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1、第第4 4章章 结构试验量测技术结构试验量测技术(重点重点)内容：内容：应变测量应变测量，位移与变形测量，力的测量，裂缝及其他物理量测定。，位移与变形测量，力的测量，裂缝及其他物理量测定。基本要求：基本要求： 1 1熟练掌握应变测量的基本原理熟练掌握应变测量的基本原理与与电阻应变片的电阻应变片的粘贴使用技术；粘贴使用技术； 2 2掌握各种电测传感器的工作原理、适用范围以及优缺点，为试验观掌握各种电测传感器的工作原理、适用范围以及优缺点，为试验观测设计、仪表选择提供必要的知识准备；测设计、仪表选择提供必要的知识准备； 3 3了解常用机械仪表的工作原理；了解常用机械仪表的工作原理； 4 4了解先进
2、的测试设备与量测技术，如数据采集与处理系统的应用，了解先进的测试设备与量测技术，如数据采集与处理系统的应用，以及量测技术的发展方向。以及量测技术的发展方向。重点：重点：应变量测原理与技术应变量测原理与技术，常用力、位移与变形量测仪器的工作原理及，常用力、位移与变形量测仪器的工作原理及技术性能选择。技术性能选择。难点：难点：实用电路与电阻片粘贴量测技术。实用电路与电阻片粘贴量测技术。荷载或环境作用：荷载或环境作用：力、位移、温度等；力、位移、温度等；（INPUTINPUT）试件的响应：试件的响应： 应变、应力、裂缝、位移、加速度等。应变、应力、裂缝、位移、加速度等。（OUTPUTOUTPUT）
3、通过对输入与输出数据的量测、采集和分析处理，可了解试件系统的工作特通过对输入与输出数据的量测、采集和分析处理，可了解试件系统的工作特性，从而做出定量的评价。性，从而做出定量的评价。 4.1 4.1 概概 述述为了采集到准确、可靠的数据，应该采用正确的量测方法，选用可靠的量测仪器设备。为了采集到准确、可靠的数据，应该采用正确的量测方法，选用可靠的量测仪器设备。4.1.1 4.1.1 数据量测与采集方法数据量测与采集方法 （技术发展）（技术发展）(1)(1) 人工测量人工测量、人工记录人工记录：直尺测量变形直尺测量变形；(4) (4) 自动化数据采集系统测量、记录、处理。自动化数据采集系统测量、记
4、录、处理。 (3) (3) 仪器测量、记录：仪器测量、记录： X-Y记录仪；记录仪；(2)(2) 仪器测量、人工记录仪器测量、人工记录：应变仪配应变计、位移计应变仪配应变计、位移计测量测量应变或位移应变或位移；4.1.2 4.1.2 数据采集的仪器分类数据采集的仪器分类v 传感器：感受各种物理量（力、位移、应变等），并把它们转换成电信号或传感器：感受各种物理量（力、位移、应变等），并把它们转换成电信号或其其 它容易处理的信号。它容易处理的信号。v 放大器：放大器：把传感器传来的信号放大，使之可被显示和记录。把传感器传来的信号放大，使之可被显示和记录。v 显示器：把信号用可见的形式显示出来。显示
5、器：把信号用可见的形式显示出来。v 记录器：记录器：把采集到的数据记录下来，作长期保存。把采集到的数据记录下来，作长期保存。v 分析仪器：对采集到的数据进行分析处理。分析仪器：对采集到的数据进行分析处理。v 数据采集仪：数据采集仪：自动扫描和采集。自动扫描和采集。v 数据采集系统：集成式仪器（集上述所有功能为一体）。可自动扫描、采集数据采集系统：集成式仪器（集上述所有功能为一体）。可自动扫描、采集 及数据处理。及数据处理。 1. 按功能划分按功能划分 2. 按工作原理划分按工作原理划分n n机械式仪器：机械式仪器：机械式仪器：机械式仪器：纯机械传动、放大和指示。纯机械传动、放大和指示。纯机械传
6、动、放大和指示。纯机械传动、放大和指示。n n电测仪器：电测仪器：电测仪器：电测仪器： 利用机电变换，并用电量显示。利用机电变换，并用电量显示。利用机电变换，并用电量显示。利用机电变换，并用电量显示。n n光测仪器：光测仪器：光测仪器：光测仪器： 利用光学原理转换，放大和显示。利用光学原理转换，放大和显示。利用光学原理转换，放大和显示。利用光学原理转换，放大和显示。n n复合式仪器：复合式仪器：复合式仪器：复合式仪器：由两种以上工作原理复合而成；由两种以上工作原理复合而成；由两种以上工作原理复合而成；由两种以上工作原理复合而成； n n伺服式仪器：伺服式仪器：伺服式仪器：伺服式仪器：带有控制功
