电测法的基本原理

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1、电测法的基本原理一.原理简介电测应力、应变实验方法（简称电测法），不仅用于验证材料力学的理论、测定材料的机械性能，而且作为一种重要的实验手段为解决工程问题及从事研究工作，提供良好的实验基础。电测法就是将物理量、力学量、机械量等非电量，通过敏感元件感受下来并转换成电量，然后通过专门的应变测量设备（如电阻应变仪）进行测量的一种实验方法。二.应变片原理　　　敏感元件的种类很多，其中以电阻应变片（简称电阻片或应变片）最简单、应用最广泛。1.电阻片的应变-电性能（图1、图2）　　电阻片分丝式和箔式两大类。丝绕式电阻片是用0.003mm

2、-0.01mm的合金丝绕成栅状制成的；箔式应变片则是用0.003mm-0.01mm厚的箔材经化学腐蚀制成栅状的，其主体敏感栅实际上是一个电阻。金属丝的电阻随机械变形而发生变化的现象称为应变-电性能。电阻片在感受构件的应变时（称做工作片），其电阻同时发生变化。实验表明，构件被测量部位的应变Δl/l与电阻变化率ΔR/R成正比关系，即：比例系数Ks称为电阻片的灵敏系数。由于电阻片的敏感栅不是一根直丝，所以Ks不能直接计算，需要在标准应变梁上通过抽样标定来确定。Ks的数值一般约在2.0左右。2.温度补偿片　　温度改变时，金属丝的长度

3、也会发生变化，从而引起电阻的变化。因此在温度环境下进行测量，应变片的电阻变化由两部分组成即：ΔR=ΔRε＋ΔRT　　ΔRε-由构件机械变形引起的电阻变化。　　ΔRT-由温度变化引起的电阻变化。　　要准确地测量构件因变形引起的应变，就要排除温度对电阻变化的影响。方法之一是，采用温度能够自己补偿的专用电阻片；另一种方法是，把普通应变片，贴在材质与构件相同、但不参与机械变形的一材料上，然后和工作片在同一温度条件下组桥。电阻变化只与温度有关的电阻片称做温度补偿片。利用电桥原理，让补偿片和工作片一起合理组桥，就可以消除温度给应力测量带

4、来的影响。3.应变花（图3）6　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　为同时测定一点几个方向的应变，常把几个不同方向的敏感栅固定在同一个基底上，这种应变片称做应变花。应变花的各敏感栅之间由不同的角度α组成。它适用于平面应力状态下的应变测量。应变花的角度α可根据需要进行选择。1.电阻片的粘贴方法粘贴电阻片是电测法的一个重要环节，它直接影响测量精度。粘贴时，首先必须保证被测表面的清洁、平整、光滑、无油污、无锈迹。二要保证粘贴位置的准确、并选用专用的粘接剂。三应变片引线的焊接和导线的固定要牢靠，以保证测量时导线不会

5、扯坏应变片。为满足上述要求，粘贴的大致过程如下：打磨测量表面→在测量位置准确画线→清洗测量表面→在画线位置上准确地粘贴应变片→焊接导线并牢靠固定。一.电桥工作原理应变仪测量电路的作用，就是把电阻片的电阻变化率ΔR/R转换成电压输出，然后提供给放大电路放大后进行测量。1.电桥原理测量电路有多种，最常用的是桥式测量电路。R1、R2、R3、R4四个电阻依次接在A、B、C、D（或1、2、3、4）之间，构成电桥的四桥臂。电桥的对角AC接电源，电源电压为E；对角BD为电桥的输出端，其输出电压用UDB表示。可以证明UDB与桥臂电阻有如下关

6、系：6UDB=E（）　若4个桥臂电阻由贴在构件上的4枚电阻片组成，而且初始电阻R1=R2=R3=R4，当输出电压UDB=0时，电桥处于平衡状态。构件变形时，各电阻的变化量分别为ΔR1、ΔR2、ΔR3、ΔR4。输出电压的相应变化为：UDB+ΔUDB=E（）在小应变>>1的条件下，可以证明桥路输出电压为：ΔUDB=（－+－）如果ΔR仅由机械变形引起、与温度影响无关，而且4枚电阻片的灵敏系数Ks相等时，根据，可以写成：ΔUDB=Ks（ε1－ε2＋ε3－ε4）如果供桥电压E不变，那么构件变形引起的电压输出ΔUDB与4个桥臂的应变值ε

7、1、ε2、ε3、ε4成线性关系。式中各ε是代数值，其符号由变形方向决定。一般拉应变为"正"、压应变为"负"。根据这一特性：相邻两桥臂的ε（ε1、ε3或ε2、ε4）符号一致时，两应变相抵消；如符号相反，则两应变的绝对值相加。相对两桥臂的ε（ε1、ε2或ε3、ε4）符号一致时，两应变的绝对值相加；如符号相反，则两应变相抵消。实验如果能很好地利用电桥的这一特性，合理布片、灵活组桥，将直接影响电桥输出电压的大小，从而有效地提高测量灵敏度、并减少测量误差。这种作用称做桥路的加减特性。电阻应变仪是测量应变的专用仪器，桥路输出电压ΔUDB

8、的大小，是按应变直接标定来显示的。因此与ΔUDB对应的应变值ε仪仪可由应变仪直接读出来。1.组桥方式　一般贴在构件上参与机械变形的电阻片称做工作片，在不考虑温度影响的前提下，应变片接入各桥臂的组桥方式不同、与工作片相应的输出电压也不同。几种典型的组桥方式如下：a.单臂测量只有一枚工作片R1