电阻应变测量

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,电阻应变测量,电阻应变测量技术是一种确定结构及构件,表面,应力状态的实验分析方法。,目前这是实验应力分析中广泛应用的一种测试手段,。,1,将电阻应变计粘贴在被测构件表面，当构件受力变形时，,应变计随着构件一起变形,，此时应变计的电阻值发生相应的变化。通过电阻应变仪测定应变计中电阻的改变并转换成应变值，在应变仪上显示，或输出与应变成正比的电信号，用仪器记录下来，就能得到被测点的应变及应力。,应变电阻变化电流（电压）变化放大记录,电阻应变片 电阻应变仪 记录器,工 作 原 理,2,工 作 原 理,早在1856年，英国人,W.Thomson,在铺设海底电缆时发现电缆的电阻值随海水深度不同而变化。,用铜丝和铁丝进行拉伸试验，得出：,铜丝和铁丝的应变与其电阻变化成不同的函数关系，且由于应变而产生的微小电阻变化可用惠斯顿电桥测量。,即：,应变可转换成电阻变化并用电学方法测量,3,工 作 原 理,1938年，美国生产出第一批纸基丝式电阻应变计。,1952年，英国制出第一批箔式电阻应变计。,1957年，制出第一批半导体电阻应变计,4,优点,实物测量，简单，快捷，准确，周期短。,测量精度高。 1,=10 ,测量范围广。 1, 10,万,频率响应好。测动应力 0 1 10赫,复杂环境下测量。高温，低稳，强磁场等。,易实现实验数字化，自动化及无线电遥测。,通用性好，可制成各类高精度传感器,。,5,缺点,逐点测量，不易得到构件的全域应力应变场及应力分布。,一般只能测量构件的表面的应变。,测量值是应变计敏感栅内的平均应变，在应力梯度大的情况下误差较大。,6,一 电阻应变计,1.电阻应变计的构造,普通的电阻应变计是由敏感栅，基底，粘结计，覆盖层，引线组成。,引线,敏感栅,基底,7,1 电阻应变计的构造,箔式应变计,的制造工艺流程,康铜薄膜,180,0,烘干,制光刻胶膜,离心机,照相制版,接引线 外形检验 腐蚀 显定影,调整电阻值（,120,） 覆盖胶膜,8,一 电阻应变计的构造,敏感栅金属材料需满足：,1 灵敏系数大，且能在相当大的应变范围内保持不变。,2 电阻率高。,3 电阻温度系数小。,4 易于加工。,9,1 电阻应变计的构造,基底材料需满足：,1 厚度小，机械强度高，可挠性好。,2 与粘结剂的粘合能力好。,3 绝缘强度高。,4 热稳定性好。,5 抗潮湿。,6 无滞后和蠕变现象。,7 稍透明，便于观察应变片的安装质量。,常温应变计一般用有机聚合物做为基底，常用的有环氧树脂，聚酰亚胺等。,10,2 应变计的工作原理,先考查金属导线的电阻应变效应,P P,11,2 应变计的工作原理,金属丝原始电阻值为：,金属的电阻率,L,金属丝的长度,A,金属丝的横截面积,12,2 应变计的工作原理,当金属丝沿轴向受力变形时，电阻值发生变化，对上式微分：,其中 为金属丝长度的相对改变，,13,2 应变计的工作原理,同时金属丝直径由D变为D， D= D（1-,）,导线面积改变为,因为 所以,14,2 应变计的工作原理,代入上式得,研究表明，金属丝受力变形时，在弹性范围内,，因而电阻的相对变化率 与金属丝的线应变,成正比。,在塑性范围内， 常量。,15,2,应变计的工作原理,令,代入上式得,这就是电阻应变计的工作原理。,其中 为金属丝的灵敏系数。与金属丝的成分，加工工艺，热处理等有很大关系，需由实验测定。,16,3 应变计的各项工作特性,工作特性的好坏直接影响应变测量的精度。,电阻应变计国家标准GB/T13992-92 对各项工作特性指标规定A,B,C,D四等。