7、能的仪器。带有控制功能的仪器。带有控制功能的仪器。带有控制功能的仪器。3. 按用途划分按用途划分n n应变计应变计应变计应变计n n位移传感器位移传感器位移传感器位移传感器n n测力传感器测力传感器测力传感器测力传感器n n倾角仪倾角仪倾角仪倾角仪n n频率计频率计频率计频率计n n测振传感器等。测振传感器等。测振传感器等。测振传感器等。n n直读式与自动记录式直读式与自动记录式直读式与自动记录式直读式与自动记录式n n模拟式和数字式模拟式和数字式模拟式和数字式模拟式和数字式5. 按记录与显示方式分划分按记录与显示方式分划分4. 按仪器与结构的关系可分按仪器与结构的关系可分n n附着式与手持式
8、附着式与手持式附着式与手持式附着式与手持式n n接触式与非接触式接触式与非接触式接触式与非接触式接触式与非接触式n n绝对式与相对式绝对式与相对式绝对式与相对式绝对式与相对式v 最小分度值最小分度值( (刻度值刻度值) )：仪器所能指出的最小测量值。：仪器所能指出的最小测量值。v 量程：测量范围。量程：测量范围。v 灵敏度：被测量的单位变化引起仪器示值的变化灵敏度：被测量的单位变化引起仪器示值的变化。v 滞后：一个量程反复后仪器输出的最大差值。滞后：一个量程反复后仪器输出的最大差值。4.1.3 4.1.3 4.1.3 4.1.3 量测仪表的主要性能技术指标量测仪表的主要性能技术指标量测仪表的主
9、要性能技术指标量测仪表的主要性能技术指标v 精确度：指示值与测量值的符合程度。精确度：指示值与测量值的符合程度。s smax= （M/I）ymaxMM4.2 4.2 应变测量应变测量 应力应力应力应力求应力求应力求应力求应力 知到应变就可以了！知到应变就可以了！知到应变就可以了！知到应变就可以了！应变应变应变应变02468102030s(MPa)e 10-3应力应力应力应力- - - -应变关系应变关系应变关系应变关系测量应变的办法：测量应变的办法：测量应变的办法：测量应变的办法：在试件上边缘贴电阻应变片在试件上边缘贴电阻应变片在试件上边缘贴电阻应变片在试件上边缘贴电阻应变片 使应变片与试件上
10、边缘产生相同的应变。使应变片与试件上边缘产生相同的应变。使应变片与试件上边缘产生相同的应变。使应变片与试件上边缘产生相同的应变。而应变片具有而应变片具有而应变片具有而应变片具有应变效应：应变效应：应变效应：应变效应： 铜丝的电阻随其变形而发生改变。铜丝的电阻随其变形而发生改变。铜丝的电阻随其变形而发生改变。铜丝的电阻随其变形而发生改变。应变测量原理应变测量原理应变测量原理应变测量原理: : : : 在预定的标准长度范围内在预定的标准长度范围内在预定的标准长度范围内在预定的标准长度范围内( ( ( (标距标距标距标距 L)L)L)L)，量测长度增量的平均值，量测长度增量的平均值，量测长度增量的平
11、均值，量测长度增量的平均值 L L，由下式求得由下式求得由下式求得由下式求得。应变量测的实质：应变量测的实质： 量测标距量测标距L L的变化增量的变化增量L L。标距标距L L的选择方法：的选择方法：对于应力梯度较大的结构和应力集中的测点，对于应力梯度较大的结构和应力集中的测点，标距标距应尽量小。应尽量小。对某些非均质材料组成的结构，应有适当范围。对某些非均质材料组成的结构，应有适当范围。4.2.1 4.2.1 电阻应变计电阻应变计金属丝的电阻金属丝的电阻金属丝的电阻金属丝的电阻 R R R R 、长度、长度、长度、长度 L L L L 和截面面积和截面面积和截面面积和截面面积 A A A A
12、 的关系：的关系：的关系：的关系： 电阻变化率为：电阻变化率为： 泊松定理泊松定理泊松定理泊松定理泊松比为常数泊松比为常数泊松比为常数泊松比为常数金属材料常数金属材料常数金属材料常数金属材料常数常数常数4.2.2 4.2.2 电阻应变片的构造、分类与粘贴工艺电阻应变片的构造、分类与粘贴工艺1. 构造：由敏感栅、基底、覆盖层和引出线组成。构造：由敏感栅、基底、覆盖层和引出线组成。敏感栅：敏感栅：应变变换成电阻变化量的敏感部分；应变变换成电阻变化量的敏感部分； 金属或半导体材料制成的单丝或栅状体；金属或半导体材料制成的单丝或栅状体； 栅长栅长L和栅宽和栅宽B代表应变片的标称尺寸，即规格。代表应变片
13、的标称尺寸，即规格。 基底和覆盖层：基底和覆盖层：起定位和保护电阻丝，使电阻丝和被测试件之间绝缘；起定位和保护电阻丝，使电阻丝和被测试件之间绝缘； 基底尺寸代表应变片外形尺寸。基底尺寸代表应变片外形尺寸。 粘结剂：粘结剂： 具有一定电绝缘性能的粘结材料。具有一定电绝缘性能的粘结材料。 将敏感栅固定在基底上，或将应变片的基底粘贴在试件的表面。将敏感栅固定在基底上，或将应变片的基底粘贴在试件的表面。 引出线：引出线： 采用镀银、镀锡或镀合金的软铜线制成；采用镀银、镀锡或镀合金的软铜线制成； 在制造应变片时与电阻丝焊接在一起；在制造应变片时与电阻丝焊接在一起； 通过测量导线接人应变测量桥。通过测量导
