实验应力分析电测法电桥特性及应用

R2 C
各桥臂应变片阻值变化为： 1 3 max
R4 D R3
R1 RT R1t R3 RT R3t
由于 R1t R2t R3t R4t
R2 RT R2t R4 RT R 4t
所以
u BD
V ( RT 4
R1t R
RT R2t R
工作片：
补偿片：
R 1 R P R W R 1t
R1 R P R W R 1t
R 2 R 2t R2 R2 t
由于
R1t R1t R2t R2t
所以
u BD
V 4
RP
RW
R1t
RP RW 2R
R1t
R2t
R2t
V 4
RP R
消除了偏心影响。
思考?：如何测偏心距e。
1、串联接线法
B
R1
R2
1
1 K
R1 R1
A
C
R DR
1 K
R1 Rn nR
1 n
1
2
n
结论：
1、桥臂的应变为各个应变计应变值的算术平均值；
2、当桥臂中串联的各个应变计的应变值相同时，桥臂的应变 就等于串联的单个应变计的应变值；
3、串联后的桥臂电阻增大，在限定电流下，可以提高供桥电 压，相应地使读数应变增大；
二、全桥四片测拉（压）
P
R1 R2 P
M=Pe R3 R4 M=Pe
各桥臂应变片阻值变化为：
B
R1
R2
A
C
R4 D R3
R1 RP RW R1t R2 RP RW R2t
R3 RP RW R3t R4 RP RW R4t
由于
R1t R2t R3t R4t
所以
u BD
V ( RP 4
§3-1 测量电桥的基本特性和温度补偿
一、 测量电桥的基本特性
uBD
V 4
K (1
2
3
4)
B R1 A
R2 C uBD
3．
R4 D R3
V
若相邻桥臂的电阻有大小相等、符号相反的变化，
而相对桥臂的电阻有大小相等、符号相同的变化，
则电桥的输出将增加三倍，即电桥的灵敏度提高为原来的四倍。
R R
R
R
R
( )
2、并联接线法
R1
R n
R1
1
1
1
R1
Rn
1
B
R1
R2
A
C
1 1
1
1 K
R1 R1
1 K
R1
R
Rn
结论：
n
R DR
1、当同一桥臂中所有应变计的电阻改变量都相同时，桥臂应
变为； 1
桥臂的应变就等于单个应变计的应变值；
2、并联后的桥臂电阻减小，在通过应变计的电流不超过最大 工作电流的条件下，电桥的输出电流可以相应地提高n倍。
§3-3 测量电桥的应用
P
R1
P
R2
补偿块
方法：最简单的方法是半桥补偿块补偿
B
R1
R2
A
C
R DR
缺点：不能消除偏心弯矩引起的附加应变
以下介绍另两种方法：
一、半桥四片补偿块补偿法测拉（压）
P
P
P
P
e
M=Pe
M=Pe
P
R1 P
M=Pe R1
M=Pe
R2
补偿块 R2
R1 B R2
R1
R2
A
C
R DR
R R
R R
R
R
0
R R
R R
R
R
(2 )
R R
R
R
R
( )
R
R R
( )
R
R
R
R R
( )
R
R
R R
R
(2 )
R
R R
?
R R
R R
(4 )
R R
R R
二、 温度影响及补偿方法
（一）、温度影响
1．当环境温度变化t 0C 时，由于敏感丝栅材料的电阻温度系数丝
而产生的电阻相对变化为
RW R
R1t
RP
RW
R
R2t
RP RW R31t RP RW R4t ) V [2(1 )] RP
R
R
4
R
消除了偏心影响，读数应变为拉伸引起的真实应变的2(1 ) 倍。
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三、 平面应力状态下的测量（主应力方向已知） B
T
R3 R2
A
1
450
R4 R1
T 3
max
R1 A
温度变化产生的总相对电阻变化为
对应的应变和应力为
Rt R
丝t K(构
丝 )t
t
E t
E
Rt / K
R
E K
丝t
E(构
丝 )t
t
E t
E
Rt / K
R
E K
丝t
E(构
丝 )t
例如：粘贴在钢试件上的康铜丝应变片，当温度变化1 0C
时的温度应力。
E 200 GPa
丝 20 10 6 / oC
K 2
桥路补偿法—— 1．补偿块法 2．工作片法
B
工作片
补偿片
A
R1 R2
C uBD
2 1
R4 D R3
灵敏度提高一倍 V
注：应变片灵敏系数相同、 粘贴工艺相同、材料相同
R1
R2
补偿块
R1 R2
§3-2 电阻应变计在电桥中的接线方法
目的：
1、 实现温度补偿 2、从复杂变形量中测出所需求的某一应变分量 3、增大应变仪的读数，减少读数误差
§3-1 测量电桥的基本特性和温度补偿
一、 测量电桥的基本特性
uBD
V 4
K (1
2
3
4)
B R1 A
R2 C uBD
2．
R4 D R3
V
相邻桥臂的电阻有大小相等、符号相反的变化，
或相对桥臂的电阻有大小相等、符号一致的变化，
则电桥的输出加倍，即电桥的灵敏度提高为原来的两倍。
第三讲 测量电桥的特性及应用
丝 15 10 6 / oC
构 11106 / oC
t
200 103 2
20106
1 200103
(1115) 106
1
1.2 (MPa)
（二） 、补偿方法
温度自补偿应变片法——
通过对应变片的敏感栅材料和制造工艺上采取各种措施，使 K、
丝 、构 、丝 几个系数互相配合，当应变片在一定的温度范围 内时，使 Rt 0。 常用于中、高温下的应变测量。
第三讲 测量电桥的特性及应用
§3-1 测量电桥的基本特性和温度补偿
一、 测量电桥的基本特性
uBD
V 4
K (1
2
3
4)
B R1 A
R2 C uBD
1．
R4 D R3
V
相邻桥臂的电阻有大小相等、符号一致的变化，
或相对桥臂的电阻有大小相等、符号相反的变化，
不影响电桥的输出。
第三讲 测量电桥的特性及应用
一、半桥接线法
对于等臂电桥 1、半桥测量
d 1 2
2、单臂测量
B
R1
R2
A
C
R4 D R3
B
R1
R2
A
C
d
R4 D R3
二、全桥接线法
对于等臂电桥
1、全桥测量
d 1 2 3 4
2、对臂测量
d (1) (3)
B
R1
R2
A
C
R4 D R3
B
R1
R2
A
C
R4 D R3
三、串联和并联式接线法
R1t R
丝t
2．当环境温度变化t 0C 时，由于敏感丝栅材料和被测构件材料的膨胀 系数不同应变片被迫拉长或缩短，而产生一定的附加应变，其值为
附 构t 丝t
式中：
构 ——构件材料的线膨胀系数 丝 ——敏感丝栅材料的线膨胀系数
R1t R
丝t
附 构t 丝t
相应的电阻变化为
R2t R
K(构 丝 )t