电测应力原理
应力检测原理
应力检测原理
应力检测原理是通过测量物体受力后产生的形变或应变来判断其受力状态的一种测试方法。
在实际应用中，常用的应力检测原理包括电阻应变片原理、应变计原理和激光干涉法原理。
首先，电阻应变片是一种具有性能稳定、可重复使用的应力测量元件。
它通过在应力作用下形成电阻值变化，来间接反映物体的应变情况。
当物体受到压力或拉伸时，电阻应变片会随之发生形变，进而改变其电阻值。
通过测量电阻的变化，可以推算出物体所受的应力。
其次，应变计原理是一种更加直接的应力测量方法。
应变计是一种高精度的电阻应变元件，通过粘贴在被测物体的表面，当物体受到力的作用时，应变计会产生应变，并且应变的大小与物体所受的应力成正比。
应变计内部具有电阻，通过测量电阻的变化，可以获得物体所受的应力值。
最后，激光干涉法原理是一种非接触、高精度的应力测量方法。
该方法利用激光的干涉原理，通过激光束的反射和干涉，测量物体表面形变的微小位移。
物体在受力作用下会出现形变，根据形变产生的位移，可以计算出物体所受的应力大小。
以上是常用的应力检测原理，通过采用合适的测量原理，可以准确地判断物体受力状态，为工程设计和科学研究提供重要数据支持。
电测法应力分析实验
第二章 电测法应力分析实验电测法是实验应力分析中应用最广泛和最有效的方法之一，广泛应用于机械、土木、水利、材料、航空航天等工程技术领域，是验证理论、检验工程质量和科学研究的有力手段。
第一节 矩形截面梁的纯弯曲实验一、实验目的1.熟悉电测法的基本原理和静态电阻应变仪的使用方法。
2.测量矩形截面梁在纯弯曲时横截面上正应力的分布规律。
3.比较正应力的实验测量值与理论计算值的差别。
二、实验设备和仪器1.多用电测实验台。
2.YJ28A-P10R 型静态电阻应变仪。
3.SDX-I 型载荷显示仪。
4.游标卡尺。
三、实验原理及方法实验装置如图2-1所示，矩形截面梁采用低碳钢制成。
在梁承发生纯弯曲变形梁段的侧面上，沿与轴线平行的不同高度的线段22-、11-、00-、11'-'、22'-'（00-线位于中性层上，22-线位于梁的上表面，22'-'线位于梁的下表面，11-和11'-'、22-和22'-'各距00-线等距，其距离分别用1y 和2y 表示）上粘贴有五个应变片作为工作片，另外在梁的右支点以外粘贴有一个应变片作为温度补偿片。
将五个工作片和温度补偿片的引线以半桥形式分别接入电阻应变仪后面板上的五个通道中，组成五个电桥（其中工作片的引线接在每个电桥的A 和B 端，温度补偿片接在电桥的B 和C 端）。
当梁在载荷作用下发生弯曲变形时，工作片的电阻值将随着梁的变形而发生变化，通过电阻应变仪可以分别测量出各对应位置的应变值实ε。
根据胡克定律，可计算出相应的应力值实实εσE = 式中，E 为梁材料的弹性模量。
梁在纯弯曲变形时，横截面上的正应力理论计算公式为zI y M ⋅=理σ式中：2/Fa M =为横截面上的弯矩；123/bh I z =为梁的横截面对中性轴的惯性矩；y 为中性轴到欲求应力点的距离。
图2-1 矩形截面梁的纯弯曲四、实验步骤1.测量矩形截面梁的各个尺寸，预热电阻应变仪和载荷显示仪。
应力测定实验演示文稿
（1）应力计算
E 1 2
(
)
E 1 2
(
)
（2）测量误差计算
e 100 %
— 应力测量值
— 应力理论计算值
5、实验报告要求
① 容器测点位置分布图 ② 各种载荷下的实测应变读数 ③ 各测点应力值计算 ④ 各测点应力理论计算值 ⑤ 在容器外形图上画出应力分布曲线 ⑥ 测量误差计算 ⑦ 分析测量误差产生的原因
5．对容器进行几次加载、卸载循环。消除应变片初受载后的永久变形，使 滞后误差趋于稳定。每次卸载后需进行预调平衡，然后按加载步骤加载，记 下应变读数。当应变读数和滞后量趋于恒定时，才可进行正式测量。
6．系统最后一次卸载后先检查一下平衡情况，然后加载进行正式测量， 记录每种载荷下，各测点的应变读数。 7．测量结束后，系统卸载，并关闭电动机及其它测量仪器。