14、线接人应变测量桥。2. 电阻应变片的分类电阻应变片的分类基底材料基底材料基底材料基底材料n n纸基纸基纸基纸基 n n胶基胶基胶基胶基使用极限温度使用极限温度使用极限温度使用极限温度n n低温低温低温低温n n常温常温常温常温n n高温高温高温高温n n丝式丝式丝式丝式n n箔式箔式箔式箔式 n n半导体半导体半导体半导体栅极栅极栅极栅极1）标距：）标距：2）规格：）规格：3） 电阻值：电阻值：3. 3. 应变片技术指标应变片技术指标5） 灵敏系数：灵敏系数：6） 温度适用范围：温度适用范围： 4） 精度等级：精度等级：3. 3. 应变片粘贴工艺应变片粘贴工艺n n1 1 1 1）选、分应变片
15、：）选、分应变片：）选、分应变片：）选、分应变片：n n2 2 2 2）选择粘合剂：）选择粘合剂：）选择粘合剂：）选择粘合剂：n n3 3 3 3）测点表面清理：）测点表面清理：）测点表面清理：）测点表面清理：n n4 4 4 4）应变片的粘贴与干燥：）应变片的粘贴与干燥：）应变片的粘贴与干燥：）应变片的粘贴与干燥：n n5 5 5 5）焊接导线：）焊接导线：）焊接导线：）焊接导线：n n6 6 6 6）应变片的粘贴质量检查：）应变片的粘贴质量检查：）应变片的粘贴质量检查：）应变片的粘贴质量检查：n n7 7 7 7）防潮和防水处理：）防潮和防水处理：）防潮和防水处理：）防潮和防水处理：4.2
16、.3 4.2.3 电阻应变仪的测量电路（偏位法）电阻应变仪的测量电路（偏位法） n nK=2.0,K=2.0,K=2.0,K=2.0,被测量的应变为被测量的应变为被测量的应变为被测量的应变为10101010-6-6-6-610101010-3-3-3-3时，电阻变化率为时，电阻变化率为时，电阻变化率为时，电阻变化率为: : : :n n微弱的电信号的检查很困难，故必须采用某种手段将之放大。微弱的电信号的检查很困难，故必须采用某种手段将之放大。微弱的电信号的检查很困难，故必须采用某种手段将之放大。微弱的电信号的检查很困难，故必须采用某种手段将之放大。理解桥路：理解桥路：理解桥路：理解桥路： B
17、B B B、D D D D端量电器内阻端量电器内阻端量电器内阻端量电器内阻无穷大，不分流。无穷大，不分流。无穷大，不分流。无穷大，不分流。I I I I1 1 1 1=I=I=I=I2 2 2 2 ，I I I I3 3 3 3=I=I=I=I4 4 4 4U U U UACACACACU U U UBDBDBDBDA A A AC C C CB B B BD D D DR R R R1 1 1 1R R R R2 2 2 2R R R R3 3 3 3R R R R4 4 4 4I I I I1 1 1 1I I I I2 2 2 2I I I I3 3 3 3I I I I4 4 4 4
18、初始时初始时R1=R2=R3=R4R1=R2=R3=R4，当电阻当电阻R1变化变化R1，其它电阻均保持不变情况下，其它电阻均保持不变情况下，分析分析UBD的变化：的变化：U U U UACACACACU U U UBDBDBDBDA A A AC C C CB B B BD D D DR R R R1 1 1 1R R R R2 2 2 2R R R RR R R R 初始时初始时R1=R2=R3=R4R1=R2=R3=R4，当电阻当电阻R1变化变化R1且且电阻电阻R2变化变化R2时时 ，而其它电，而其它电阻均保持不变情况下，分析阻均保持不变情况下，分析UBD的变化：的变化：U U U UAC
19、ACACACU U U UBDBDBDBDA A A AC C C CB B B BD D D DR R R R1 1 1 1R R R R2 2 2 2R R R RR R R R略去分母中的一阶项！略去分母中的一阶项！略去分母中的一阶项！略去分母中的一阶项！ 初始时初始时R1=R2=R3=R4R1=R2=R3=R4，当电阻当电阻R1 R4分别变化分别变化R1 R4时，时，试分析试分析UBD的变化。的变化。U U U UACACACACU U U UBDBDBDBDA A A AC C C CB B B BD D D DR R R R1 1 1 1R R R R2 2 2 2R R R R3