,17,3 应变计的各项工作特性,1 应变计的灵敏系数,2 横向效应系数,3 热输出,4 应变计电阻,5 应变计零点漂移,6 机械滞后,18,3 应变计的各项工作特性,7 蠕变,8 应变极限,9 绝缘电阻,10 疲劳寿命,11 灵敏系数随温度变化,12 热滞后和瞬间热输出,19,4 电阻应变计的类型,按敏感栅材料可分为：,金属电阻应变计,半导体电阻应变计,根据敏感栅的结构分为：,单轴应变计:只有一个敏感栅,测量一个方向的应变.,多轴应变计(应变花):二个以上敏感栅,测量平面应变.,复式应变计:各种传感器用栅行。,20,4 电阻应变计的类型,根据安装方式分为：,粘贴式： 常规的粘接计,焊接式： 金属基底高温下,喷涂式： 临时基底,埋入式： 混凝土，塑料中测量内部应变,21,4 电阻应变计的类型,根据工作温度分为：,常温应变计: -30,C,+60 C,.,低温应变计: -30,C,以下.,中温应变计: -30,C,350,C,高温应变计: 350,C,以上,。,22,5 应变计的粘贴与防护,常温应变计的安装是用粘贴剂粘贴在被测构件表面上。,安装应变计是靠手工操作，,规范操作，准确粘贴,是实验成功的关键之一。,23,5 应变计的粘贴与防护,应变胶的种类和性能：,固化后要有较强的粘接能力；抗剪强度高；蠕变小；受温度，湿度影响小；胶层与构件热膨胀系数相近；绝缘电阻大；对敏感栅无腐蚀；固化快。,24,应变胶的种类和性能：,类型,主要成分,牌号,适合的基底,最低固化条件,固化压力,（MPa）,使用温度(,C),硝化纤维粘接剂,硝化纤维,纸,室温10,h,60 C2h,0。51,-5060,氰基丙烯酸脂粘接剂,氰基丙烯酸脂,501,502,纸，胶膜,纤维，玻璃,室温1,h,指压,-5060,环氧类粘接剂,环氧树脂,纸，纤维，玻璃,常温固化,指压,-60100,酚醛类粘接剂,酚醛树脂,胶膜,纤维，玻璃,150,C 1h,指压,-60150,25,5 应变计的粘贴与防护,应变计的粘贴技术,1 检查，分选,2 被测构件表面处理,3 贴片,4 固化,5 检查外观，测量应变计电阻及绝缘电阻,6 固定导线,7 防护处理,26,二. 测量电路,测量电路的作用就是将应变计的阻值变化转化为电压或电流的信号。直流桥式电路（惠斯顿电桥）：,B 各桥臂为R,1,R,2,R,3,R,4,，AC为输入端，输入,电压U,AC,，BD为输出端，输出电压U,BD,R,1,R,2,首先分析 U,BD,的大小，,A C 在ABC半桥，AC间电压为 U,AC,U,BD,R,1,的电流为,R,4,R,3,D I,1,= R,1,二端电压为,U,AC,U,AB,= I,1,R,1,=,27,同理，在,ADC半桥中， R,4,二端的电流为,I,4,= R,4,二端电压为,U,AD,= I,1,R,4,=,电桥输出电压为：,U,BD,= U,AB,-U,AD,= -,= U,AC,二. 测量电路,28,当输出 电压 U,BD,=0，R,1,R,3,=,R,2,R,4,电桥平衡 初始状态,工作时,各桥臂电阻变化,增量为,R,1,R,2,R,3,R,4,时,U,BD,= U,AC,代入R,1,R,3,=,R,2,R,4,略去高阶微量整理后得,U,BD,= U,AC,二. 测量电路,29,二. 测量电路,令,R,1,=,R,2,=R,3,=R,4,等臂电桥,上式为,U,BD,=,四臂都是应变计,灵敏系数相等,代入,U,BD,=,输出电压与应变成线性关系。,相邻桥臂符号相反，相对桥臂符号相同。,30,二. 测量电路,电桥平衡:,1. 电阻平衡,B,R,5,为电位器,可在小范围内调节,电阻值,。