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1、 应用电阻应变片和应变仪测定构件 的表面应变，然后再根据应变与应力的 关系式，确定构件表面应力状态是一种 最常见的实验应力分析方法。第一节 应变与应力的测量应变、力与扭矩测量根据被测应变的性质和工作频 率的不同，可采用不同的应变仪。 静态载荷作用下的应变，以及变化 十分缓慢或变化后能很快稳定下来 的应变，可采用静态电阻应变仪。 以静态应变测量为主，兼作200Hz 以下的低频动态测量可采用静动态 电阻应变仪。测量0-2000Hz范围的动态应变 ，采用动态电阻应变仪；这类应变仪通常具有4-8个通道 。测量0-20000Hz的动态过程和爆 炸、冲击等瞬态变化过程，则采用 超动态电阻应变仪。一、应变仪
2、的电桥特性应变仪中多采用交流电桥，电 源以载波频率供电，四个桥臂均为 电阻，由可调电容来平衡分布电容 ，但基本公式与直流电桥具有相似 的形式。若电阻变化为R1、 R2、 R3、 R4、各臂阻值相等为R则设各应变片灵敏度Sg相同，则应变仪电桥工作方式和输出电压应变片的布置和电桥连接应 根据测量的目的、对载荷分布的 估计而定。在测量复合载荷作用 下的应变时 , 还应利用应变片 的布置和接桥方法来消除相互影 响的因素。二、应变片的布置和接桥方法 1. 拉（压）力的测量（试件受力P 作用，方向已知） 沿力作用方向贴一工作电阻应变片R1，而在另一块与试 件处于同一温度环境且不受力的相同材料的金属块上贴
3、一温度补偿片R2。R1和R2接入电桥中，构成了测量P的 桥路。该电桥可获得相互补偿，输出电压为 也可将温度补偿片R2也贴在同一试件上,组成半桥，其输 出电压增加了1+（为箔松比）倍，即 上述布片、接桥方式，不能排除弯曲的影响。拉力P的大 小可按此式计算PPR1R2(a) PP(b)R2R1321R1R2(c)拉（压）载荷的测量 2. 弯曲载荷的测量 试件受一弯矩M，在试件上贴一工作电阻应变片R1， 温度补偿片R2是贴在一块与试件环境温度、同材质且 不受力的材料上，将R1和R2如图8-27（c）接入半桥， 即为弯矩M的测量电桥，其输出电压为 在试件上贴R1和R2两片工作片，亦互为温度补偿。R1
4、贴在压缩区，R2贴在拉伸区，两者电阻变化大小相等 ，符号相反，组成半桥。此时输出为前者二倍，即弯 矩M(W为试件的抗弯截面系数 )321 (c)R1R2MMR1R2(b)MMR2R1(a)弯矩的测量3. 拉压及弯曲联合作用时的测量 如只测量弯矩值，这时拉或压产生的变形使R1和R2大小 相等符号相同，在电桥臂上相互抵消，不会对电桥的输出产 生影响，因此该测量电桥的输出自动消除了拉（压）的影响 ，正好反映出弯矩M的大小，其输出电压为。 如只测拉（压）而不考虑弯曲的作用，R1和R2串联组成臂 桥，另一臂用二片温度补偿片RK串联组成。RK贴在与试件 相同环境、同材质且不受力的零件上，此时电桥的输出只能
5、 反映拉伸（或压缩）载荷的大小。弯矩M引起的R1和R2的电 阻变化绝对值相等，符号相反而在一个电桥臂上互相抵消， 所以电桥的输出只表示拉（压）载荷，其输出电压为。321R1R2(b)321R1R2RKRK(c)拉（压）、弯曲载荷的测量MMR1R2ppRKRK(a)4. 剪力的测量 因为剪应力不能使电阻应变片变形而产生电阻的变化。 所以只能利用由剪应力引起的正应力来测量剪力。 Q为测量剪力，在a1和a2处贴电阻应变片R1和R2，a为两 应变片R1和R2之间的距离。可得出 将R1和R2组成半桥，则此时测量电桥的输出只和 成 正比，而和剪力Q的作用点的变化无关。a、E、W均为 常数，则可算出剪力Q。
6、横剪力的测量1 2 3R1R2a1M1 R1 R2M2a2 Qa(a)(b)5. 轴扭转时横断面上剪应力和扭矩的测量 由材料力学知道，当圆轴受纯扭矩时，与轴线成45的方向 为主应力方向，且互相垂直方向上的拉、压主应力绝对值相 等、符号相反，其绝对值在数值上等于圆周横截面上的最大 剪应力 , 将应变片粘贴在与轴线成45方向的圆轴表面上 。即可测出此处的应变。则扭矩为 式中，Wp为圆轴抗扭断面模量。 为了增加电桥的输出，往往互相垂直地贴两片或四片组成 半桥或全桥测量电路，也解决了温度补偿问题。在工程上的 轴，往往承受扭矩的同时还承受弯矩。测量时要充分注意， 设法消除其影响。拉伸方向4545R1R2
7、 13MKMK321R1R2 (a)MKMKMKMKMKMK(b)(c)如果弯矩沿轴向有较大梯度时，不能采用图8-30（b） 的贴片方案，而应采用图8-30（a）的贴片方案。R1R4321R2R3MKMK(R4)R1(R3)R2(e)MKMK45454545R4R33 R2R1321R1R3R4R2(d)如（d）所示，轴上贴有四片应变片，测量时将R1和R4、R2和R3 串联起来接入电桥，即可测出轴上的扭矩而消除弯矩的影响。 如轴承受的弯矩沿轴向变化较大，则应按图8-30（e）方案贴片 和接桥，图中（R3）和（R4）表示贴在背面对应R1和R2的位置 。 轴向拉伸（压缩）载荷下布片接桥组合图例不同
8、的布置和接桥方法对灵敏度、温度补偿 情况和消除弯矩影响是不同的。一般应优先选用 输出信号大、 能实现温度补偿、粘贴方便和便 于分析的方案。(一)已知主应力方向：主应力方向 已知，只需要沿两个互相垂直的 主应力方向各贴一片应变片另外 再采取温度补偿措施,就可以直接 测出主应变。2.在平面应力状态下主应力的测 定(二)主应力方向未知：采取贴应变花的办 法进行测量。对于平面应力状态,如能测 出某点三个方向的应变1、2和3, 就 可以计算该点主应力的大小和方向。二、力的测量(一) 常用的力传感器：差动变压器式 力传感器(二）空间力系 测量装置： 一般空间力 系包括三个 互相垂直的 分力和三个 互相垂直的 力矩分量。第二节 扭矩的测量在这种测 量方法中,在 转轴的适当 部位粘贴四 片应变片,作 全桥连接,便 成为扭矩传 感器。
