行实时 监测，以评估结构的健康状况
应力应变测试方法综述
应力应变测试方法综述应力应变测试是一种广泛应用于材料科学、工程力学、生物学等领域的实验方法，用于研究材料的力学性能和变形行为。
本文旨在综述应力应变测试方法的发展历程、基本原理、实验步骤、结果分析以及未来发展趋势。
在材料选择方面，应力应变测试对材料的要求较高，通常需要具有均匀性、各向同性和足够的强度。
常用的材料包括金属、塑料、陶瓷、玻璃等。
随着科技的不断进步，新型材料如碳纤维复合材料、生物相容性材料等也逐渐被应用于应力应变测试中。
应力应变测试的基本原理是通过对材料施加应力，观察其产生的应变，进而计算材料的弹性模量、屈服强度等力学参数。
根据测试方法的不同，应力应变测试可分为电阻应变法、振荡应力法、声波应力测量法等。
电阻应变法是一种常见的应力应变测试方法，其原理是利用应变片感知材料表面的应变，并将其转换为电阻的变化进行测量。
振荡应力法则是通过激振器对材料进行激振，测量其振幅和相位差来计算材料的应力状态。
声波应力测量法则是利用声波在材料中传播的速度和幅度变化来推算材料的应力状态。
实验步骤因不同的测试方法而异，一般包括样品准备、仪器调试、实验操作、数据记录与分析等环节。
在实验过程中，需要注意样品的代表性、仪器的精度和稳定性以及实验条件的控制。
结果分析是应力应变测试的关键环节，需要对实验数据进行处理、分析和解释。
通常采用的方法包括统计分析、误差分析、数值模拟等。
通过这些方法，可以将实验数据转化为有用的工程信息，用于材料的优化设计、制造工艺的改进等方面。
在过去的几十年里，应力应变测试方法在材料科学、工程力学、生物学等领域得到了广泛应用，为许多科学研究和实际工程提供了重要的理论和实验支持。
然而，随着科学技术的发展，传统的应力应变测试方法也面临着一些挑战和问题，如测试精度、测试范围、测试速度等方面的限制。
因此，未来的应力应变测试方法可能会朝向以下几个方向发展：首先，随着人工智能、机器学习等技术的不断发展，应力应变测试可能会更加智能化、自动化。
应力应变测量_2022年学习资料
二、应变片在测量断面上的布置-测点布置与贴片方法-最大正应力法一一角点法-1贴片方法：在箱形断面角点处分别 4枚应变花。-2箱形梁断面应力分布：在外力拉（压）、弯曲、-扭（转）矩作用下，正应力分布如图7-10所示-d-心-e-≤10箱形断面在客种外力作用下的上应力分布闲
其测点1,2,3,4的正应力分别为：-C1=0w+0d.+0y,+0。-02=w+M-一00-3=-M。0M-OA-ON-OM:-OM-兴-然后根据测量得到的σ 1、O2-0304,-求得获得断面内力：-》-01 02+3+04-图71】测止型材断正应力的布点-01-g2+03-04-O1+02-03-04-6M-01 02-03+04-e
5、常用应变花应用举例：-实际测量中，-1主应力计算公式（贴三片45°应变花）-01_-62-w-E-1-2主应力计算公式（贴三片60°应变花）-C十80+6i2m±-31一4-3主应力方向o1与0°轴线的夹角 -tan-28二2二如
§7-3常用结构型材的测点布置-一、结构型材断面的应力分布-港口机械的金属结构基本上是由角钢、槽钢、工字钢 -T型钢、钢管等型材或由钢板焊成的箱形结构所组成。由-各种形式材料组成的结构，通常承受拉（压）、弯、扭等几 种外力的作用，其断面上的应力分布比较复杂。-结构型材的断面型式较多，通常有：矩形断面，圆形-断面，工字形断 ，槽形断面，箱形断面。-例：箱形断面的受力状态：