,R,1,R,2,因此, R,1,R,2,R,3,R,4,的阻值不能,相差太大,.,A C,2. 电容平衡,R,4,R,3,由于交流供电或导线的长度等,原因，桥路存在分布电容,并联,一个电容,调节电桥的电容平衡,D.,31,三.电阻应变仪,电阻应变仪的功能是配合应变计组成电桥,并将应变电桥的输出电压放大,以便得出应变值.,动态电阻应变仪,应变随时间变化,按频率响应,静态电阻应变仪,应变不随时间变化,32,三.电阻应变仪,交流电桥,放大器,相敏,检波器,稳压,电源,振荡器,滤波器,指示仪表,记录仪器,33,三.电阻应变仪,1.,交流电桥,将应变计电阻变化转换成电流或电压信号.振荡器产生的正弦波交流电压作为电桥的供桥电压.由信号电压对它进行调幅,输出一窄频带的调幅电压信号送入放大器.,2.,放大器,将电桥送来的微弱信号进行不失真放大,输出足够的功率.,3.,相敏检波器,检波是将调幅波还原成放大的信号电压,相敏是分辨信号电压的极性,反映其伸长或缩短的应变.,34,三.电阻应变仪,4.,滤波器,对动态测量,将相敏检波后的信号波形上的高频成分滤掉,使波形平滑.,5.,指示仪表,记录仪器,静态应变仪的数字显示表;动态应变仪的磁带记录仪,X-Y记录仪.目前常用的电脑.,6.,振荡器,产生正弦电压供给电桥,同时供给相敏检波器作参考电压,其频率为测量频率的十倍左右.,35,四.温度效应的补偿,贴有应变计的构件总是处在某一温度场.温度变化时应变计敏感栅电阻会随之变化.当电阻丝材料与构件材料的热膨胀系数不同时,阻丝受到附加的拉伸或压缩,产生虚假应变.这种现象就叫,温度效应,.,实验表明,低碳钢材料温度,5,C,有约,30,个虚假微应变产生.,因此在测量中必须消除温度效应的影响,进行,温度补偿,.,36,四.温度效应的补偿,由前面的等臂电桥输出电压：,U,BD,= =,因此,应变仪的读数,d,为：,d=,1,-,2,+,3,-,4,相邻桥臂电阻的应变值相减，相对桥臂电阻的应变值相加。,温度补偿正是利用电桥的这一特性。,37,四.温度效应的补偿,1.,补偿块补偿法,将一应变计（补偿片）贴在一块与构件材料相同但不受力的试件（补偿块）上，并将此块放在与被测构件同一温度场中。将工作片与补偿片分别接入电桥的相邻两臂,因为：,B,d,=,1,-,2,+,3,-,4,代入得,R,1,R,t,d,=,（,1p,+ ,1t,）,-,2t,+,(,3p,+,3t,),-,4t,A C =,1p,+ ,3p,R,t,R,3,D,38,四.温度效应的补偿,温度补偿须满足的条件,1. Rt与R 必须电阻值相等，最好是同一批的产品。,2 .Rt与R必须置放同一温度场中。,3 .Rt与R必须粘贴在相同材料上。,39,四.温度效应的补偿,2.,工作片补偿法,在同一被测构件相同温度场时，可在构件上粘贴几个工作应变计,将它们适当地接入电桥中.其中每个应变计都包含外力与温度引起的应变,.,B,由,：,d,=,1,-,2,+,3,-,4,R,1,R,2,代入得,d,=,（,1p,+ ,1t,),-,(,2p,+ ,2t,),A,C,+,(,3p,+,3t,),-,(,4p,+,2t,),=,1p,- ,2p,+,3p, ,4p,R,4,R,3,D,40,五.接入电桥的方式,在实际测量中，可利用电桥的基本特性，采用各电阻应变计在电桥中不同的连接方式达到不同的测量目的：,1 温度补偿。,2 在较复杂的组合变形中测出指定的应变，排除其他成分的干扰。,3 提高灵敏度，扩大应变读数的放大倍数。,41,五.