20、 3 3 3R R R R4 4 4 4I I I I1 1 1 1I I I I2 2 2 2I I I I3 3 3 3I I I I4 4 4 4重要结论：重要结论：重要结论：重要结论：A.A.A.A.输出电压与四个桥输出电压与四个桥输出电压与四个桥输出电压与四个桥臂应变的代数和呈臂应变的代数和呈臂应变的代数和呈臂应变的代数和呈线性关系。线性关系。线性关系。线性关系。B.B.B.B.相邻桥臂的应变符相邻桥臂的应变符相邻桥臂的应变符相邻桥臂的应变符号相反；号相反；号相反；号相反；C.C.C.C.相对桥臂的应变符相对桥臂的应变符相对桥臂的应变符相对桥臂的应变符号相同。号相同。号相同。号相同。
21、铜丝电阻变化铜丝电阻变化铜丝电阻变化铜丝电阻变化铜丝应变铜丝应变铜丝应变铜丝应变试件上边缘应变试件上边缘应变试件上边缘应变试件上边缘应变试件上边缘应力试件上边缘应力试件上边缘应力试件上边缘应力铜丝电压变化铜丝电压变化铜丝电压变化铜丝电压变化本构关系本构关系本构关系本构关系铜丝粘贴于试件铜丝粘贴于试件铜丝粘贴于试件铜丝粘贴于试件4.2.4 4.2.4 温度补偿技术温度补偿技术背背背背 景：景：景：景：电阻应变片除能感受试件应变，也能感受到环境温度变化的影响。电阻应变片除能感受试件应变，也能感受到环境温度变化的影响。电阻应变片除能感受试件应变，也能感受到环境温度变化的影响。电阻应变片除能感受试件应
22、变，也能感受到环境温度变化的影响。温度变化引起应变片电阻值变化的原因：温度变化引起应变片电阻值变化的原因：温度变化引起应变片电阻值变化的原因：温度变化引起应变片电阻值变化的原因：1. 1. 1. 1. 电阻丝温度改变电阻丝温度改变电阻丝温度改变电阻丝温度改变tttt时，电阻值随之改变；时，电阻值随之改变；时，电阻值随之改变；时，电阻值随之改变；2. 2. 2. 2. 试件材料与应变片电阻丝的线膨胀系数不相等，引起一个附加电阻变化。试件材料与应变片电阻丝的线膨胀系数不相等，引起一个附加电阻变化。试件材料与应变片电阻丝的线膨胀系数不相等，引起一个附加电阻变化。试件材料与应变片电阻丝的线膨胀系数不相
23、等，引起一个附加电阻变化。温度效应温度效应温度效应温度效应: : : : 环境温度变化通过应变片而引起电阻应变仪指示部分的显示值变动。环境温度变化通过应变片而引起电阻应变仪指示部分的显示值变动。环境温度变化通过应变片而引起电阻应变仪指示部分的显示值变动。环境温度变化通过应变片而引起电阻应变仪指示部分的显示值变动。消除温度效应的方法称为消除温度效应的方法称为消除温度效应的方法称为消除温度效应的方法称为“温度补偿温度补偿温度补偿温度补偿”。温度补偿的方法：温度补偿的方法：温度补偿的方法：温度补偿的方法：（1 1 1 1）另设补偿片）另设补偿片）另设补偿片）另设补偿片RR1 1 = R = Rlfl
24、f+ R+ R1t1t； RRRR2 2 2 2 = R = R = R = R2t2t2t2t； 条件：补偿片条件：补偿片条件：补偿片条件：补偿片R2R2R2R2贴在与试件材料相同的物体上，置于试件附近。贴在与试件材料相同的物体上，置于试件附近。贴在与试件材料相同的物体上，置于试件附近。贴在与试件材料相同的物体上，置于试件附近。R R R R1t1t1t1t = R = R = R = R2t2t2t2t； RRRR1 1 1 1 = R = R = R = Rlf lf lf lf + R+ R+ R+ R1t1t1t1t； RRRR2 2 2 2 = R = R = R = R2f2f2
25、f2f + R + R + R + R2t2t2t2t； R1 R1 R1 R1 、R2R2R2R2均贴在试件上。均贴在试件上。均贴在试件上。均贴在试件上。 有：有：有：有： R R R R1t1t1t1t = R = R = R = R2t2t2t2t； (2) (2) 温度温度温度温度互互互互补偿法补偿法补偿法补偿法4.2.5 4.2.5 实用电路及其应用实用电路及其应用 应变仪输出实测应变应变仪输出实测应变。U U U UACACACACU U U UBDBDBDBDA A A AC C C CB B B BD D D DR R R R1 1 1 1R R R R2 2 2 2R R R
26、 R3 3 3 3R R R R4 4 4 4输出实测应变输出实测应变输出实测应变输出实测应变: :构成：构成：构成：构成：半桥电路由两个工作片和两个固定电阻组成。半桥电路由两个工作片和两个固定电阻组成。半桥电路由两个工作片和两个固定电阻组成。半桥电路由两个工作片和两个固定电阻组成。1. 1. 1. 1. 半桥电路半桥电路半桥电路半桥电路桥路输出公式：桥路输出公式：桥路输出公式：桥路输出公式：U U U UACACACACU U U UBDBDBDBDA A A AC C C CB B B BD D D DR R R R1 1 1 1R R R R2 2 2 2R R R RR R R R应变