第七章-应力应变测量-应变测量技术：应变电测法-应变电测法是用电阻应变片先测出构件的表面应变，再-根据应力 应变的关系式来确定构件表面应力状态的一种实-验应力分析方法。-二、应力应变测量-静态应变测量：利用静态应变 测量系统-动态应变测量：利用动态应变仪测量系统-本章学习重点：-1.贴片方法和应力应变换算-2常用型材测点 置布置-3.金属结构应力应变测量方法与测量步聚
应力应变测量讲解
第二节 应变片的主要特性
温度补偿
单丝自补偿法 自补偿法 温度补偿
组合式自补偿法
线路补偿法〔电桥补偿法、热敏电阻 〕
第二节 应变片的主要特性
① 电桥补偿法
R1 +⊿R
R1 Usr R3 R4 (a) R2 R1 R2
Rb -⊿R
Usc
R1＋⊿R
Rb－⊿R U0
R3
(b)
R4
U
被测试件
补偿块
第二节 应变片的主要特性
第一节 电阻应变片 一、金属电阻应变片
常用的金属电阻应变片有丝式和箔式两种。其工作 原理都是基于应变片发生机械变形时，其电阻值发生变化。 金属丝电阻应变片(又
称电阻丝应变片)出现得 较早，现仍在广泛采用。 其典型结构如图所示。把 一根具有高电阻率的金属丝 ( 康铜或镍铬合金等 ) 绕成栅形， 粘贴在绝缘的基片和覆盖层之间，由引出导线接于电路上。
相对电阻的增量为：
R0 2 KR M 2 K M R0 R
K ˆ K) (取K
仪器的应变读数为： ˆ R0 / R0 2 M ˆ
M EW M EW ˆM 2
具有温度补偿功能
第五节 电阻应变片的应用 2、拉力P的测量
R0 R R KR1 ' ( P M ) KR ( P M ) 2KR P
第一节 电阻应变片 分析表明，单晶半导体在外力作用下，原子点阵排
列规律发生变化，导致载流子迁移率及载流子浓度的变 化，从而引起电阻率的变化。
dR (1 2 E ) R
(1 十 2μ )ε 项是由几何尺寸变化引起的， λ Eε 是由 于电阻率变化而引起的。对半导体面言，后者远远大于 前者，它是半导体应变片电阻变化的主要部分，故上式 可简化为 dR E R
应力和应变的测量
当被测物理量作用在弹性元件上时, 弹性元件的变形引起应变 敏感元件的阻值变化, 通过转换电路将其转变成电量输出, 电量变 化的大小反映了被测物理量的大小。
应变式电阻传感器是目前测量力、力矩、 压力、加速度、重 量等参数应用最广泛的传感器。
8
• 电阻应变式传感器工作原理 • 电阻应变片的特性 • 电阻应变片的温度补偿方法 • 电阻应变片的粘贴技术 • 电阻应变片的测量电路 • 电阻应变式传感器
例：微型舌簧开关
6
舌簧开关型车速传感器 这种传感器装在组合式仪表内，磁铁由转速表软轴驱动，相 对于固定的舌簧开关，软轴转一圈，磁铁极性变换四次，由于 极性变换，使舌簧触点打开或闭合。 ECU通过触点信号检测出 车速。
其它速度传感器
7
1. 电阻应变式传感器
电阻应变式传感器是利用电阻应变片将应变转换为电阻变化的 传感器, 传感器由在弹性元件上粘贴电阻应变敏感元件构成。
附加误差, 称为应变片的温度误差。 产生应变片温度误差的主要因素有:
➢ 电阻温度系数的影响 ➢
24
1) 敏感栅的电阻丝阻值随温度变化的关系可用下式表示： Rt=R0（1+α0Δt）
式中: Rt——温度为 t℃时的电阻值; R0——温度为t0℃时的电阻值;
α0——金属丝的电阻温度系数; Δt——温度变化值, Δt=t -t0。
设电阻丝和试件在温度为 0 ℃时的长度均为L0，它们的线膨 胀系数分别为βs和βg, 若两者不粘贴, 则它们的长度分别为