1．根据选择的测点和布片方案进行表面打磨、划线定位、表面脱脂 处理、粘贴应变片、固化及防护等工作。
2．用相同长度和相同型号的导线，一端和工作片连接，另一端和预 调平衡箱连接。每根导线都需进行编号，并记下相对应的测点编号， 以免发生错误。
3．按应变仪、预调平衡箱的操作规程对各测点进行预调平衡。 4．打开排气阀，开动试压泵，将容器内的气体排除，然后关闭排气 阀，对实验容器进行加载。
若被测部位在弹性范围内工作，对测得的应变值，可以采用虎克定律换算 得到对应的应力值。
2．实验内容 主要对各种典型薄壁容器筒体、ห้องสมุดไป่ตู้盖及接管或筒体的连接不连续处
的应力分布进行测试。试件可以为一些自制的薄壁容器模型，也可采 用工业产品的一些小型薄壁容器，使测试对象形式多样并具有工程实 际意义。
四、实验操作步骤
贴片步骤
电测法的基本原理
R1 + ∆R1 R4 + ∆R4 )−( ) E （式 7） R1 + R2 + ∆R1 + ∆R2 R3 + R4 + ∆R3 + ∆R4
由式 6 和式 7 可以解出电桥电压的变化量 ∆U DB ，当 ∆R / R << 1 ， ∆U DB 可简化为
∆U DB =
∆R3 ∆R ∆R2 ∆R a b ( 1− )E − ( 4 − )E 2 2 R2 R3 (1 + a ) R1 (1 + b) R4
∆U DB =
E EK ∆R1 / R1 = ε1 4 4
( 图2)
R4
2.
半桥测量 电桥中相邻两个桥臂参与机械变形的电阻片(R1.R2)，其它两个桥
臂 不 参 加 机 械 变 形 ( 如 图 3) ， 这 时 电 桥 输 出 电 压 为 ：
∆U DB =
E ∆R1 ∆R2 EK ( − )= (ε 1 − ε 2 ) 4 R1 R2 4
电阻仪是测量应变的专用仪器， 电阻仪的输出电压 U DB 是用应变值 ε 仪 直接显示的。 与电阻片的灵敏系数 K 相对应，电阻仪也有一个灵敏系数 Κ 仪 ，当 Κ 仪 ＝K 时， ε 仪 ＝ ε 即电阻仪的读数 ε 仪 值不必修正，否则，需要按下式进行修正。
Κ 仪 ε 仪 = Kε
梁上由抽样标定测得，标定梁为纯弯曲梁或等强度梁。对于电阻片来说，式 5 可写成
∆R = kε R
式中 k 为电阻应变片的灵敏系数。 k 值在电阻应变片出厂时由厂方标明， k 值一般为 2.0 左右。
二、
测量电路及其工作原理
1. 测量电路 测量电路的作用是将电阻片感受的电阻变化率 ∆R / R 变换成电压变化输出，再 经放大电路放大。测量电路有多种，最常使用的就是惠斯登电桥电路，它有四个桥 臂 R1，R2，R3，R4 顺序地接在 A，B，C，D 之间（如下图） 。电桥的对角点 AC 接 电源 E，另一对角 BD 为电桥的输出端，其输出电压为 UDB ，可证明输出电压：
应力检测的原理
应力检测的原理应力检测的原理是通过测量物体受力后产生的变形量来判断其受力状态的一种方法。
应力是物体内部由外部施加的力引起的内部应变，而应变则是物体内部单位长度的相对伸缩变化。
通常情况下，应力与应变之间存在一定的线性关系，应力检测就是利用这种关系来确定物体受力状态的。
应力检测可以通过多种方法实现，常用的有应变片、应变计、压阻式力传感器、剪应力传感器等。
应变片是一种常见的应力检测器件，它是由金属材料制成的薄片，其外形一般呈矩形或圆形。
应变片在受力作用下会发生应变，而应变大小与受力大小呈线性关系。
通过将应变片粘贴到被测物体上，当物体受到外力作用时，应变片会发生应变，从而改变其电阻值。
利用电气测量原理，可以通过测量应变片上的电阻变化来计算出物体所受的应力大小。
应变片广泛应用于各种工程领域，如机械结构应力分析、材料力学性能测试等。
应变计是另一种常见的应力检测器件，它是由弹性元件和敏感电路组成的。
弹性元件通常是由金属材料或弹性橡胶制成的弹簧或薄膜，当物体受到外力作用时，弹性元件会发生形变，从而改变其电阻、电容或电感等特性，进而改变敏感电路的输出信号。
通过测量敏感电路的输出信号，可以确定物体所受的应力大小。
