电测原理及应用

电测实验原理及其应用

[实验目的]

1、了解应变电测方法，学习并初步掌握应变电测技术的原理和应用。

2、掌握电阻应变计及静态电阻应变仪的工作原理和使用方法。

3、了解静态应力应变测量的步骤和使用中应注意的问题。

4、了解应变计的布片原则和组桥原理，并明确所给的几个静态电测实验中应变计的布片原理和实验测量中可用的联桥方法。

[实验原理]

利用安装（如粘贴）在被测构件表面上的电学敏感元件（电阻应变计）将被测构件的线应变（非电量）转换成电阻变化（电量），再通过专门的电阻应变测量仪器——电阻应变仪测量此电阻变化，从而间接测量出构件表面对应测点处沿敏感栅轴线方向的应变值。

1、电阻应变计的工作原理

应变计的敏感栅采用具有应变——电阻效应的合金箔或丝材制成，当敏感栅被拉长（或缩短）时，其电阻值将随之增大（或缩小）。大量实验 证明，在一定的应变范围内，应变计电阻值的相对变化量（ΔR /R ）与其长度的相对变化量（ΔL /L ） 成正比，即

εK L

L K R R =∆=∆ 其中比例系数K 称为电阻应变计的灵敏系数，L L ∆=ε为应变计在敏感栅栅长内沿栅长方向的平均线应变。

2、电阻应变仪的工作原理

电阻应变仪采用了某些测量电路，把对电阻应变计感应的电阻相对变化ΔR /R 的测量转换成电压或电流变化的测量，再经放大并以应变值输出。

电阻应变仪通常采用电桥测量电路，

将应变引起的电阻变化转换为电压或电

流信号。电阻应变仪的测量电桥多采用惠

斯登电桥（如右图所示）。在右图中，R 1、

R 2、R 3 和R 4 为四个电阻，它们构成电桥

的四个桥臂，电桥的A 、C 两端接直流电

源，电压为U ，称为桥压。B 、D 两端为

电桥输出，联接灵敏检流计G ，此即该电

桥的桥路。由电学原理可知，当满足条件

R 1·R 3=R 2·R 4时，电桥将处于平衡状态，桥

上无电流通过，I g = 0。在电阻应变测量中，

一般常用全等臂电桥，即初始桥臂电阻

R 1=R 2=R 3=R 4=R ，这时电桥必然处于平衡

状态。当四个桥臂电阻都用等阻值的应变计且感受不同的应变ε1、ε2、ε3和ε4时，电桥将失去平衡，桥路上将有电流通过。由前提假设、应变计工作原理及数学知识可推得此时桥路上的电流ΔI g 为：

)()

R R (4UK )R R R R R R R R ()R R (4U I 4321g 4321g g εεεε-+-+=∆-∆+∆-∆+≈∆ 式中UK /4(R g +R )为一常数因子。此结果说明测量电桥的电流输出与各桥臂的电阻相对变化（或应变）的代数和近似成正比关系，并且相邻桥臂的符号相反，相对桥臂的符号相同。因此该电流输出可按应变值来标定，并由应变指示器直接读出。应变仪读数一般用du ε表示，即应变仪的读数为：

4321du εεεεε-+-=

此结果称为电阻应变仪的加减原理，即“对臂相加，邻臂相减”。利用应变仪测量电桥的这一特性，根据构件的各种不同受力状态，采用相应的布片方式和合理的联桥方式便可增加电桥输出的灵敏度，以及消除一些不需要的应变读数，同时还可进行温度补偿。

3、应变值的修正

在应变测量中，应变仪的灵敏系数应与所用应变计的灵敏系数相同，但有时做不到这点。当应变仪的灵敏系数与应变计的灵敏系数不一致时，应变仪的显示值就不是实际应变值，因此应当进行修正。根据应变计和应变仪的工作原理分别有：

y y K R

R K R R εε=∆=∆ 于是有：

y y

K K εε=

式中K 和K y 分别表示应变计和应变仪的灵敏系数，y ε和ε分别表示应变仪显示的应变值和对应的实际应变值。

[使用仪器]

静态电阻应变仪、纯弯曲－拉伸实验台、弯扭组合变形实验台、条式水平仪、待测试样、螺丝刀等

[实验步骤]

1、学习应变电测技术的原理及相关知识，弄清应变电测技术的布片规则和接桥原理。

2、弄清电阻应变计的一般粘贴方法及其应注意的问题。

3、结合所给的静态电测实验装置，分析其布片及接桥的理论依据，并清楚不同接桥方式的利弊和应注意的问题。

4、就所给实验装置，进行接桥练习及应变仪的操作练习。

5、归整所用实验仪器设备，经指导教师验收后方可离开。

[实验结果]

写一份操作练习报告，谈谈你对电测实验的了解，并回答后面的思考题。

[注意事项]

1、在进行操作练习时，一定要在弄清原理、正确接线后再通电操作。

2、接线要牢固，不能有虚接现象。

3、应变仪的灵敏系数只能而且必须选一个，不能不选或多选。

4、应变电测属于精密测量，测试中不要移动仪器、导线或晃动实验台，以免数据漂移造成误差。

5、在测试过程中，如果发现显示屏一直在闪烁，表明接现有故障，应先断开电源，待查明原因后再接通电源测试。可能出现的原因有：线路连接错误、线路没接好形成了断路、或者是选在了空桥上，若不是这些原因引起的应请指导教师协助解决。

[思考题]

1、在电测实验中如何选用电阻应变计？

2、简述电阻应变计的布点及组桥原则。

3、粘贴电阻应变计时应特别注意哪些问题？

4、在电测实验中如何利用组桥方式消除应变计的温度效应？应注意哪些问题？

5、在电测实验过程中，应特别注意哪些问题？