Ls= L0（1+βsΔt） Lg= L0（1+βgΔt）
26
当二者粘贴在一起时, 电阻丝产生的附加变形ΔL, 附加应变 εβ和附加电阻变化ΔRβ分别为
ΔL= Lg - Ls =（βg-βs）L0Δt εβ=ΔL/L0=（βg-βs）Δt ΔRβ= K0 R0εβ= K0 R0(βg-βs)Δt
应变式电阻传感器是目前测量力、力矩、 压力、加速度、重 量等参数应用最广泛的传感器。
8
• 电阻应变式传感器工作原理 • 电阻应变片的特性 • 电阻应变片的温度补偿方法 • 电阻应变片的粘贴技术 • 电阻应变片的测量电路 • 电阻应变式传感器
例：微型舌簧开关
6
舌簧开关型车速传感器 这种传感器装在组合式仪表内，磁铁由转速表软轴驱动，相 对于固定的舌簧开关，软轴转一圈，磁铁极性变换四次，由于 极性变换，使舌簧触点打开或闭合。 ECU通过触点信号检测出 车速。
其它速度传感器
7
1. 电阻应变式传感器
电阻应变式传感器是利用电阻应变片将应变转换为电阻变化的 传感器, 传感器由在弹性元件上粘贴电阻应变敏感元件构成。
附加误差, 称为应变片的温度误差。 产生应变片温度误差的主要因素有:
➢ 电阻温度系数的影响 ➢
24
1) 敏感栅的电阻丝阻值随温度变化的关系可用下式表示： Rt=R0（1+α0Δt）
式中: Rt——温度为 t℃时的电阻值; R0——温度为t0℃时的电阻值;
α0——金属丝的电阻温度系数; Δt——温度变化值, Δt=t -t0。
设电阻丝和试件在温度为 0 ℃时的长度均为L0，它们的线膨 胀系数分别为βs和βg, 若两者不粘贴, 则它们的长度分别为
Ls= L0（1+βsΔt） Lg= L0（1+βgΔt）
26
当二者粘贴在一起时, 电阻丝产生的附加变形ΔL, 附加应变 εβ和附加电阻变化ΔRβ分别为
ΔL= Lg - Ls =（βg-βs）L0Δt εβ=ΔL/L0=（βg-βs）Δt ΔRβ= K0 R0εβ= K0 R0(βg-βs)Δt
应力应变测量
电阻应变式传感器可分为金属电阻应变片式 与半导体应变片式两类。
第一节 电阻应变片 一、金属电阻应变片
常用的金属电阻应变片有丝式和箔式两种。其工作 原理都是基于应变片发生机械变形时，其电阻值发生变化。
金属丝电阻应变片(又 称电阻丝应变片)出现得 较早，现仍在广泛采用。 其典型结构如图所示。把 一根具有高电阻率的金属丝(康铜或镍铬合金等)绕成栅形， 粘贴在绝缘的基片和覆盖层之间，由引出导线接于电路上。
电阻应变计—种类
按基片上敏感栅的个数划分：单轴应变计，多轴应变计。
单轴应变计
双轴应变计 90º应变花
双轴应变计（ 90º应变花）
三轴应变计（ 45º应变花）
7
电阻应变计—种类
单轴应变片—敏感栅只有一根轴线，用于测量单向应变。
应变花： 双轴—二轴 9 0 用于测量平面应变状态。 三轴—三轴 4 5
第一节 电阻应变片
金属箔式应变片则是用栅状金属箔片代替栅状金属丝。金属 箔栅系用光刻技术制造，适于大批量生产。其线条均匀，尺 寸准确，阻值一致性好。箔片厚约1—10μm，散热好，粘 结情况好，传递试件应变性能好。因此目前使用的多系金属 箔式应变片。
电阻应变计(片)
（1）直径为0.003mm~0.01mm的合金丝绕成栅状制成 的丝绕式电阻应变计； （2）箔材经光刻腐蚀工艺制成的栅状箔式电阻应变计。
6lF
bh 2 E
第五节 电阻应变片的应用
②
等
F
强 度 悬
X
h
6lF
b0h 2 E
臂
l
梁
第五节 电阻应变片的应用
③ 双 端 固 定 梁
3lF
4bh2 E
第五节 电阻应变片的应用