应变计通常用于小范围的应力测量，具有灵敏度高、响应快等特点。
压阻式力传感器是一种基于电阻变化原理进行测量的应力检测器件，它由压阻薄膜、支撑底片和传感电路组成。
当物体受到外力作用时，压阻薄膜发生应变，使得应变区域的电阻值发生变化。
传感电路通过测量压阻薄膜的电阻值变化来计算出物体所受的应力大小。
压阻式力传感器广泛应用于工业控制和自动化领域，常用于重量测量、力矩测量等。
剪应力传感器是一种专门用于测量剪应力的应力检测器件。
它包含一个屈服横梁和敏感电路，当物体受到剪应力作用时，屈服横梁发生形变，使得敏感电路的输出信号发生变化。
通过测量输出信号的变化，可以确定物体所受的剪应力大小。
剪应力传感器广泛应用于工程领域，如地震勘探、土壤力学等。
应力测试仪 原理
应力测试仪原理
应力测试仪是一种用于测量材料或结构在受力下产生的应力和变形的仪器。
它可以帮助工程师和研究人员评估材料或结构的强度、刚度、可靠性和安全性。
应力测试仪的原理基于胡克定律和应变测量原理。
胡克定律认为，当材料受到外力或载荷时，其产生的应力与应变成正比。
也就是说，材料的应力等于它的弹性模量乘以应变。
应力测试仪通过施加与材料或结构所受应力相对应的载荷，然后测量载荷与应变的关系，从而计算出材料或结构的应力。
通常，载荷是通过机械手或液压系统施加的，而应变是通过传感器测量的。
传感器可以是应变片、应变计、光纤传感器等。
在进行测量时，首先需要将材料或结构安置在应力测试仪的测试夹具中。
然后，通过操纵操作面板或计算机软件，施加逐渐增加的载荷，同时测量与此载荷相对应的应变。
应变与载荷之间的关系可以通过胡克定律得到，从而计算出材料或结构的应力。
除了测量应力，一些高级的应力测试仪还可以测量其他相关的力学性质，如弹性模量、屈服强度、断裂强度等。
通过这些测量结果，工程师和研究人员可以评估材料或结构的性能，优化设计和改进材料选择。
总而言之，应力测试仪利用胡克定律和应变测量原理，通过施
加载荷并测量应变，来计算材料或结构的应力。
它为工程师和研究人员提供了一种评估材料或结构性能的重要工具。
1电测法简介
变片。
（1）半桥接线法
若在测量电桥中的AB和BC
臂上接应变片，而另外两臂CD 和DA接应变仪内部的固定电阻 R，则称为半桥接线法，如图 所示。由于CD和DA桥臂间接
固定电阻，不感受应变，即应变为零。由公式
εds =ε1－ε2+ε3－ε4
可得到应变仪的读数应变为
εds =ε1－ε2
（2）全桥接线法 在测量电桥的四个桥臂上 全部都接感受应变的工作片， 称为全桥接线法，如图所示。
电阻应变片的工作原理是把应变片牢固地粘贴 于试件上，使应变片与试件同步变形，金属丝电阻 值就发生变化。
2、应变片的工作原理 通过应变片的介绍而知， 应变片是由特殊金属电阻丝 所组成，由物理学可知，金 属丝的电阻R与其长度L成正比，与其截面积A成反比。并与电 阻率ρ 有关，它们的关系式为
L R A
的理想敏感元件。
此外，还有很多专用应变片，如剪切应变片，多轴应变 片（应变花）、高温应变片、残余应力应变片等。
三、电测法的工作原理: 电阻应变片粘贴在被测构件表面的被测点上， 当构件受外力作用产生变形时，应变片将随之产生 相应的变形，应变片的阻值发生变化，通过电阻应
变仪中的电桥将此电阻值变化转化为电压或电流的
此法既能提高灵敏度，实现
温度补偿（互补），又可消
除导线过长的影响、同时还降低接触电阻的影响。此时应
变仪的读数应变由公式（1）即可得出 εds =ε1－ε2+ε3－ε4
电桥的四个桥臂上都接感受应变的工作片，且 R1=R2=R3=R4，此时，温度应变可以互相补偿。若在构件 的受拉区粘贴R1、R3产生拉应变，在受压区粘贴R2、R4产 生压应变，即负值。由上式可得到 εds =ε1－(－ε2)+ε3－(－ε4 )=4 ε测
应力测试仪工作原理
应力测试仪工作原理应力传感器是应力测试仪的核心部件，其作用是将材料受力的物理量转化为电信号。
常用的应力传感器有应变片传感器、电阻应变计和压力传感器等。