27、仪输出应变（应变仪输出应变（应变仪输出应变（应变仪输出应变（实测应变实测应变实测应变实测应变）：）：）：）：应用应用应用应用1:1: 测试钢梁上边缘纤维拉应变（另设补偿片温度补偿法）测试钢梁上边缘纤维拉应变（另设补偿片温度补偿法）测试钢梁上边缘纤维拉应变（另设补偿片温度补偿法）测试钢梁上边缘纤维拉应变（另设补偿片温度补偿法）R1R1R2R2桥路输出：桥路输出：桥路输出：桥路输出：U U U UACACACACU U U UBDBDBDBDA A A AC C C CB B B BD D D DR R R R1 1 1 1R R R R2 2 2 2R R R RR R R RR2 R2 起温度
28、补偿作用。起温度补偿作用。起温度补偿作用。起温度补偿作用。 实际应变实际应变实际应变实际应变= =实测应变。实测应变。实测应变。实测应变。 放大系数放大系数放大系数放大系数A=1A=1，称之为，称之为，称之为，称之为桥臂系数。桥臂系数。桥臂系数。桥臂系数。应变仪输出应变：应变仪输出应变：应变仪输出应变：应变仪输出应变：应用应用应用应用2:2: 测试钢梁上边缘纤维拉应变（温度测试钢梁上边缘纤维拉应变（温度测试钢梁上边缘纤维拉应变（温度测试钢梁上边缘纤维拉应变（温度互互互互补偿法）补偿法）补偿法）补偿法）R2R2R1R1桥路输出电压：桥路输出电压：桥路输出电压：桥路输出电压：U U U UACAC
29、ACACU U U UBDBDBDBDA A A AC C C CB B B BD D D DR R R R1 1 1 1R R R R2 2 2 2R R R RR R R R 温度补偿由两工作片自动完成。温度补偿由两工作片自动完成。温度补偿由两工作片自动完成。温度补偿由两工作片自动完成。 放大系数放大系数放大系数放大系数A=2A=2，称之为，称之为，称之为，称之为桥臂系数。桥臂系数。桥臂系数。桥臂系数。 实际应变：实测应变与桥臂系数之比。实际应变：实测应变与桥臂系数之比。实际应变：实测应变与桥臂系数之比。实际应变：实测应变与桥臂系数之比。应变仪输出应变：应变仪输出应变：应变仪输出应变：应变
30、仪输出应变：应用应用应用应用3:3: 测试钢梁上边缘纤维拉应变（抵消力作用点偏心影响）测试钢梁上边缘纤维拉应变（抵消力作用点偏心影响）测试钢梁上边缘纤维拉应变（抵消力作用点偏心影响）测试钢梁上边缘纤维拉应变（抵消力作用点偏心影响）R2R2R1R1R1R1R2R2R4R4R3R3桥路输出：桥路输出：桥路输出：桥路输出：A A A AC C C CB B B BD D D DR R R R1 1 1 1R R R R2 2 2 2R R R R4 4 4 4R R R R3 3 3 3 温度补偿由工作片自动完成。温度补偿由工作片自动完成。温度补偿由工作片自动完成。温度补偿由工作片自动完成。 可以抵
31、消力作用点偏心影响。可以抵消力作用点偏心影响。可以抵消力作用点偏心影响。可以抵消力作用点偏心影响。 放大系数放大系数放大系数放大系数A=2 A=2 ，桥臂系数。桥臂系数。桥臂系数。桥臂系数。 实际应变：实测应变与桥臂系数实际应变：实测应变与桥臂系数实际应变：实测应变与桥臂系数实际应变：实测应变与桥臂系数之比。之比。之比。之比。应用应用应用应用3:3: 测试钢梁上边缘纤维拉应变（抵消力作用点偏心影响）测试钢梁上边缘纤维拉应变（抵消力作用点偏心影响）测试钢梁上边缘纤维拉应变（抵消力作用点偏心影响）测试钢梁上边缘纤维拉应变（抵消力作用点偏心影响）R R1 1R R2 2R R4 4R R3 3应变仪
32、输出应变：应变仪输出应变：应变仪输出应变：应变仪输出应变：应用应用应用应用4: 4: 测试钢梁上边缘纤维拉应变（利用材料泊松比）测试钢梁上边缘纤维拉应变（利用材料泊松比）测试钢梁上边缘纤维拉应变（利用材料泊松比）测试钢梁上边缘纤维拉应变（利用材料泊松比）R6R6R4R4桥路输出：桥路输出：桥路输出：桥路输出：U U U UACACACACU U U UBDBDBDBDA A A AC C C CB B B BD D D DR R R R4 4 4 4R R R R6 6 6 6R R R RR R R R 温度补偿由两工作片自动完成。温度补偿由两工作片自动完成。温度补偿由两工作片自动完成。温度