第一节 电阻应变片 一、金属电阻应变片
常用的金属电阻应变片有丝式和箔式两种。其工作 原理都是基于应变片发生机械变形时，其电阻值发生变化。
金属丝电阻应变片(又 称电阻丝应变片)出现得 较早，现仍在广泛采用。 其典型结构如图所示。把 一根具有高电阻率的金属丝(康铜或镍铬合金等)绕成栅形， 粘贴在绝缘的基片和覆盖层之间，由引出导线接于电路上。
电阻应变计—种类
按基片上敏感栅的个数划分：单轴应变计，多轴应变计。
单轴应变计
双轴应变计 90º应变花
双轴应变计（ 90º应变花）
三轴应变计（ 45º应变花）
7
电阻应变计—种类
单轴应变片—敏感栅只有一根轴线，用于测量单向应变。
应变花： 双轴—二轴 9 0 用于测量平面应变状态。 三轴—三轴 4 5
第一节 电阻应变片
金属箔式应变片则是用栅状金属箔片代替栅状金属丝。金属 箔栅系用光刻技术制造，适于大批量生产。其线条均匀，尺 寸准确，阻值一致性好。箔片厚约1—10μm，散热好，粘 结情况好，传递试件应变性能好。因此目前使用的多系金属 箔式应变片。
电阻应变计(片)
（1）直径为0.003mm~0.01mm的合金丝绕成栅状制成 的丝绕式电阻应变计； （2）箔材经光刻腐蚀工艺制成的栅状箔式电阻应变计。
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bh 2 E
第五节 电阻应变片的应用
②
等
F
强 度 悬
X
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b0h 2 E
臂
l
梁
第五节 电阻应变片的应用
③ 双 端 固 定 梁
3lF
4bh2 E
第五节 电阻应变片的应用
应力应变测量讲解
第五节电阻应变片的应用r5r8r7r6r1r2r3r4r5r8r7r6r1r2r3r4uo第五节电阻应变片的应用梁式力传感器等截面梁结构简单易加工灵敏度高适合于测5000n以下的载荷bhlf第五节电阻应变片的应用第五节电阻应变片的应用bhlf第五节电阻应变片的应用在外力作用下各点的应力差别较大2013424第五节电阻应变片的应用bk2s称重传感器产品详细介绍采用国际流行的双梁式或剪切s梁结构拉压输出对称性好测量精度高结构紧凑安装方便广泛用于机电结合秤料斗秤包装秤等各种测力称重系统中供桥电压12vdc输入阻抗38020输出阻抗35010绝缘电阻2000m工作温度1050第五节电阻应变片的应用bk4轮辐式传感器系列采用轮辐式结构高度低抗偏抗侧能力强测量精度高性能稳定可靠安装方便是大中量程精度传感器中的最佳形式广泛用于各种电子衡器和各种力值测量如汽车衡轨道衡吊勾秤料斗秤技术参数量程t12510203050供桥电压12vdc灵敏度152mvv输入阻抗73020非线性fs00300501输出阻抗70010重复性fs00300501绝缘电阻2000m滞后fs00300501工作温度1050允许过负荷120fs热零点偏移fs10第五节电阻应变片的应用r1r2r3r4膜片式压力传感器r4r3r1r2u0第五节电阻应变片的应用筒式压力传感器测较大压力机床液压系统的压力10pa枪炮的膛内压力10pa动态特性和灵敏度主要由材料的e值和尺寸决定第五节电阻应变片的应用6
第一节 电阻应变片 半导体应变片灵敏度
S
dR R
E
这一数值比金属丝电阻应变片大50一70倍。
半导体应变片 优点：灵敏度高，机械滞后小、横向效应小、体积小等。 缺点：温度稳定性能差、灵敏度分散度大(由于晶向、杂质 等因素的影响)以及在较大应变作用下，非线性误差大等， 这些缺点给使用带来一定困难。 应变片的后续电路为电桥电路。