接入电桥的方式,应变计在电桥中的接法常见的有三种:,1 全桥,d,=,1,-,2,+,3,-,4,2 半桥双臂,d,=,1,-,2,3 半桥单臂,d,=,1,42,1,全桥,d,= ,1,-,2,+ ,3,- ,4,B,1 电桥四臂均为工作片,R,1,R2,2,相对两臂接工作片，另两,臂补偿片。,A C,R,4,R,3,D,五.接入电桥的方式,43,五.接入电桥的方式,2 半桥,由于桥臂AD和CD接固定电阻，不感受应变，因此,d,= ,1,-,2,B,单臂,R,1,为工作片，,R,2,为补偿片,R,1,R,2,双臂 R,1,R,2,均为工作片,A C,D,44,五.接入电桥的方式,应变计感应的是构件表面的,拉压应变,。一般情况下，这些应变是有多种内力共同作用的。而应变只能显示测定的拉，压应变值，不会分辨其中的各种应变成分。,实验中就需要我们根据实际情况，合理选择贴片方位，把应变计合理的接入电桥，,利用电桥的性质,从复杂的组合应变中分离出指定的应变成分，排除其他成分。,45,五.接入电桥的方式,例1 构件受弯矩与拉伸作用,求:1 弯矩的应变;,2,2 拉伸的应变,解: 弯矩:在梁的上下表面各贴二,1 3,片应变计,接半桥双臂电桥,B 由,d,= ,1,-,2,+ ,3,- ,4,得,R,1,R,2,d,=( ,1M,+ ,1N,+,1t,)-(,2M,+,2N,+,1t,),A C =,1M,-,2M,=2 ,1M,46,五.接入电桥的方式,B 解: 拉力:,R,3,R,t,a: 将中性层的应变计3接半桥单臂,由,d,= ,1,-,2,+ ,3,- ,4,得,A C,d,=（,1N,+ ,1t,)- ,t,= ,1N,b:,用,R,1，,R,2,为工作片，组成全桥，由,B,d,= ,1,-,2,+ ,3,- ,4,得,R,1,R,t,d,=(,1N,+ ,1M,+,1t,),-,2t,+(,3N,+ ,1M,+ ,1t,),- ,4t,=(,1M,+ ,1N,)+(,3M,+,3N,),A C,=2,1N,R,t,R,2,D,47,五.接入电桥的方式,3 串联接桥 在应变测量中，若采用多个应变计,B,， 也可将应变计串联接入测量桥。,R,1,=,nR,R,2=,nR,因R,1,=,nR,R,1,=,n,R,所以,A C,可见与桥臂AB上只接单个电阻的,R,4,R,3,相对变化量完全相同。但串联后,D,桥臂 电阻增大，提高供桥电压，,增加信号输出,。,48,五.接入电桥的方式,3 并联接桥,B,， 还可将多个应变计并联接入测量桥。,R,1,=,nR,R,2=,nR,因R,1,=,R/,n,R,1,=,R/,n,所以,A C,可见与桥臂AB上只接单个电阻的,R,4,R,3,相对变化量完全相同。但串联后,D,桥臂 电阻增大，提高供桥电压，,增加信号输出,。,49,六.贴片方位与应变换算关系,测点上的贴片数和方位,应由力学分析估算及应力状态而定.,1 主应力方向已知,单向应力状态,:只要沿主应力方向贴应变计,测,得,d,由虎克定律,=E,求得应力.,平面应力状态,:沿二主应力方向各贴应变计,测,得主应变,d1,d2,由广义虎克定律求解应力.,50,六.贴片方位与应变换算关系,2 主应力方向未知,一般被测点都是没有外力作用的表面-,平面应力状态,.有三个未知量:,1,2,0 .,在该点沿三个不同方向贴三个应变计,得,max,min,6-1,51,六.贴片方位与应变换算关系,首先要求出三个应变分量:,x,y,xy,.,由于应变计得出的是,线应变,，无法测得剪应变。,在被测点沿三个不同方向,a, ,b, ,c,贴三个应变计,分别测得三个方向的线应变,a, ,b, ,c,52,六.贴片方位与应变换算关系,由应力状态理论得：,a,=,b,=,b,=,53,六.