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1、电测实验技术,郭金泉,电阻应变及测量桥路,人类为了认识和改造客观世界，就要以测试工作为基础，并且随着科学技术的不断发展，人类研究对象越来越复杂，测量的范围也也越来越广泛，材料力学测试仅仅是其中的一方面。,材料力学测试主要包括常用材料基本力学性能的测试，以及应力、应变测试等等。,一、概述,研究力学问题一般有两种途径，即理论分析和实验分析。两者相辅相成。,实验应力分析是用实验分析方法确定受力构件的应变、应力的一门学科，是材料力学测试的一个重要部分也是本门课程的主要研究内容。,通过实验应力分析可以检验和提高设计质量、提高工程结构的安全度和可靠性；可以减少材料消耗、降低生产成本；可以为发展新理论、设计
2、新型结构、创新工艺以及应用新材料提供依据；可以推动理论分析的发展，并且能有效地解决许多理论上不能解决的实际问题，是一门不断发展的学科。,二、实验应力分析方法,实验应力分析方法很多，主要有：应变电测法、光测法、脆性涂层法和应变机械测量法等。其中最广泛应用的是应变电测法和光测法。,电阻应变测试方法：用电阻应变片测定构件表面的应变，再根据应变应力关系确定构件表面的应力状态的一种实验应力分析方法。,电测法中有电阻、电容、电感、电磁等多种方法。,1、电测法,（1）优点：有较高的灵敏度和精度，测量范围广，易于实现数字化和自动化，可在高温、高压、强磁、液下等特殊条件下使用，体积小，尺寸小，重量轻，可实现现场
3、的实时检测。,（2）缺点：只能测构表面的应变，不能全域性测量，受外界环境（如温度）的影响。,2、光测法,光弹性法：它是利用偏振光通过具有双折射效应的透明受力模型获得干涉条纹图，再根据条纹与模型内主应力大小、方向的关系，得到模型内的应力分布情况，再由相似理论推导实物的应力。,光测法中有光弹性法、全息干涉法、激光散斑干涉法、云纹法等，其中以光弹性法应用比较广泛。,三、电阻应变片,金属丝的电阻值，与其长度，截面积，电阻率的关系,构件受载后，产生应变，电阻值的相对变化,1、电阻应变片工作原理,为材料的灵敏系数,2、电阻应变片的构造,电阻应变片由敏感栅、引线、基底、盖层、粘结剂组成。其构造如图所示：,四
4、、应变测量电路,若弹性模量,用此应变片用于测量2MPa的应力时，其电阻的变化为:,从前面的讨论知道：电阻应变片的作用是将构件表面的应变转变为电阻的变化。其关系式为：,对电阻应变仪的要求？,惠斯登电桥,R1两端的电压降为：,显然 太小了。为了便于测量，需将应变片的电阻变化转换成电压（电流）信号，再将信号放大，然后由指示仪（记录仪）指示出应变值，这一任务是由电阻应变仪来完成的。,R1两端的电压降为：,R4两端压降,BD两端的输出电压,如果各桥臂阻值变化则输出电压式中用,（精确公式）,如果各桥臂阻值变化则输出电压式中用,BD两端的输出电压为：,若将上式展开，并将平衡条件（R1R3=R2R4）代人上式
5、，且略去高阶微量，同时考虑应变电桥中的等臂电桥和半等臂电桥，上式都可以简化为：,可以线性叠加，叠加原则：相邻桥臂符号相反，相对桥臂符号相同。,若四个桥臂为应变片，其灵敏度K均相同，代入 则电桥输出电压为 ：,五几种常用的组桥方式,1. 单臂测量,2. 半桥测量,3. 全桥测量,4. 对臂测量,5. 温度补偿,6. 串联和并联接线法,串联,所以：,2.串联后桥路电阻增大，在限定电流情况下可加大供桥电压，加大输出。,1.串联桥臂应变为各个应变计应变值的算术平均值,并联,桥臂应变,若各个应变计电阻改变量相同,并联后桥臂电阻减小，输出电流可以提高。用电流表记录有利。,六内力分离,组合变形的构件，通过合
6、理布置应变片位置和方位，并采用正确的组桥接法可以将应变单独测量出来,例1：偏心拉压,为消除偏心的影响在弹性杆件上对称地贴了四个应变片,将各点结果代入公式,仪器读得的应变值与待测应变值的比成为桥臂系数，本例中桥臂系数为,例2，圆轴受扭矩和拉力共同作用，要求从扭矩中分离拉力影响,接成全桥，可得,例3. 拉弯扭组合变形时应变测量,分别代表轴向拉力，弯矩和扭矩在被测点450方向上引起的应变,应变仪读数为,可以测得扭转引起的切应力,薄壁圆筒的弯扭组合变形实验,弯矩引起的正应力,扭矩引起的切应力,剪力引起的切应力,参考教材： 范钦珊：工程力学实验 （自习：实验误差分析与数据处理） 庄德恩：实验应力分析若干问题及分析方法 计欣华：工程实验力学,
