第六章测试技术的工程应用.pptVIP

一、应力、应变测量的组桥原则 常用的力测量方法是用应变片和应变仪测量构件的表面应变，根据应变和应力、力之间的关系，确定构件的受力状态。 应变片的布置和电桥组接（简称布片组桥）应根据被测量和被测对象受力分布来确定。还应利用适当的布片组桥方式来消除温度变化、复合载荷作用的影响和达到提高测量灵敏度的目的。应变电桥组桥是在应变仪上实现。 1．应变仪 电阻应变片的电阻变化很小，测量电桥的输出信号也很小，不足以推动显示和记录装置，因此需将电桥的输出信号用一个高增益的放大器进行放大，以实现将应变信号转变成有一定驱动能力的电压或电流信号输出，以便连接计算机进行数据处理和便于连接各种记录仪器，完成这一任务的仪器称应变仪。 （1）静态电阻应变仪 主要测量静载荷作用下物理量的变化，其应变信号变化十分缓慢或变化一次后能相对稳定。静态应变仪一般是载波放大式的，使用零位法进行测量，进行多点测量时需选配一个预调平衡箱。各传感器和箱内电阻一起组桥，并进行预调平衡。预调或实测时需另配一手动或自动的多点转换开关，依次接通测量。如YJ-5型静态电阻应变仪。 （2）静动态电阻应变仪 静动态电阻应变仪测量静态应变为主，也可测量频率较低的动态应变。YJD-1和YJD-7型静动态电阻应变仪工作频率分别为0～10Hz和0～100Hz。 （3）动态电阻应变仪 动态应变仪与各种记录仪配合用以测量动态应变。测量的工作频率可达0～2000Hz。个别可达10kHz。动态应变仪具有电桥、放大器、相敏检波器和滤波器等。动态应变仪用“偏位法”进行测量，可测量周期或非周期性的动态应变。如YD-15型动态电阻应变仪。 （4）超动态电阻应变仪 工作频率高于10kHz的应变仪称超动态应变仪，用于测量冲击等变化非常剧烈的瞬间过程。超动态电阻应变仪工作频率比较高，要求载波频率就更高，因此，多采用直流放大器。 2．直流电桥的输出加减特性 直流电桥的输出电压为： 若在力作用下所产生的电阻变化分别为ΔR1、ΔR2、ΔR3和ΔR4，初始状态电桥的各臂阻值又相等，即R1=R2=R3=R4=R，且考虑到ΔRR，忽略ΔR的高次项，则上式可写成： 3.多普勒法优缺点和局限性 1） 优点 USF可作非接触测量 多普勒USF可测量固相含量较多或含有气泡的液体。 2) 缺点和局限性 传播时间法USF只能用于清洁液体和气体，不能测量悬浮颗粒和气泡超过某一范围的液体；反之多普勒法USF只能用于测量含有一定异相的液体。 外夹装换能器的USF不能用于衬里或结垢太厚的管道，以及不能用于衬里（或锈层）与内管壁剥离（若夹层夹有气体会严重衰减超声信号）或锈蚀严重（改变超声传播路径）的管道。多普勒法USF多数情况下测量精度不高。 * 山东理工大学机械学院 第六章 测试技术的工程应用 第一节 应变、力与力矩的测量 当各桥臂应变片的灵敏度K相同时，上式可改写为： 3．单向应力状态应变测量中组桥及温度补偿 在轴向力P作用下。试件为单向应力状态。沿构件表面的轴线方向贴工作片R1,在温度补偿板上贴补偿片Rt，将二者组成半桥即可测得轴向应变 。电桥的输出为：新产品 实现温度补偿必须满足以下条件： 补偿板和试件的材料相同； 工作片、补偿片完全相同； 放在完全相同温度场中； 接在相邻桥臂。 4．拉（压）应变测量中弯矩影响的消除 工作片在上、下表面对称粘贴，由加减特性可知，这样可以消除因加载偏心而造成的附加弯矩。其中全桥接法的输出是半桥接法的二倍。 5．用全桥提高应变测量的灵敏度 这样布片实现了温度自补偿，又得到了最大输出应变值，还消除了因加载偏心而造成的附加弯矩。此时： ? 6．平面应力状态下主应力测量数据采集 ⑴ 已知主应力方向 例如承受内压的薄壁圆筒形容器的筒体，其主应力方向是已知的。这时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。其贴片和接桥方法如下图所示。先测出应变值，再由虎克定律计算出主应力，即 ? ?⑵ 主应力方向未知平面应力状态 当平面应力的主应力?1和σ2的大小及方向都未知时，需对一个测点贴三个不同方向的应变片，测出三个方向的应变，才能确定主应力?1和?2及主方向角?三个未知量。 下图表示边长为x和y、对角线长为l的矩形单元体。设在平面应力状态下，与主应力方向成?角的任一方向的应变为，即图中对角线长度l的相对变化量。 由于主应力?x、?y的作用，该单元体在X、Y方向的伸长量为Δx、Δy，如图6-6(a)、(b)所示，该方向的应变为?x=Δx/x、?y=Δy/y；在切应力τxy作用下，使原直角∠XOY减小?xy，如图6-6(c)所示，即切应变?xy=Δx/y。这三个