33、补偿由两工作片自动完成。 放大系数放大系数放大系数放大系数A=1+ A=1+ ，称之为，称之为，称之为，称之为桥臂系数。桥臂系数。桥臂系数。桥臂系数。 实际应变：实测应变与桥臂系数之比。实际应变：实测应变与桥臂系数之比。实际应变：实测应变与桥臂系数之比。实际应变：实测应变与桥臂系数之比。应变仪输出应变：应变仪输出应变：应变仪输出应变：应变仪输出应变：应用应用应用应用5:5: 测试钢圆柱轴向压拉应变（另设温度补偿片）测试钢圆柱轴向压拉应变（另设温度补偿片）测试钢圆柱轴向压拉应变（另设温度补偿片）测试钢圆柱轴向压拉应变（另设温度补偿片）桥路输出电压：桥路输出电压：桥路输出电压：桥路输出电压：U U
34、 U UACACACACU U U UBDBDBDBDA A A AC C C CB B B BD D D DR R R R1 1 1 1R R R R2 2 2 2R R R RR R R R应变仪输出应变：应变仪输出应变：应变仪输出应变：应变仪输出应变：R1R1R2 R2 起温度补偿作用。起温度补偿作用。起温度补偿作用。起温度补偿作用。 实际应变实际应变实际应变实际应变= =实测应变实测应变实测应变实测应变 R2R2R1R1R1R1 当力作用点偏心时，测量结果错误。当力作用点偏心时，测量结果错误。当力作用点偏心时，测量结果错误。当力作用点偏心时，测量结果错误。应用应用应用应用6:6: 测试
35、钢圆柱轴向压拉应变（另设补偿片法）测试钢圆柱轴向压拉应变（另设补偿片法）测试钢圆柱轴向压拉应变（另设补偿片法）测试钢圆柱轴向压拉应变（另设补偿片法）桥路输出电压：桥路输出电压：桥路输出电压：桥路输出电压：应变仪输出应变：应变仪输出应变：应变仪输出应变：应变仪输出应变：R1R1R2R2温度补偿片温度补偿片温度补偿片温度补偿片R5R5R5R5A A A AC C C CB B B BD D D DR R R R1 1 1 1R R R R5 5 5 5R R R R2 2 2 2R R R R5 5 5 5 实测应变为两侧压应变的平均值，实测应变为两侧压应变的平均值，实测应变为两侧压应变的平均值，
36、实测应变为两侧压应变的平均值， 实际应变实际应变实际应变实际应变= =实测应变，实测应变，实测应变，实测应变，A=1A=1。 可抵消力作用点偏心的负面影响。可抵消力作用点偏心的负面影响。可抵消力作用点偏心的负面影响。可抵消力作用点偏心的负面影响。2. 2. 2. 2. 全桥电路全桥电路全桥电路全桥电路 在测量桥的四个臂上全部接入工作应变片；在测量桥的四个臂上全部接入工作应变片；在测量桥的四个臂上全部接入工作应变片；在测量桥的四个臂上全部接入工作应变片； 相邻臂上的工作片兼作温度补偿用。相邻臂上的工作片兼作温度补偿用。相邻臂上的工作片兼作温度补偿用。相邻臂上的工作片兼作温度补偿用。桥路输出：桥路
37、输出：桥路输出：桥路输出：U U U UACACACACU U U UBDBDBDBDA A A AC C C CB B B BD D D DR R R R1 1 1 1R R R R2 2 2 2R R R R3 3 3 3R R R R4 4 4 4应变仪输出应变：应变仪输出应变：应变仪输出应变：应变仪输出应变：应用应用应用应用7:7: 测试钢梁上边缘弯曲应力测试钢梁上边缘弯曲应力测试钢梁上边缘弯曲应力测试钢梁上边缘弯曲应力U U U UACACACACU U U UBDBDBDBDA A A AC C C CB B B BD D D DR R R R1 1 1 1R R R R2 2 2
38、 2R R R R3 3 3 3R R R R4 4 4 4 温度补偿由相邻工作片自动完成。温度补偿由相邻工作片自动完成。温度补偿由相邻工作片自动完成。温度补偿由相邻工作片自动完成。 放大系数放大系数放大系数放大系数A=A= ，桥臂系数。桥臂系数。桥臂系数。桥臂系数。 实际应变：实测应变与桥臂系数之比。实际应变：实测应变与桥臂系数之比。实际应变：实测应变与桥臂系数之比。实际应变：实测应变与桥臂系数之比。桥路输出：桥路输出：桥路输出：桥路输出：应变仪输出应变：应变仪输出应变：应变仪输出应变：应变仪输出应变：R1R1R2R2R3R3R4R4应用应用应用应用8:8: 测试圆柱体荷重传感器轴向应变测试
39、圆柱体荷重传感器轴向应变测试圆柱体荷重传感器轴向应变测试圆柱体荷重传感器轴向应变R4R4R1R1R3R3R2R2A A A AC C C CB B B BD D D DR R R R1 1 1 1R R R R2 2 2 2R R R R3 3 3 3R R R R4 4 4 4 电桥输出灵敏度提高电桥输出灵敏度提高电桥输出灵敏度提高电桥输出灵敏度提高到到到到倍。倍。倍。倍。 温度补偿由相邻工作片自动完成。温度补偿由相邻工作片自动完成。温度补偿由相邻工作片自动完成。温度补偿由相邻工作片自动完成。 放大系数放大系数放大系数放大系数A=A=（1 1+ + ），），），），桥臂系数。桥臂系数。桥臂系
