第二章1-桥梁试验检测技术及仪器设备.pptx

二二、电测法主要特点电测法主要特点1 1 1 1、电测法主要优点、电测法主要优点、电测法主要优点、电测法主要优点：测量灵敏度高、精度高测量灵敏度高、精度高。最小应变达最小应变达1 1（10-6），测量），测量精度达精度达1%1%。应变片尺寸小、重量轻、安装方便应变片尺寸小、重量轻、安装方便。箔式应变片最小标距（栅长）为箔式应变片最小标距（栅长）为0.2mm0.2mm。应用范围广应用范围广 高温高温（11001100o oC C）、）、低温低温（-269-269o oC C）、）、高压高压液下液下（几百（几百MPa）、）、制成各种高精度传感器制成各种高精度传感器。用于力、载荷、压强、位移、扭矩、加速度及振动频率等用于力、载荷、压强、位移、扭矩、加速度及振动频率等物理量的测量。物理量的测量。在施工监测和施工控制中，作为在施工监测和施工控制中，作为控制和监测控制和监测的敏感元件。的敏感元件。2 2、电测法的局限性、电测法的局限性：一般只能测试构件表面的应变一般只能测试构件表面的应变（也可以采取预（也可以采取预埋应变片的方法）。埋应变片的方法）。测量整体结构应力状态时测量整体结构应力状态时，需要设置需要设置测点多，测点多，工作量很大。工作量很大。对应力集中处测量误差较大对应力集中处测量误差较大（应变片尺寸不能（应变片尺寸不能无限小）。无限小）。测量时易受周围环境影响测量时易受周围环境影响（温度、潮湿、电磁（温度、潮湿、电磁场等）。场等）。2.2电阻应变片电阻应变片一、一、一、一、应变片应变片应变片应变片的构造和工作原理的构造和工作原理的构造和工作原理的构造和工作原理 1.1.1.1.应变片应变片应变片应变片构造构造构造构造 敏感栅、基底、引线、粘结剂、表面覆盖层敏感栅、基底、引线、粘结剂、表面覆盖层组成组成。敏感栅构成应变片的主要部分。敏感栅构成应变片的主要部分。常用常用康铜（铜镍合金）、镍铬合金等康铜（铜镍合金）、镍铬合金等高电阻率材料。高电阻率材料。敏感栅的敏感栅的电阻值通常为电阻值通常为120120350350。基底为保持敏感栅具有一定的形状，将其粘结在基底。基底为保持敏感栅具有一定的形状，将其粘结在基底。纸、有机树脂胶膜、纸、有机树脂胶膜、浸胶玻璃纤维布、金属薄片浸胶玻璃纤维布、金属薄片等等材料。材料。引线引线 引线采用焊接方法与敏感栅相连引线采用焊接方法与敏感栅相连引线常采用低电阻率材料制成，形状有细丝和扁带两种。引线常采用低电阻率材料制成，形状有细丝和扁带两种。粘结剂粘结剂 敏感栅在基底上固定或敏感栅表面覆盖保护层敏感栅在基底上固定或敏感栅表面覆盖保护层常用粘结剂有环氧树脂、酚醛树脂、聚乙烯醇缩醛等。常用粘结剂有环氧树脂、酚醛树脂、聚乙烯醇缩醛等。（箔式应变片，敏感栅在基底上的固定，是在基底成膜（箔式应变片，敏感栅在基底上的固定，是在基底成膜过程中实现的，不需要另外使用粘结剂。）过程中实现的，不需要另外使用粘结剂。）覆盖层覆盖层 防止敏感栅受到周围介质的侵蚀，或安装时损伤，防止敏感栅受到周围介质的侵蚀，或安装时损伤，材料可以采用与基底材料相同的材料，例如纸、有机树材料可以采用与基底材料相同的材料，例如纸、有机树脂胶膜、浸胶玻璃纤维布等。脂胶膜、浸胶玻璃纤维布等。由极细的绕成栅状，用粘结剂把它粘在基底上，用引出由极细的绕成栅状，用粘结剂把它粘在基底上，用引出线引出，加上覆盖层即构成应变片。线引出，加上覆盖层即构成应变片。2.2.应变片的工作原理应变片的工作原理应变片的工作原理应变片的工作原理（1 1）金属丝的电阻应变效应）金属丝的电阻应变效应 大多数金属丝在受到拉伸时，电阻值增加，压缩大多数金属丝在受到拉伸时，电阻值增加，压缩时电阻值减小。即电阻值随变形发生变化，时电阻值减小。即电阻值随变形发生变化，这一现象这一现象称为电阻应变效应。由实验可知，称为电阻应变效应。