应变测试方法.

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1、 实验应变分析主要的测试方法 电测法 包括电阻、电容、电感测试法 电阻法较常用,具有高灵敏度和精度。因是电信号测 量,易于实现数字化、自动化;可用于不同环境下的 测量;成本低廉。缺点是只能点测量固定方向应变, 不能全域测量。 光测法 包括光弹性、全息干涉、激光散斑干涉、云纹法等 光弹性法应用广泛,是利用偏振光通过具有双折射效 应的透明受力模型从而获得干涉条纹图,可观察全域 应力分布情况;快速测定应力集中系数;内外部边界 应力测量。但周期长、成本高。 机械测试法 利用引伸仪测定试件变形需经过放大。有杠杆式和齿 轮式两种。 电阻应变片的发展与应用 电阻应变片测量技术起源于19世纪。 1856年,汤

2、姆逊对金属丝进行了拉伸试验,发现金属 丝的应变和电阻的变化有一定的函数关系;之后,人 们利用惠斯登电桥来精确地测量电阻的变化。 1938年,E西门斯(ESimmons)和A鲁(ARuse ),制出了第一批实用的纸基丝绕形式电阻应变片。 40年代,出现了可调节的由测量电桥和放大器组成的 电阻应变仪,使电阻应变测量技术在工程技术和科学 实验领域内获得广泛的应用。 1953年P杰克逊利用光刻技术,首次制成了箔式应 变片,随着微光刻技术的进展,这种应变计的栅长可 短至0.178mm 1954年史密斯发现半导体材料具有的压阻效应。 为了克服直流放大器信息的漂移和线性精度度差等缺 点,传统的电阻应变仪都采

3、用交流放大器以载波放 大方式传递信号这种仪器的性能稳定,其精度能满 足一般的测试要求,但它的工作频率受载波频率的限 制,而且存在电容,电感影响,测量精度等问题。 1957年,W.P.Mason,等研制出半导体应变片,其灵 敏系数比金属丝应变片高50倍,现已用于不同环境、 条件下各种类型的电阻应变片,还有用于测量残余应 力和应力集中等的特殊应变片 60年代,出现了采用直流放大器的电阻应变仪。 近来,朝着数字化、自动化方向发展,现已有数字式测 量动、静态数据采集处理系统。目前,各种不同规格、 不同品种的电阻应变片已有二万多种 电阻测量技术可分为静态应变测量和动态应变测量两类 。 恒定的载荷或短时稳

4、定的载荷的测量,称为静态测量; 对载荷在2-1200Hz范围内变化的测量,称为动态测量。 不同的工作温度对电阻应变片和导线等有不同的要求, 一般将应变测量按工作温度分为五个区段: 常温应变测量: 30一60C0 中温应变测量: 60一300C0 高温应变测量: 300C0 低温应变测量: -30一-l00C0 超低温应变测量: -l00C0 线性度 要求输入与输出的关系是线性; 灵敏度 输出的变化量与输入变化量的比值; 滞后现象 输入量增、减时,输出量不同,出明显滞后现象; 灵敏度与分辨率 当输入量由零增大时,能够测量到的最小值称为灵 敏度; 零飘与温飘 输入量不变,环境温度不变,输出量随时间

5、变化成 为零飘;外界温度变化所引起的变化成为温飘; 测量的基本概念 电阻测量应变原理及方法 电阻应变片测量技术 是用电阻应变片测量构件的表面应变,在根据应 力应变关系式,确定构件表面应力状态的一种 实验应力分析方法。 测试过程: 被测部件 应变片 测量电路 放大线路 显示记录 惠斯登电桥 电阻应变片测量应变 电阻应变片 应变片的工作原理 因绝大部分金属丝受到拉伸或缩短时,电阻值会 增大(或减小),这种电阻值随形变发生变化的现 象,叫做电阻应变效应 电阻应变片就是基于金属导体的电阻应变效应制 成的。 电阻应变片 当电阻丝受到拉伸、压缩时有下式存在 电阻应变片 称为单根金属丝应变灵敏系数。可见二者

6、存在 线性关系。 常有电阻应变片的灵敏系数 电阻应变片 电阻应变片的构造 电阻值下限: 单用一根金属丝作为敏感元件来测量应变,在理 论上是可能的。然而,为了防止电源超载,并使 金属丝中电流所产生的热量不过大,金属丝的电 阻值不能太小,对金属丝的阻值绐定一个下限: 约为100 比如:若用直径为0.025mm、电阻为1000 的金属丝制造一个100 的应变计,就要求单根 丝长为100mm。应变测量时,往往要求测量构件表 面一点处的应变。把电阻丝做成栅状,直接粘贴 于构件表面,就能使电阻丝长度问题及应变片安 装问题得到解决。 电阻应变片的构造 电阻应变片主要由敏感栅、基底、引线、粘结剂 和覆盖层五部

7、分组成。 电阻应变片的构造 电阻应变片性能参数 应变片电阻 在无受力及室温测定下的电阻值。 通常:120;250;300;500;1000 灵敏系数 轴向受力,应变片电阻值的变化与沿轴向应 变的比值。 电阻应变片性能参数 K 是反映电阻应变片对构件表面单位应变所产生 的电阻相对变化量。它的大小主要取决于敏感栅 材料的灵敏系数Ks,但两者又不相等。 原因: 1.由于横栅的存在,使制成敏感栅之后的灵敏系 数小于丝材的灵敏系数,差别的大小与敏感栅的结 构形式和几何尺寸有关。 2.试件表面的变形是通过基底和粘结剂传递给敏 感栅的,电阻丝横界面的几何不均匀等的影响。 电阻应变片的构造 电阻应变片的性能参

8、数 横向效应系数(H): 通常要求应变片的指示应变值只反映构件b 表面的应变片轴线方向上的应变。然而, 应变片的敏感栅中除了有纵栅外,还有圆 弧形或直线形的横栅,横栅的电阻变化是 由于构件表面轴向应变和横向应变共同作 用的结果,因此应变片具有横向效应H。 电阻应变片的参数H 将应变片贴于平面应变场中若沿应变片轴线方 向的应变记为 ,垂直于轴线方向的横向应变 记为 ,剪应变记为 ,则应变片敏感栅的电 阻相对变化可表示为下式: 电阻应变片的性能参数 温度效应: -当电阻应变片安装在无外力作用、无约束的构件表面上时 ,在温度变化的情况下,它的电阻会发生变化的现象,称 为电阻应变片的温度效应。 -温度

9、变化时,应变片敏感栅材料的电阻会发生变化 ,并且,应变片和构件都会因温度变化而产生变形,从而 使应变片的电阻值随温度变化而变化。这种温度效应将影 响电阻应变片测量构件表面应变的准确性。通常,将温度 效应产生的应变片的电阻相对变化所对应的应变量,称为 热输出。 电阻应变片的性能参数 可见,电阻应变片的温度效应主要取决于敏感栅和 构件材料的性能和温度变化范围。但实际上,它还 与基底和粘结剂材料、应变片制造工艺和使用条件 等有关。 热输出 敏感栅材料的电阻温度系数 构件材料的线膨胀系数 敏感栅材料的线性膨胀系数 电阻应变片的性能参数 稳定性 电阻应变片的稳定性是指在工作条件恒定的情下 ,经历规定的时间后,仍能保持原有性能参数的 能力。它是反映电阻应变片长期静态工作能力的 重要性能。通常,电阻应变片的稳定性用应变片 的电阻值漂移和蠕变大小来表示。 应变片的分类: 应变片的分类: 应变片的分类:

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