应变和力的测试.ppt

3.应变和力的测试在机械工程中，通过对应变和力的测试可以分析与研究零件或结构的受和状况以及工作状态，验证设计的正确性，确定整机工作过程中的负载情况和某些物理现象的机理。此外，在机械工程中，还经常遇到许多与应变和力有关的量，如应力、力矩、压力、功率、刚度等，这些量在测试方法上与应变、力的测试都密切相关，多数情况下可先将它们转变成应变或力的测试，然后再换算成力矩、压力、功率等物理量。因此，应变和力的测量在检测技术中有着广泛的应用。3．1应变的测试3．1．1应变片的工作原理在各种应变测试方法中，电阻应变式电测法是最基本和应用最广泛的测试方法。设有一导体，其长度是L，截面积是A，材料电阻率是ρ，则其电阻R为如果此导体受到拉伸或压缩产生机械变形，其长度L，截面积A，材料电阻率ρ都会发和变化，从而引起该导体的电阻的变化。这种由于材料变形引起导体电阻发生变化的现象称为应变效应。其变化值dR为1根据材料力学知识可推导出2式中，，即导体的应变；为泊松比；为压阻系数E为导体的弹性模具。应变是传感器的输入量，是一个无量纲的数，常以10-6=1作为度量单位，称为微应变。3例如=0.1%=1000,称为应变量等于1000微应变。是此导体对应的电阻变化率，是传感器的输出量。电阻应变片的灵敏度系数S为4则3．1．2测量电路——电桥在电阻、电容、电感等参量型传感器的测量电路中，最常用的是电桥电路，它可以将电阻、电容、电感参量的变化转换成电压或电流的变化，通过放大器放大，最后用仪表显示或记录下来。01电桥电路的基本形式如图3.3所示。02阻抗Z1、Z2、Z3、Z4组成四个桥臂，为电桥的激励电压为电桥的输出电压。03如果激励电压为直流电压，则称为直流电桥。直流电桥中的阻抗只能是电阻。当电桥输出端接输入电阻较大的仪表或放大器时，可视为开路。电桥的输出电压为由此可以看出，若使电桥平衡，输出电压为零，应满足直流电桥1R1R3=R2R4当四个桥臂电阻中任一个或几个有变化时，使电桥平衡条件不成立，此时的输出电压就反应了被测量引起的桥臂电阻的变化。假设直流电桥中，2假设直流电桥中电桥的和差特性：相邻边两桥臂电阻变化使各自引起的输出电压相减；相对边桥臂电阻变化使各自引起的输出电压相加。电桥的和差特性表明了桥臂电阻变化对输出电压的影响。利用和差特性，可以合理地布置应变片，进行温度补偿，提高电桥灵敏高。根据工作时电桥中参与工作的桥臂数，电桥有半桥单臂、半桥双臂、全桥三种接桥方式，如图3.4所示。半桥双臂设图中均为全等臂电桥，即初绐时下面分析这三种连接方式的电压输出。工作中只有一个桥臂电阻值随被测量而变化，则输出电压为半桥单臂两具桥臂电阻值随被测量化:。当电阻的变化量均为时，则输出电压为全桥1工作中四个桥臂电阻值随被测量而变化，2即，当电阻的变化量均为时，电桥输出为3交流电桥所各阻抗用指数式示：、如果激励电压为交流电压，则电桥称为交流电桥。交流电桥的阻抗可以是电阻、电容和电感。电桥的平衡条件是即交流电桥的平衡条件是电桥的四个桥臂中，相对两桥臂阻抗模乘积相等；相对两桥臂阻抗角之和相等。静态应变测试时，发热是最大的误差源，应选用适合于试件材料的温度自动补偿应变片。应变片是应测试中最重要的传感器，应根据试件的测试要求、应变性质及其试件状况、实验环境等因素进行选择。选择应变片时，首先应满足测试精度。对于小应变的测试宜选用高灵敏度的半导体应变片，测大应变时则采用箔式应变片为好。根据试件的测试要求和应变性质选择动态应变测试时，应注意应变片的响应频率。为了承受交变作用力，应选用疲劳寿命高的应变片。另外，选用电阻值大的应变片，可以提高信噪比。3．1．3应变片的选择消除温度的影响，应选用具有温度自补偿功能的应变片，以尽量减小发热对测试的影响。在应变梯度较大的测试中，应尽量选用短基长的应变片。因为应变片实际测量的是栅长范围内分布应变的均值，基长越小，越接近测点的真实应变。实验环境对应变测试的影响主要是温度和湿度等因素的影响。根据试件状况选择除湿度的影响，应选用防潮性能较好的胶膜应变片，可以防止因湿度引起应变片受潮，而导致绝缘电阻下降，产生零漂等不良影响。01应变片的粘贴是应变式传感器工作成败的关键。03应保证胶层薄、无气泡、粘结牢固、绝缘好。02应变片的粘贴工艺一般包括清理试件、上