贴片方位与应变换算关系,三方程联立解得三个未知量,x,，,y,，,xy,。,代入,6-1,式，得,max,，,min,，,0,。,各向同性材料主应力与主应变同向，,max,，,min,， ,0,1,2, ,0,54,六.贴片方位与应变换算关系,通常为计算方便，将,a, ,b, ,c,设置成特殊的角度，如0,0,，45,0,，60,0,，90,0,。,将三个特殊角度敏感栅制作在同一基底上，即为,应变花,。,应变花由于采用了特殊角布置，其计算方式亦标准化。,55,六.贴片方位与应变换算关系,直角应变花,适用于主应力方向大致知道的情况。将相互垂直的二片沿估计的二个主应力方向粘贴，其对贴片方位的误差不甚敏感，比其他类型的应变花结果较为准确。,等角应变花,用于主应力方向无法估计的情况。,四轴应变花,用法与三轴相同，可用多余的一个应变校验其它三个应变读数的准确性。,56,七 应变测量若干技术问题,1,应变计的选用,常规应变计尺寸 0.5 x 0.5, 10 x 10,mm,在一般金属材料的测量中，为减少,贴片方位误差,和,应变计横向效应,的影响，在可能的范围内选栅长较大的应变计。,57,七 应变测量若干技术问题,特殊规格应变计,小标距应变计,： 0.2x0.2, .05x0.5 mm,用于匀质材料，应力梯度较大区域。如应力集中等。,大标距应变计,：10x10, 100x100 mm,用于非匀质材料，如混凝土表面应变计标距应大于粗骨料（石子）直径的四倍。,58,七 应变测量若干技术问题,2 贴片方向的影响,应变计粘贴后的实际方位难保与预定的基准完全重合，由此带来测量误差。,=,(,1,-,2,) sin(2,+,) sin,应变测量误差,与,粘贴方位角偏差,，,和,预定粘贴方位与该点主方向夹角,有关。,59,七 应变测量若干技术问题,=,(,1,-,2,) sin(2,+,) sin,在单向应力状态，若,=0，5，,1%。,在双向应力状态，若,=30 ，=1，,=6.1%,=45 ，=5，,=32%。,60,七 应变测量若干技术问题,3 横向效应的影响,H=,H ：,应变计横向效应系数,K,B,：应变计横向灵敏系数,K,L,：应变计纵向灵敏系数,一般应变计,H,3%，,在单向应力状态下，应变读数误差不大于1,%，,工程上可以不用修正。,61,七 应变测量若干技术问题,4 长导线的影响及其修正,应变测量中如果构件尺寸很大或由于安全考虑，测量仪器需离被测物很大距离，就需要很长的导线连接应变计和测量仪器，这时导线电阻R,L,和分布电容都较大，将影响测量结果需修正。,长导线修正公式：,= ,j,(1+R,L,/R),:,实际应变值；,j,：,应变仪读数；,R,L,：,导线电阻；,R,L,：,应变计电阻。,62,七 应变测量若干技术问题,5 多点测量和接触电阻,静态应变测量中，经常有大量测点，各测点通过转换开关轮流接到应变仪上，由于转换开关之间存在接触电阻，而造成测量误差。另外，使用公共补偿，补偿片与工作片通电时间不等，温升不同，影响补偿效果。,63,七 应变测量若干技术问题,一般转换开关的接触电阻为0.01,0.08，,对一般的测量可以忽略，若测量精度要求较高，可用全桥接法将接触电阻抵消。,公共温度补偿片对工作片应为,1：5,，,最多不能超过,1：8,。