第一节 电阻应变片 半导体应变片灵敏度
S
dR R
E
这一数值比金属丝电阻应变片大50一70倍。
半导体应变片 优点：灵敏度高，机械滞后小、横向效应小、体积小等。 缺点：温度稳定性能差、灵敏度分散度大(由于晶向、杂质 等因素的影响)以及在较大应变作用下，非线性误差大等， 这些缺点给使用带来一定困难。 应变片的后续电路为电桥电路。
车辆载荷下埋地管道应力应变测试系统
车辆载荷下埋地管道应力应变测试系统
李春奇;姚文彦;李强林;孙彩云;沈勋诚;廖健成
【期刊名称】《管道技术与设备》
【年(卷),期】2022()6
【摘要】为了检测车辆碾压下埋地管道应力应变情况,建立穿越管段车辆行驶标准,设计搭建了一套车辆载荷下埋地管道应力应变测试系统。
介绍了应力应变测试系统设计与搭建的过程,采用系统进行管道带内压条件下车辆碾压实验。
实验结果表明,系统能够准确地检测车辆碾压时埋地管道的应力应变情况。
【总页数】4页(P23-25)
【作者】李春奇;姚文彦;李强林;孙彩云;沈勋诚;廖健成
【作者单位】中国石油化工股份有限公司天然气分公司;山东省天然气管道有限责任公司;西南石油大学石油与天然气工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TU996
【相关文献】
1.地表载荷对硬岩区埋地管道应力应变影响分析∗
2.复杂载荷作用下埋地管道的应力应变分析
3.落石冲击载荷作用下大口径埋地管道应变规律研究
4.车辆碾压载荷下埋地输气管道的动力响应研究
5.埋地管道在不同冲击载荷作用下的力学应变分析——评《油气管道地质灾害风险管理技术》
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一电阻应变片应用原理
被测管道 应变片 测量电路 放大电路 显示记录 仪器
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
一电阻应变片应用原理
1.应变效应 当金属丝在外力作用下发生机械变 形时，其电阻值将发生变化，这种现象 称为金属的电阻应变效应。
一电阻应变片应用原理
电阻应变测量方法： 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
一电阻应变片应用原理
1、半桥接线法 在测量电桥的桥臂AB、BC上接应变片，另外两桥臂AD、CD上接应变仪内 部固定电阻R，则称半桥接线法。由于下半个桥接的固定电阻不感受应变， 由公式可得应变仪的读数应变：
d 1 2
实际测量时，可分为两种情况： 1）半桥测量：电桥的两个桥臂AB、BC接应变片。 2）半臂测量：电桥的两个桥臂AB、BC上，任一桥臂上接工作应变片，而 另一桥臂接温度补偿片
管道应力应变测量
制作：常凯 齐永健
目录
一 电阻应变片应用原理
二 管道布片方案 三 数据收集处理
一 电阻应变片应用原理
金属电阻应变片测量系统可分为三个基本环节： 1. 传感器：通过弹性元件将力转变为应变，再由 电阻应变计将机械应变转变为电阻变化量。
2. 电阻应变仪：放大由电阻应变计组成的电桥所 输出地电压，以电压或电流信号输出。 3. 指示、记录装置：如计算机等。
dR d dL dA R L A
式中：dL/L为金属导线长度的相对变化
一电阻应变片应用原理
dA/A为导线横截面积的相对变化。 若导线直径为D，则
dA dD dL 2 2( ) 2 A D L
式中：μ为导线材料泊松比