由实验可知，当变形在一定范围当变形在一定范围时，其线应变与电阻变化率之间存在着线性关系时，其线应变与电阻变化率之间存在着线性关系，用，用公式表示为公式表示为 式中，式中，R为电阻丝的初始电阻，为电阻丝的初始电阻，R为变形后的电阻变为变形后的电阻变化量，化量，为为电阻丝的应变，电阻丝的应变，KsKs称为电阻丝应变灵敏系数，称为电阻丝应变灵敏系数，随材料而异随材料而异，(1-1)（2 2）电阻应变片的灵敏系数电阻应变片的灵敏系数 为为了了防防止止丝丝栅栅中中电电流流过过大大，应应变变片片电电阻阻丝丝的的阻阻值值不不能能太太小小，同同时时应应变变片片应应反反映映一一个个小小区区域域的的应应变变，因因此此常常把把单单根根的的电电阻阻丝丝绕绕成成栅栅状状（或或把把金金属属箔箔成成型型为为栅栅状状），制制成成应应变变片片的的敏敏感感栅栅。敏敏感感栅栅的的电电阻阻变变化化率率和和感感受受的的应应变之间也存在着一定的比例关系，即变之间也存在着一定的比例关系，即 式式中中K片片称称为为应应变变片片的的灵灵敏敏系系数数，R为为应应变变片片的的电电阻阻，为为应应变变片片粘粘贴贴处处被被测测构构件件的的应应变变。K片片值值不不同同于于K0值值，K片片值值主主要要取取决决于于敏敏感感栅栅材材料料，另另外外与与敏敏感感栅栅形形状状、尺尺寸寸以以及粘结剂、基底材料、工艺等因素有关。及粘结剂、基底材料、工艺等因素有关。(1-6)（3）应变片灵敏系数测定装置应变片灵敏系数测定装置 K片片采采用用抽抽样样方方法法，通通过过实实验验测测定定每每批批应应变变片片的灵敏系数。的灵敏系数。K片片值值通通常常在在单单向向应应力力状状态态下下测测定定，灵灵敏敏系系数数K片片值值是是应应变变片片的的主主要要技技术术指指标标，K片片值值的的误误差差直直接接影影响响应应变变测测量量的的精精确确度度。通通常常采采用用纯纯弯弯曲简支梁或等强度悬臂梁。曲简支梁或等强度悬臂梁。hllPP二、二、二、二、电阻电阻电阻电阻应变片应变片应变片应变片的类型的类型的类型的类型由于敏感栅材料类型、敏感栅结构、基底材料、制造方法、温度范围、由于敏感栅材料类型、敏感栅结构、基底材料、制造方法、温度范围、安装方式不同，并根据不同用途和特点，可以分为很多种类型的应变片安装方式不同，并根据不同用途和特点，可以分为很多种类型的应变片.表表1 各种类型的应变片各种类型的应变片1.1.丝绕式应变片丝绕式应变片丝绕式应变片丝绕式应变片 敏敏感感栅栅通通常常用用15-50 m的的合合金金丝丝在在专专用用的的绕绕丝丝机机上上绕绕成成，制制造造设设备备和和工工艺艺简简单单，因因此此，各各种种温温度度下下工工作作的的应变片都可以制成丝绕式应变片。应变片都可以制成丝绕式应变片。混凝土应变测试混凝土应变测试用大标距丝绕式应变片（纸基、胶基）用大标距丝绕式应变片（纸基、胶基）用耐热合金丝绕制成的用耐热合金丝绕制成的高温应变片。高温应变片。横向效应大横向效应大（丝绕式应变片的敏感栅端部呈半圆形）（丝绕式应变片的敏感栅端部呈半圆形）K片片值值分分散散度度大大（圆圆弧弧形形状状不不易易保保证证）、耐耐热热、防防潮潮性性能差（纸基）。能差（纸基）。价格便宜，粘贴方便（纸基）价格便宜，粘贴方便（纸基）2.2.箔式应变片箔式应变片箔式应变片箔式应变片 敏感栅用敏感栅用3-10 m厚度的厚度的合金箔经过光刻技术制成合金箔经过光刻技术制成 合合金金箔箔上上涂涂刷刷一一层层树树脂脂，经经聚聚合合处处理理后后形形成成基基底底。然然后后在在另另一一面面涂涂刷刷一一层层光光刻刻胶胶，用用光光刻刻腐腐蚀蚀工工艺艺得得到到敏敏感感栅栅，焊焊上上引引线线，再再涂涂一一层层保保护护层层而而成成。栅栅长长最最小小可可以以做做成成0.2mm。敏敏感感栅栅结结构构形形式式是是通通过过绘绘图图、制制版版、光光刻刻等等工工艺艺制制成成，由由于于制制造造工工艺艺上上的的便便利利，因因此此可可以以制制成成各各种种形形式式的的敏敏感感栅栅。敏敏感感栅栅的的横横向向部部分分可可以以做做成成比比较宽的栅条。较宽的栅条。