,64,静态应变测量举例,全国大学生力学实验竞赛题,65,66,全国大学生力学实验竞赛题,67,全国大学生力学实验竞赛题,要求：,一确定截面弯心；,二加载点在处，测定截面指定点的应力：,上下翼缘外表面中点；,腹板外側中点；,弯曲正应力沿高度的分布规律,68,全国大学生力学实验竞赛题,首先进行受力分析：,弯曲正应力 弯曲切应力扭转切应力,69,全国大学生力学实验竞赛题,一确定截面弯心:,平面弯曲时梁上只有弯矩引起的正应力和切应力，扭转切应力为，因此测截面中心的扭转切应力,K 截面中心轴外K 截面中心轴内,70,全国大学生力学实验竞赛题,一确定截面弯心:,组成全桥,1 3,4 2,71,全国大学生力学实验竞赛题,一确定截面弯心:,加载点选四点如图示，,分别等差加载从100N500N；,得出四组等差数列，算出,；,20 10 -10,-20,X,72,全国大学生力学实验竞赛题,一确定截面弯心:,做出与,关系图， 此直线与轴的交点即为弯心的位置,=8.54,理论值：,x,= 8.,73,全国大学生力学实验竞赛题,二测定截面指定点的应力：,上下翼缘外表面中点,由于结构对称，上下翼缘外表面中点应变绝对值相等，只需求出一个，再判定符号,上翼缘布片：,A,1,C,求：,M,M,T,，,tg,A,C,74,全国大学生力学实验竞赛题,二测定截面指定点的应力：,求弯矩,M,：,求,M,：,3,=-,3,=-,求,：,1,=,1,=,a,c,75,全国大学生力学实验竞赛题,二测定截面指定点的应力：,上下翼缘外表面中点；,主应力：,主应力角：,76,全国大学生力学实验竞赛题,二加载点在处，测定截面指定点的应力：,腹板外側中点：,77,全国大学生力学实验竞赛题,要求：,一确定截面弯心；,二测定截面指定点的应力：,上下翼缘外表面中点；,腹板外側中点；,弯曲正应力沿高度的分布规律,78,八 动应变测量,动应变为应变随时间而变化，即,应变是时间的涵数,。,动应变产生的原因有的是构件运动，有的是载荷随时间变化。,工程中有大量的运动构件如汽轮机的叶片，柴油机的曲轴连杆，飞机的螺旋浆等。,象桥梁，铁轨等就是载荷变化。,79,八 动应变测量,通常动应变分为：,1,周期性应变,2 随机应变,3 冲击应变,测量：必须将应变随时间变化的过程记录下来，再分析计算动应力。,80,八 动应变测量,1,应变计的动态响应,在构件应变波传递到敏感栅的过程中会受到粘结剂和应变计基底对应变波中高次谐波的衰减。,因粘结剂和应变计基底很薄，敏感栅对应变的响应时间在,0.2,s,左右,可以认为是,实时响应,。,考虑,构件应变沿应变计栅长方向传播,时应变计的动态响应，在可能的范围内尽量选用,小栅长应变计。,81,八 动应变测量,2,应变计的疲劳寿命,应变计用于动态测量时，若测点应变变化频率较快，测量时间较长，应变计经受的应变循环次数很多，要求所用应变计具有较高的疲劳寿命。,一般应变计,常温,下疲劳寿命为,10,5,10,6,次，动态应变计的疲劳寿命为,10,7,10,8,次。,82,八 动应变测量,3 动态应变仪,动态应变测量要求得到,应变随时间变化,的过程。在测量系统中必须配备相应的记录装置。,由于被测应变的频率范围不同，各种动态应变仪和记录仪的频率范围都有限制。,应根据动应变的频率范围选择合适的测量仪器系统。,要注意各仪器之间的阻抗匹配。,83,八 动应变测量,如测量冲击应变，由于信号中包含的频谱很宽，一般动态应变仪不能满足高频率响应的要求，需用特殊的仪器。,随着计算机软件的飞速发展，动态应变测量中的许多环节都已软件化。测量，分析，计算更加简便。,84,九 特殊条件下的应变测量,1,非常温条件下应变电测,在航天航空，动力工程，化工等许多领域的设备和结构构件处于非常温的工作状态。,除解决材料本身的高低温强度问题，,研究结构在温度和机械负载综合作用下的强度和刚度问题,是非常必须的。,在非常温测量中，通常测试条件都非常恶劣。,85,九 特殊条件下的应变测量,1,专门的电阻应变计,常温应变计只适用 -30,C,60 C，,超出范围需根据实际温度选用专门的高（低）温应变计。