40、数。桥臂系数。 实际应变：实测应变与桥臂系数之比。实际应变：实测应变与桥臂系数之比。实际应变：实测应变与桥臂系数之比。实际应变：实测应变与桥臂系数之比。能消除轴向力偏心影响。能消除轴向力偏心影响。能消除轴向力偏心影响。能消除轴向力偏心影响。A A A AC C C CB B B BD D D DR R R R1 1 1 1R R R R2 2 2 2R R R RR R R RR R R RR R R RR R R RR R R R计算下图桥路桥路放大系数：计算下图桥路桥路放大系数：计算下图桥路桥路放大系数：计算下图桥路桥路放大系数：R3R3R4R4R1R1R2R2R R R RR R R R
41、R R R RR R R R荷载传感器荷载传感器荷载传感器荷载传感器R1R2R3R4计算下图桥路桥路放大系数：计算下图桥路桥路放大系数：计算下图桥路桥路放大系数：计算下图桥路桥路放大系数：悬臂弹悬臂弹悬臂弹悬臂弹性簧片性簧片性簧片性簧片传力弹簧传力弹簧传力弹簧传力弹簧应变梁式位移传感器应变梁式位移传感器应变梁式位移传感器应变梁式位移传感器n n1/41/41/41/4桥电路常用于测量应力场里的单个应变；桥电路常用于测量应力场里的单个应变；桥电路常用于测量应力场里的单个应变；桥电路常用于测量应力场里的单个应变；n n这时温度补偿必须用一个补偿应变片这时温度补偿必须用一个补偿应变片这时温度补偿必须
42、用一个补偿应变片这时温度补偿必须用一个补偿应变片R R2 2来完成；来完成；来完成；来完成；n n这种接线方法对输出信号没有放大作用。这种接线方法对输出信号没有放大作用。这种接线方法对输出信号没有放大作用。这种接线方法对输出信号没有放大作用。3. 1/43. 1/43. 1/43. 1/4桥电路桥电路桥电路桥电路小结：小结：小结：小结：n n桥路输出灵敏度取决于应变片在受力构件上的桥路输出灵敏度取决于应变片在受力构件上的桥路输出灵敏度取决于应变片在受力构件上的桥路输出灵敏度取决于应变片在受力构件上的贴片位置和方向贴片位置和方向贴片位置和方向贴片位置和方向，以及它在，以及它在，以及它在，以及它在
43、桥路中的接线方式桥路中的接线方式桥路中的接线方式桥路中的接线方式。n n可根据各种具体情况进行桥路设计，从而可得桥路输出的不同放大系数。可根据各种具体情况进行桥路设计，从而可得桥路输出的不同放大系数。可根据各种具体情况进行桥路设计，从而可得桥路输出的不同放大系数。可根据各种具体情况进行桥路设计，从而可得桥路输出的不同放大系数。n n利用桥路的不平衡输出进行测量的电桥称为利用桥路的不平衡输出进行测量的电桥称为利用桥路的不平衡输出进行测量的电桥称为利用桥路的不平衡输出进行测量的电桥称为不平衡电桥不平衡电桥不平衡电桥不平衡电桥，这种测量方法称，这种测量方法称，这种测量方法称，这种测量方法称为为为为偏
44、位测定法偏位测定法偏位测定法偏位测定法。4.2.6 4.2.6 平衡电桥原理（零位法）平衡电桥原理（零位法）平衡电桥原理（零位法）平衡电桥原理（零位法）背景：背景：背景：背景：不平衡电桥输出中含有电源电压不平衡电桥输出中含有电源电压不平衡电桥输出中含有电源电压不平衡电桥输出中含有电源电压U U U U项；项；项；项； 要求输出对角线上的检测计有很高的灵敏度、且有较大的测量范围。要求输出对角线上的检测计有很高的灵敏度、且有较大的测量范围。要求输出对角线上的检测计有很高的灵敏度、且有较大的测量范围。要求输出对角线上的检测计有很高的灵敏度、且有较大的测量范围。R3 R3 R3 R3 和和和和 R4R
45、4R4R4 变为变为变为变为 R3+R3+R3+R3+r r r r/2/2/2/2 和和和和R4+R4+R4+R4+r r r r/2/2/2/2。平衡电桥原理：平衡电桥原理：平衡电桥原理：平衡电桥原理： 工作片电阻工作片电阻工作片电阻工作片电阻R1 R1 和和和和 R2 R2 随外界影响而变化时随外界影响而变化时随外界影响而变化时随外界影响而变化时， 触点触点触点触点D D D D移动，使桥路输出电压移动，使桥路输出电压移动，使桥路输出电压移动，使桥路输出电压U U U UBDBDBDBD总为零。总为零。总为零。总为零。 以滑线电阻的移动量度量工作电阻的应变量。以滑线电阻的移动量度量工作电