dR d (1 2 ) R
布片方案要考虑测点的应力状态、构件的受载 情况和温度补偿原则。单向应力状态测点只贴一个 工作片, 主方向已知的双向应力状态测点贴两个工 作片, 如果主方向未知, 则在一点贴三个工作片或采 用应变花。当管道承受拉、弯、扭的不同载荷时, 应根 据测试要求确定应变片的布片方法, 以消除测量 结果中不需要的载荷影响。在温度沿构件表面变化 不大的测试件中, 测点可以按位置分组, 同一组的工 作片共用一个贴在附近的温度补偿片
2.电阻应变片的结构和工作原理 应变片的结构
一电阻应变片应用原理
4
3 b 2 1
栅长
l
栅宽
电阻应变片结构示意图
一电阻应变片应用原理
1、敏感栅：用合金丝或合金箔制成的栅。 栅长l：指两端圆弧内侧或两端横栅内侧之间的距离， 一般为0.2~100mm。 栅宽b：敏感栅外侧之间的距离。 应变片轴线：敏感栅纵栅的中心线。 2、基底：用来保持敏感栅的几何形状和相对位置。 3、盖层：用来保护敏感栅，常用材料有纸、胶膜、玻 璃纤维等。 4、引线：用来由敏感栅引出电信号的金属导线。用镀 锡铜线（通常）制成 5、粘结剂：将敏感栅固定在基底上，常用环氧树脂类 和酚醛树脂类粘结剂。
一电阻应变片应用原理
2、全桥接线法 在测量电桥的四个桥臂上都接上应变片。对于 等臂电桥，此时应变仪的读数应变由公式可得 出： d 1 2 3 4
单臂
半桥
全桥
一 常用金属电阻丝材料的性能
一 几种常用的国产应变片的技术数据
二 管道布片方式
二管道布片方式
应变花
900
450
00
二管道布片方式
管道承受弯曲和扭转组合作用时，钢管表面上 任意一点可以认为处于平面应力状态，如图所 示。
A
A
B
B
二管道布片方式
为了测圆筒主应力的大小及方向，在管 道的上下表面对应的两点A、B处分别粘 贴2枚电阻应变片，应变片的布片方案为 45º 应变花。可以按顺序选择不同角度的 三枚应变片为一组，测得三个不同方向 的应变值，则该点的主应力大小及方向 即可算出。
三 数据收集处理
数据采集系统的工作原理： 数据采集系统的硬件由传感器、数据采集仪和计算 机( 控制器与分析器) 组成。传感器部分包括各种电测 传感器。传感器的作用是感受各种物理量,例如力、线 位移、角位移、应变和温度等, 并将这些物理量转变为 电信号。 数据采集仪的作用是对所有的传感器通道进行扫描, 将扫描得到的电信号进行数字转换, 转换成数字量, 再 根据传感器特性对数据进行传感器系数换算( 如将电压 数换算成应变或温度等) , 然后将数据传送给计算机, 或 者将这些数据打印输出、存入磁盘。计算机是整个数 据采集系统的控制器, 控制整个数据采集过程
一电阻应变片应用原理
式中: R---金属丝电阻值的变化量; Ko---金属材料的应变灵敏系数,它主要由试验方 法确定,且在弹性极限内基本为常数值; ε---金属材料的轴向应变值,即 ,因此又称ε为长 度应变值,对金属丝而言,其值勤在0.24--0.4之间.
一电阻应变片应用原理
测量电桥的几种组成方法 合理利用桥路特性可达到以下目的： （1）实现温度补偿； （2）从复杂的变形中测出所需要的应变 分量； （3）扩大应变仪读数，以减小读数误差， 提高测量灵敏度。
一电阻应变片应用原理
工作原理： 由物理学可知：金属导线的电阻率为
L R= A
其中： 导线材料电阻率，L导线长度，A导线横 截面积
一电阻应变片应用原理
当金属导线沿其轴线方向受力变形时（伸长或 缩短），电阻值会随之发生变化（增大或减 小），这种现象就称为电阻应变效应。 将上式取对数并微分，得