,低温应变计: -30,C,以下.,中温应变计: -30,C,350,C,高温应变计: 350,C,以上,。,由于温度变化，应变计一般选用,温度自补偿式,。,86,九 特殊条件下的应变测量,1,专门的电阻应变计,应变计的选用必须考虑测量的要求和构件的实际情况。,1）,被测构件的材料及其物理力学性能（弹性模量，热膨胀系数，强度极限等）。,2）,构件形状，尺寸，表面曲率，应力状况。,3）,工作温度范围，分布情况，变化速度,。,4）,环境介质（高温蒸汽，干燥空气等）,。,5）,测量精度。,87,九 特殊条件下的应变测量,2,特殊的应变计安装方式和测量导线,高，低温应变计安装有,粘贴,，,焊接,，,喷涂,等，有特殊的工艺，比常温应变计粘贴（快干胶）复杂的多。,对于形状不太复杂的中小构件中温可选用粘贴式。,中高温粘贴计都需经180,400 C,的固化和稳定化处理。,88,九 特殊条件下的应变测量,2,特殊的应变计安装方式和测量导线,尺寸较大的金属构件，较高温度时应选用焊接式。,需使用金属基底高温应变计。,用专门的点焊机或滚焊机和焊枪，瞬时通过大电流，把应变计金属基底熔化而牢固安装在构件上。,89,九 特殊条件下的应变测量,2,特殊的应变计安装方式和测量导线,高温高湿环境应选用喷涂式。,将敏感栅做在临时基底上（紫铜或聚四氟乙烯），用喷涂金属氧化物的方法，先在构件表面喷涂（0.1,0.2mm）氧化铝涂层，将临时基底应变计固定在氧化铝涂层，用溶剂溶去临时基底，再对敏感栅喷涂使其全部被涂层覆盖，只露出应变计引线。,90,九 特殊条件下的应变测量,2,特殊的应变计安装方式和测量导线,国产低温应变计在-30,-,200 C，,国外有,-270,C,的应变计。,敏感栅用卡玛合金或铁铬铝，基底用浸胶玻璃丝布，粘结计用地JSF-2或J-06-2胶。,在低温范围内实现温度自补偿。,91,九 特殊条件下的应变测量,2,特殊的应变计安装方式和测量导线,测量导线视不同的温度范围有,康铜,，,卡玛合金,，,铁铬铝,等。要求导线有较大的电阻率和较小的电阻温度系数。,导线与应变计引线的连接除,锡焊,（100,150 C,）外有,点焊,，,熔焊,，,钎焊,（高于200,C,）等。,导线直径在0.3,0.5mm，太细电阻大，太粗则较硬不方便走线。,92,九 特殊条件下的应变测量,3,同时测量温度分布和变化,通常非常温环境工作的结构构件温度分布是不均匀的，且可能随时间变化的。,必须在测量应变的同时准确地测出各测点的实际温度变化,，并用于应变计热输出，灵敏系数等特性的修正。,常用的有,加装热电藕,法和,加贴测温片,法，,93,九 特殊条件下的应变测量,4 测量数据处理及误差分析,与常温应力测量比较，高温应力测量数据处理上有很大不同，特别是对应变片指示应变读数，需经过几个修正才能得到实际应变。,1）导线电阻修正,2）热输出修正,3）灵敏系数修正,94,九 特殊条件下的应变测量,2 高压液下的应变测量,动力和化工工程中有许多设备如锅炉，化工容器，压力泵等是在高压液态介质中工作，内部承受的工作压力从几个到上万个大气压。,这些设备在工作时不允许发生破坏，否则会产生严重后果。因此，必须对其结构的安全可靠性进行鉴定，实时跟踪。,电阻应变测量法是目前几乎唯一可用的测量充满液体的高压容器内壁应变的方法。,95,九 特殊条件下的应变测量,高压液下测量时，应变计和导线与液体介质接触并受液压作用，必须解决：,1,高压液下应变计和引线的防护,2 应变计引线从容器引出的密闭,3 应变计在高压下的压力效应修正,只有解决以上问题才能准确地测定容器高压液下的内壁应变。