第五章应变测试系统

（2）测拉力应变排除弯矩应变。 方法一：贴温度补偿片，接成全桥。
R1 P P
M
R3 R2 R4
M
R1 R2
R3 R4
0 0
P
P
M T
0 0
M
T
P M
T T T
U i U [( ) ( ) ] o K P M T T P M T T 4 U i K 2 P 4
第五章 应变测试系统
光弹性实验法 电阻应变测量
脆性涂层法
云纹法
全息干涉法
6.1 应变片
一、工作原理：金属线材的应变效应
R K0 R
放大 记录
二、电阻应变测量过程
应变 电阻变化 电流或电压变化
三、电阻应变测量的特点
优点：a.应变片尺寸小，重量轻 b.频率响应好（0～500KHz） c.测量范围广（10～10４微应变 ） d.可在各种恶劣条件下使用，价格便宜 缺点？
e.测量应变的灵敏度和准确度高
四、应变片的工作特性 （1）横向效应：横向电阻变化将抵消纵向一 部分电阻变化，使整个应变片的灵敏度降低。
（2）线性及机械滞后：初始加载和卸载时有非 线性和较显著的滞后现象。 （3）零点漂移：试件不受力的条件下，温度恒 定，而应变片的指示应变值随时间而改变的特性。
（4）蠕变：在某一恒定应变状态下，保持温 度不变，其指示应变值随时间而变化的特性 。 （5）疲劳寿命：在某一交变应变幅度下，应 变片所能经受的有效工作循环次数。105-107次。
温度补偿：排除温度效应影响的措施。
温度补偿原理
温度补偿
P
T T
R1
P
R2
Ui Uo K( P T T ) 4 Ui K P 4
要实现温度补偿应注意的问题：
补偿片和工作片的性能参数完全相同
贴补偿片的材料与被测试件材料相同
补偿片和工作片尽量放近一些，处于同一温 度场 工作片、补偿片接在相邻桥臂上
比较两种方法
例2：求如图所示试件由弯矩引起的应变。
解：方法一：
R1
M
M
M
M
T
R2
R1 R2
M
0
M
T T
T
Ui Uo K(M T T ) 4 Ui KM 4
方法二：
R1 M M
R2
R1 R2
M T M T
M
T
Ui U o K (1 2 ) 4 Ui K[( M T ) ( M T )] 4 Ui K 2 M 4
R 4Ui R4上的电压降为： U 4 R3 R4
输出电压为：
R R R R 1 3 2 4 U U U U 1 4 o i ( )( ) R R R R 1 2 3 4
若： 1 3
＝ R R R R Uo 0 ，电桥平衡 2 4，则：
当各桥臂电阻发生变化时，输出电压发生变化：
工作桥臂：接入的是应变片，有电阻变化。
根据电桥工作中桥臂电阻值变化情况可分为半桥 单臂、半桥双臂和全桥三种联接方式。
全等臂桥 各桥臂电阻相等：R R R R 1 2 3 4
R很小，远小于桥臂电阻值，故略去分母中的 R
U R R R R i 3 1 2 4 U ( ) O 4 R R R R U i (K K 2 K K 4) 1 1 2 3 3 4 4
6.4 提高应变测量精度的措施
提高供桥电压
增大输出电流
减小贴片误差
减小接触电阻 长导线电阻影响的修正 测量应变的定度 其他措施
五、应变片主要参数(P176-177)
• 几何尺寸
• 电阻值
• 绝缘电阻（一般大于２0兆欧，100兆欧） • 灵敏度系数 • 允许电流 • 其他
6.2 应变测量电路
应变电桥：电桥全部或部分由应变片构成。 直流电桥 电压输出
Ui I1 2＝ R1 R2
Ui I 34＝ R3 R4
U R 1 i R1上的电压降为：U 1I 12 1 R R R 1 2
若： R R R 1 1 1 则：
R R R 2 2 2
R R R 3 3 3
R R R 4 4 4
R )( R ) R )( R ) ( R ( R R R 3 4 1 3 2 4 1 2 U U o i ( R R )( R R ) R R R R 1 2 3 4 1 2 3 4
二、贴片及组桥
例1：求受拉试件应变。
P P
解：方法一：
P
T T
R1
R2
P
Ui Uo K P 4
方法二：
P R1
感受横向拉力
R2 P
R1 R2
P T P T
P
T
Ui Uo K (1 2 ) 4 Ui K[( P T ) ( P T )] 4 Ui K (1 ) P 4
例3：求试件由拉力和弯矩共同引起的应变。
P M M P
解： （1）测弯矩应变排除拉力应变。
R1 P P
T M P R M M P M T U i U K [( ( o P M T) P M T)]
2
P
M
T
R1 R2
4 U i K 2 M 4
一般组桥时，各桥臂的参数要求相同，可以认为
K K K K K 1 2 3 4 U i 所以： U K ( ) o 1 2 3 4 4
半桥
R R 0 3 4
U i U K ( 2) o 1 4
单臂桥
R R R 0 2 3 4
方法二：
R1 P M
A向
R2 P
R3
R4 M
A向
R1
R2
R1 R2 R3 R4
P M T P M T P M T P M T
P
M
U i U [( PMT)( T) o K P M 4 ( P MT)( T)] P M U i K 2 ( 1 ) P 4
Ui Uo K1 4
特性
应变电桥的和差特性：相邻相减，相对相加
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
U i U ( ) o K 1 2 3 4 4
和差特性的应用： 可实现温度补偿，输 出电压放大等作用。
温度效应及温度补偿
温度效应：由于温度变化引起的应变片敏感栅 电阻的变化。
R [ K ( )] T T T e g R
6.3 布片与组桥
一、电桥的特点 （ 1） R 是电桥的平衡条件，实际 R R R 4 2 1 3 测量时需先进行预调平衡。 （2）如相邻两臂有大小相等，符号一致的变 化，或是相对两臂有大小相等，符号相反的变化， 则不破坏电桥的平衡。 （2）若相邻两臂阻值有大小相等符号相反的 变化，则电桥的输出比其中单独一个臂所引起的电 桥输出大一倍。若相邻两臂阻值有大小相等符号相 同的变化也如此。