实验五电测应力分析一、电测法的基本原理与方法

实验五 电测应力分析

一、电测法的基本原理与方法

电阻应变测量技术可用于测定构件的表面应变，根据应力与应变之间的关系，确定构件的应力状态。

按作用原理，电阻应变片测量技术可看成由电阻应变片、电阻应变仪及记录器三部分组成。它的工作原理是将电阻应变片固定在被测的构件上，当构件变形时，电阻应变片的阻值发生相应的变化，能通过电阻应变仪的电桥将此电阻值的变化转化为电压或电流的变化，并经放大器的放大，最后换算成应变数或输出与应变成正比的模拟电信号。

z 应变片

(1)概念：能将被测试件的应变量转换成电阻变化量的敏感元件。 (2)组成：由敏感栅、基底、覆盖层、引线四部分组成。

(3)原理：电阻变化与弹性体应变有确定的线性关系。这种电阻值随同变形发生变化的现象叫电阻应变效应。

关系表达式：

εK R

R

=Δ K －应变片的灵敏系数

z 电桥

由于被测构件变形引起应变片电阻的变化是很小，必须通过仪器来测量，这种仪器就是电阻应变仪。在电阻应变仪中一般有电桥将应变片的电阻变化转换为电压或电流的变化。如图：

(1)无载荷工作状态

()()

43214231R R R R R R R R E U ++−= 当 4231R R R R =

则电桥处于平衡状态，称为电桥的平衡条件

0=U

（2）有载荷工作状态

各臂阻值分别有ΔR1、ΔR2、ΔR3、ΔR4变化

()4321443322114

4εεεε−+−=⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝⎛Δ−Δ+Δ−Δ=

EK

R R R R R R R R E U

通过仪器转换直接输出应变值：

4321εεεεε−+−=r ()με

电阻应变仪电桥输出U 与各桥臂应变计的指示应变r ε

有下列关系： 其中 4321εεεε、、、分别为各桥臂应变计的指示应变，K 为应变片的灵敏系数，为桥压。

E 二、电阻应变片各种接桥方法

（一）接桥方法

（1）温补半桥接法 （2）互补半桥接法

（3）温补全桥接法（4）互补全桥接法

（二）温度补偿

在测量时，粘贴了应变片的被测试件总是处在一定温度环境中。应变计片由于温度改变而产生的电阻变化相当于应变片产生应变输出。这种由于温度变化引起的应变输出，一是由应变片电阻栅材料本身的电阻温度系数引起的，二是由于电阻栅材料与被测试件材料的线膨胀系数不同所引起的。显然，这是非被测（虚假）的应变，必须设法排除。排除温度效应的措施，称为温度补偿。根据电桥的性质，温度补偿并不困难。只要用一个应变片作为温度补偿片'R，将它粘贴在一块与被测试件材料相同但不受力的试件上。将此试件和被测构件放在一起，使它们处于同一温度场中。粘贴在被测构件上的应变片称为工作片。在连接电桥时，使工作片与温度补偿片处于相邻的桥臂。因为工作片和温度补偿片的温度始终相同，所以它们因温度变化所引起的电阻值的变化也相同，又因为它们处于电桥相邻的两臂，所以并不产生电桥的输出电压，从而使得温度效应的影响被消除。

必须注意，工作片和温度补偿片电阻值、灵敏系数及电阻温度系数应相同，分别粘贴在构件上和不受力的试件上，以保证它们因温度变化所引起的应变片电阻值的变化相同，如上图（1）。