,96,九 特殊条件下的应变测量,1,高压液下应变计和引线的防护,工程压力设备中工作介质多种多样，不同介质应有不同的防护方法。,A,油类介质：,一般不需特殊防护，在应变计上涂一层石腊或硅胶防潮。,B 水类介质：,用化学涂层法，在应变计和引线处涂一层或几层化学防水剂。要求防水剂有良好的绝缘性，与构件有很好附着力和粘结性，低弹模，无腐蚀，操作方便。,测量导线可用高强度漆包线或聚氯乙烯绝缘线。,97,九 特殊条件下的应变测量,2 应变计引线从容器引出的密闭,高压液下应变测量，容器内应变计导线必须通过导线密闭装置引出到容器外的应变仪上。,导线密闭装置一般安装在容器外壁上，利用容器原有通孔引出导线。,A 要求即能传出应变信号，又能保证容器密闭。,B 装置密封可靠，结构紧凑，可引出导线数量较多，方便装卸。,98,九 特殊条件下的应变测量,2 应变计引线从容器引出的密闭,常用密封装置有：,A,环氧树脂密封剂,。环氧树脂是一种耐高压，耐腐蚀的高分子聚合物。在高压下能防水性能良好。,B,锥塞型密封装置,。,99,九 特殊条件下的应变测量,3 应变计在高压下的压力效应修正,处于高压容器内壁的应变计，除了随容器受压引起应变外，还由于高压介质对敏感栅的压力引起店阻变化，导致附加应变-,应力效应,。,应力效应与容器形状，介质压力，应变计形状，应变计基底材料，粘结剂种类和厚薄等有关。,A 圆桶测定法：根据“厚壁圆筒内外壁轴向应变相等”，在容器轴向内外壁各贴应变计，半桥连接，测得应变即为压力效应。,100,九 特殊条件下的应变测量,3 应变计在高压下的压力效应修正,B,试块补偿法：用二试块，各贴一应变计，一块放容器内，感受受压力效应；一块放容器外，不受力。二应变计半桥连接，测得应变即为压力效应。,101,3 运动构件应力测量,工程上有许多运动中的机械构件，如汽轮机叶片，涡轮发电机的转盘，飞机的螺旋浆等，常常需要对其实际工作状态下的应力分布进行研究，电阻应变测量是最常用的测试方法。,运动构件分为静态应变与动态应变。,运动构件应变测量中必须解决的技术问题：,九 特殊条件下的应变测量,102,九 特殊条件下的应变测量,1,构件运动时空气摩擦使构件表面温度升高，且温度分布不均匀，不稳定。应采取特殊的温度补偿技术。,构件高速运转时与周围空气摩擦，使构件表面温度升高；还有些构件是在高温环境中工作，均需考虑温度的补偿。,运动构件一般用,温度自补方法,。,103,九 特殊条件下的应变测量,2,应变计和导线的防护,运动构件上的应变计和导线要承受很大的惯性力和气流的冲刷力，都可能使应变计和导线损坏和剥离。,应变计面积小，质量轻，只要粘贴质量好一般不会因惯性力而损坏；只需在应变计粘贴好后用粘贴剂涂上表面，把应变计覆盖，以免气流冲刷对应变计的破坏。,导线固定可用粘结剂，将导线粘贴在构件上；也可用不锈钢薄片将导线包紧焊在构件上。,对于高速旋转的构件，在布置应变计和导线时要考虑对称性，避免引起偏心振动。,104,九 特殊条件下的应变测量,3旋转构件的应变信号传递,在旋转构件应变测量中，应变计随构件一起旋转，应变仪静止。,测量中既要很好的传递应变信号，又要保证导线不被绞断。,集流器,就是联系随构件旋转的应变计和应变仪的设置。,集流器：转子连接应变计，随构件转动。,定子连接应变仪导线，静止不动。,转子与定子能够相对运动，能够传递构件上应变计的电信号。,105,十 应变电测基本步骤,1,确定测点方位,：对被测构件的结构构造，工作原理，受力情况，使用材料等因素了解并进行大概的力学分析。找出大概的最大载荷点，最大变形点和应力集中区。,2,安装应变计,3,测量,4,实验数据处理，分析,5,误差分析,106,