应变片传感器是常见的一种应力传感器，其工作原理基于应变效应。
应变片传感器由多个微小金属或半导体片组成，当材料受力产生应变时，传感器内的应变片也会发生微小的形变，进而使电阻发生改变。
通过测量电阻的变化，即可获取材料所受应力的大小。
电阻应变计也是一种常用的应力传感器，其原理基于电阻的变化。
电阻应变计是由导电材料制成的彩色薄膜，在受力后，薄膜发生形变导致电阻值的变化。
通过测量电阻的变化，可以得到材料所受的应力。
压力传感器通常是将应力转化为压力，再通过测量压力的变化来获取材料所受的应力。
对于不同类型的压力传感器，其工作原理会有所不同。
应力传感器将材料所受的应力转化为电信号后，需要通过转换器将其转换为能够被检测系统识别的信号。
转换器一般采用模数转换器（ADC）或电桥等装置。
模数转换器将传感器输出的模拟电信号转换为数字信号，以便进行数字处理和分析。
数据处理系统是应力测试仪的另一个重要组成部分，用于接收传感器转换的信号并进行数据处理。
数据处理系统通常包括微处理器、存储器和其他必要的电子元件。
微处理器对传感器输出的数字信号进行处理，可以进行数据记录、数据分析、数据计算、数据显示等操作，以便得到所需的测试结果。
显示器是应力测试仪的末端输出设备，用于将处理后的数据结果以可视化的形式显示出来。
显示器可以采用LCD、LED等技术，能够显示测试结果的数值、图像和曲线等信息。
除了上述的组成部分，应力测试仪还可能包括样品夹持装置、控制台、输入设备、供电装置等。
样品夹持装置用于固定待测试材料，以保持其受力状态。
控制台和输入设备用于设置和控制测试参数，如采样频率、采样点数等。
供电装置则用于为整个系统提供所需的电能。
综上所述，应力测试仪的工作原理是通过应力传感器将材料所受力转化为电信号，并通过转换器、数据处理系统和显示器等组成部分进行信号处理和显示，以获得材料所受应力的相关信息。
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电测应力
10
R2 R3 R2 R3 Rt
U1 U U2
R1
R4
1 2 3 4 r
二、半桥接法：
测量桥上，R3、R4用固定电 阻， R1、R2接应变片，则
三、温度补偿问题：
如果应变片粘贴在构件上，
1 2 r
Tuesday, November 06, 2018
B
R1 R2 UBD D E R3
若R1为应变片，R2为可变 R4 电阻，R3、R4固定，则只 要改变R2的大小，使 UBD=0，即可知 R1的变化 情况 Tuesday, November 06, 2018 Mechanics of Materials
B
电测应力
6
2）测量加载荷前
R1=R2=R3=R4 =R 3）加载后各电阻变化量 △R1
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------应变仪的读数
电测应力
9
R1
Rt
R2 U1 E2 R1 R2
U2
E1
R4
R3
R4
R3
测量桥
读数桥
kE1 k * E2 ( 1 2 3 4 ) r ★若U1+U2=0，则 4 4
Mechanics of Materials
（三） 电阻应变仪 一、电阻应变仪的测量原理
1、△R=R·kε R=120Ω
电测应力
5
k=2 ε在几十个με（10-6）
△ R-----10-4—10-3Ω 一般不直接测量电阻。 2、电阻应变仪测量原理---惠斯登电桥 1）电桥平衡时 UBD=0 R1R3=R2R4
电测应力
2
3、指示记录仪器
用来记录电压或是电流的变化，最终的目的是记录应变
三、优、缺点
1、优点 1）测量精度高：利用电阻应变仪测量应变，具有较高的 精度，达10-6 2）传感元件小： 应变片（传感元件）的尺寸很小，最小标 距可达1mm，可粘贴在构件的很小部位上 测得局部的应变 3）测量范围广：电阻应变仪能适应高温、低温、高液压下、 远距离等各种环境下的测量，不仅能传感 静载，也能传感动载，还可进行多点测量。 2、缺点 1）只能测量构件表面 Tuesday, November 06, 2018 Mechanics of Materials
