管道应力应变测量

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。
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
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。

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
三 数据收集处理

电阻应变仪的工作原理： 电阻应变仪的作用是将电阻应变片接入其电桥 电路, 将应变的变化信号转化为电压信号, 经放大器 放大后由检测仪器指示出应变数值, 原理见图2。



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
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
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
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。
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 )来自百度文库 R
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
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。