46、阻的应变量。以滑线电阻的移动量度量工作电阻的应变量。以滑线电阻的移动量度量工作电阻的应变量。受力前，桥路平衡，受力前，桥路平衡，受力前，桥路平衡，受力前，桥路平衡， U U U UBDBDBDBD输出为零；输出为零；输出为零；输出为零；受力后产生变形，受力后产生变形，受力后产生变形，受力后产生变形，桥臂桥臂桥臂桥臂ABABABAB应变片电阻由应变片电阻由应变片电阻由应变片电阻由R R R R1 1 1 1变为变为变为变为R R R R1 1 1 1+R+R+R+R；调节触点调节触点调节触点调节触点D D D D使使使使U U U UBDBDBDBD输出为零；输出为零；输出为零；输出为零；桥臂桥
47、臂桥臂桥臂ADADADAD应变片电阻由应变片电阻由应变片电阻由应变片电阻由R R R R4 4 4 4变为变为变为变为R R R R4 4 4 4+ + + +r r r r, , , , 桥臂桥臂桥臂桥臂CDCDCDCD应变片电阻由应变片电阻由应变片电阻由应变片电阻由R R R R3 3 3 3变为变为变为变为R R R R3 3 3 3- - - -r r r r。 4.2.7 4.2.7 多点测量线路多点测量线路多点测量线路多点测量线路工作肢转换法工作肢转换法：每次只切换工作片，温度补偿片为公用片；：每次只切换工作片，温度补偿片为公用片；中线转换法：中线转换法：同时切换工作片和补偿片，同
48、时切换工作片和补偿片， 通过转换开关自动切换测点而形成测量桥。通过转换开关自动切换测点而形成测量桥。应变电测法的优点应变电测法的优点应变电测法的优点应变电测法的优点对环境适应性强；对环境适应性强；对环境适应性强；对环境适应性强；可在高温可在高温可在高温可在高温8008008008001000100010001000、高压（、高压（、高压（、高压（1 1 1 1万个大气压以上）万个大气压以上）万个大气压以上）万个大气压以上）及水中测量。及水中测量。及水中测量。及水中测量。体积小体积小体积小体积小、质量轻；质量轻；质量轻；质量轻；不影响结构的静态及动态特性。不影响结构的静态及动态特性。不影响结构的
49、静态及动态特性。不影响结构的静态及动态特性。适用性好；适用性好；适用性好；适用性好；可测量多种物理参数静动态应变，还可通过一些传感器来测可测量多种物理参数静动态应变，还可通过一些传感器来测可测量多种物理参数静动态应变，还可通过一些传感器来测可测量多种物理参数静动态应变，还可通过一些传感器来测量位移、速度、加速度、振幅及压力等力学参数。量位移、速度、加速度、振幅及压力等力学参数。量位移、速度、加速度、振幅及压力等力学参数。量位移、速度、加速度、振幅及压力等力学参数。应变电测法的缺点：应变电测法的缺点：应变电测法的缺点：应变电测法的缺点： 连续长时间测量会出现漂移。连续长时间测量会出现漂移。连续长
50、时间测量会出现漂移。连续长时间测量会出现漂移。灵敏度及准确度高，测量范围大。灵敏度及准确度高，测量范围大。4.2.84.2.8 应变机测法（手持应变仪）应变机测法（手持应变仪）应变机测法（手持应变仪）应变机测法（手持应变仪）构造特点：构造特点：构造特点：构造特点：主要由两个主要由两个主要由两个主要由两个弹簧钢片弹簧钢片弹簧钢片弹簧钢片连接两个连接两个连接两个连接两个刚性骨架刚性骨架刚性骨架刚性骨架和一个和一个和一个和一个千分表千分表千分表千分表组成。组成。组成。组成。俯视图俯视图侧视图侧视图刚性骨架刚性骨架弹簧钢片弹簧钢片弹簧钢片弹簧钢片千分表千分表刚性骨架刚性骨架弹簧钢片弹簧钢片弹簧钢片弹簧
51、钢片插轴插轴插轴插轴测试原理：测试原理：测试原理：测试原理：手持应变仪的操作步骤：手持应变仪的操作步骤：手持应变仪的操作步骤：手持应变仪的操作步骤： 根据试验要求确定标距，在标距两端粘结两个脚标根据试验要求确定标距，在标距两端粘结两个脚标根据试验要求确定标距，在标距两端粘结两个脚标根据试验要求确定标距，在标距两端粘结两个脚标( ( ( (每边各一个每边各一个每边各一个每边各一个) ) ) )； 结构变形后，再用手持应变仪测读；结构变形后，再用手持应变仪测读；结构变形后，再用手持应变仪测读；结构变形后，再用手持应变仪测读； 结构变形前，用手持应变仪先测读一次；结构变形前，用手持应变仪先测读一次；
52、结构变形前，用手持应变仪先测读一次；结构变形前，用手持应变仪先测读一次；优点：优点：优点：优点：仪器不需要固定在测点上可进行多个测点测量。仪器不需要固定在测点上可进行多个测点测量。仪器不需要固定在测点上可进行多个测点测量。仪器不需要固定在测点上可进行多个测点测量。 变形前后的读数差即为标距两端的相对应移，由此可求得平均应变。变形前后的读数差即为标距两端的相对应移，由此可求得平均应变。变形前后的读数差即为标距两端的相对应移，由此可求得平均应变。变形前后的读数差即为标距两端的相对应移，由此可求得平均应变。缺点：缺点：缺点：缺点：很可能引入较大误差。很可能引入较大误差。很可能引入较大误差。很可能引入较大误差。