E1 R1
B
R2
A
R4 R3
C
U1
1 2 1P T T r 1P r
Tuesday, November 06, 2018 Mechanics of Materials 应变仪的读数直接为测量点的应变值！
电测应力
1
（一） 概述
在实验应力分析中，方法有许多，如光弹性测量法，电测法等。 电测法应用最多。
一、电测法
将机械量的变化（如变形、位移等）转换成电学量（如电 阻、电感、电容等）的变化，从而测得机械量的变化。
二、电测法测量系统
1、应变片 传感元件，把变形量转化为电阻的相对变化 2、电阻应变仪
将电阻的相对变形转化成为电压或电流放大后或直接以 应变显示出来或由指示记录仪器完成对应变的记录 Tuesday, November 06, 2018 Mechanics of Materials
★若调节应变仪的灵敏系数k*，使得 kE1 k * E 2
1 2 3 4 r
Tuesday, November 06, 2018
----应变仪的读数公式!
Mechanics of Materials
（四） 电桥的接法
一、全桥接法：
测量桥上的四个 桥臂都接上应变 片（可以是四个 点也可以是四个 方向），则 测量桥 R1 E1 E2 读数桥 R4
、△R2 、△R3 、 △R4
R1
R2 UBD
R4
4）记录△UBD，可知ε的变化
D E
R3
U
E 1 R1 R2 R3 R4 ( ) 4 R R R R
E1 k ( 1 2 3 4 ) 4
3、应变仪中的双电桥
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电测应力
4
三、转化原理： k---应变片的灵敏系数 R k R ε---应变片所在的位置的应变
△R---应变片由于变形（与构件同步变形）而产生的电阻变化。
四、注意事项：
1、与构件表面的绝缘关系到测量的精度 2、均匀粘贴在构件表面上，不可留有气泡，应变片粘贴 的情况直接影响到测量结果。
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Mechanics of Materials
电测应力
11
若温度发生变化，应变片的线膨胀系数与构件不一样，这样， 应变片电阻丝随温度变化而改变，测得的应变将包含温度变 化的影响，不能真实反映构件因受力而引起的应变。
半桥接法： A、B----接测点应变片 B、C----接非测点应变片 R3、R4 用固定电阻 （相同材料，相同环境、不受 载的点上只有由于温度变化而 产生的应变) 。则
2）应变片有一定的面积，测得的是应变片范围内的平均应 变，即不能显示应力集中处的梯度和分布
3）得不到全域性的应力分布
电测应力
3
（二） 电阻应变片
一、结构：
常用的应变片有金属电阻应变片和半导体电阻应变片。
如下图所示。
引出线
a
箔式
半导体式
l 金属丝式
二、基本参数：
标距、宽度、灵敏系数及参考电阻值。
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3、应变仪中的双电桥 测量桥 R1 R2
电测应力
7
U1 E1 R4 R3
U
Rt E2 R1 R2
U2
读数桥
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R4
Mechanics of Materials
R3
电测应力
8
R1
R2 U1
Rt E2
R1
R2
U2
E1
R4
R3
R4
R3
测量桥
读数桥
kE1 ( 1 2 3 4 ) 测量桥： U 1 4 ' E R 读数桥： U 2 ( 1 R2 R3 R4 ) E2 ( ) 2 1 2 3 4 4 R R R R 4 1 K*----应变仪的灵敏系数 E 2 k * r 4