基基底底多多为为有有机机胶胶膜膜，如如环环氧氧树树脂脂、聚聚脂脂树树脂脂、聚聚酰酰亚胺、酚醛、缩醛树脂等高分子聚合材料。亚胺、酚醛、缩醛树脂等高分子聚合材料。横横向向效效应应小小、参参数数集集中中、测测试试精精度度高高、防防潮潮散散热热好好、长期稳定性好。长期稳定性好。是目前普遍使用的应变片。是目前普遍使用的应变片。3.3.应变花应变花应变花应变花在在一一个个基基底底上上，按按一一定定角角度度安安置置了了几几个个敏敏感感栅栅，因因而而称称为为多多轴轴应应变变片片（或或称称应应变变花花）。应应变变花花通通过过测测量量同同一一点点上上几几个个方方向向的的应应变变，从从而而测得一点的主应变和主方向测得一点的主应变和主方向。abc直角应变花直角应变花应变花应变花4.其它类型应变片其它类型应变片裂纹扩展片裂纹扩展片测量材料在载荷作用下裂纹扩张速度测量材料在载荷作用下裂纹扩张速度疲劳寿命片疲劳寿命片测定构件在一定交变应力值作用下的循环次数测定构件在一定交变应力值作用下的循环次数大应变电阻应变片大应变电阻应变片应变量应变量2以上以上(20000)，经特殊退火处理，经特殊退火处理K值基本不值基本不变变液态金属应变计液态金属应变计（大应变测量）（大应变测量）磁致伸缩应变计磁致伸缩应变计（敏感栅磁化处理，轴向导磁率与变形有关）（敏感栅磁化处理，轴向导磁率与变形有关）灵敏度高达灵敏度高达2 105,可测微小应变可测微小应变10-3-10-4，对温度不敏感。，对温度不敏感。抗磁性应变片、残余应力应变片、测温片等抗磁性应变片、残余应力应变片、测温片等三、三、三、三、电阻电阻电阻电阻应变片应变片应变片应变片的的的的工作特性工作特性工作特性工作特性 应变片的类型很多，由于其材质、丝栅形式、工艺等方应变片的类型很多，由于其材质、丝栅形式、工艺等方面的不同，应变片的工作特性也不相同。我们需要了解应变面的不同，应变片的工作特性也不相同。我们需要了解应变片的特性，以便正确的选择和使用应变片。片的特性，以便正确的选择和使用应变片。1.1.应变片电阻应变片电阻（R）电阻值系列为电阻值系列为6060、120120、200200、350350、500500、10001000,2.2.应变片的灵敏系数（应变片的灵敏系数（K片片）单向应力作用下，应变片轴线与应力方单向应力作用下，应变片轴线与应力方向重合时向重合时,应变片电阻的相对变化与轴向应变之比值。应变片电阻的相对变化与轴向应变之比值。3.3.机械滞后机械滞后 温度不变，在零和某一指定应变之间加、卸载。加载与卸温度不变，在零和某一指定应变之间加、卸载。加载与卸载曲线不相重合的现象称为机械滞后。对同一指示应变加载与卸载所得载曲线不相重合的现象称为机械滞后。对同一指示应变加载与卸载所得指示应变的差值指示应变的差值CjCj，即为机械滞后量。，即为机械滞后量。主要是敏感栅、基底和粘结剂变形后留下的残余变形。对于新贴好的应主要是敏感栅、基底和粘结剂变形后留下的残余变形。对于新贴好的应变片，在正式测试前，对构件多次加卸载后，应变片的机械滞后将减小变片，在正式测试前，对构件多次加卸载后，应变片的机械滞后将减小。4.零点漂移（零点漂移（P P）和蠕变（）和蠕变（）零点漂移是指粘贴在试件上的应变片，在温度恒定，试件不受应力零点漂移是指粘贴在试件上的应变片，在温度恒定，试件不受应力的情况下，应变片的指示应变随时间的变化的情况下，应变片的指示应变随时间的变化。敏感栅通电流后的温度效应，粘结剂固化不充分，粘贴敏感栅通电流后的温度效应，粘结剂固化不充分，粘贴应变片过程中造成的初应力，及仪器的零漂造成。应变片过程中造成的初应力，及仪器的零漂造成。在温度在温度不变，试件产生一定应变的情况下不变，试件产生一定应变的情况下,应变片的指示应变随时间略有应变片的指示应变随时间略有下降下降,此现象称为应变片的蠕变。此现象称为应变片的蠕变。主要是胶层在传递应变开始阶段出现的主要是胶层在传递应变开始阶段出现的“滑动滑动”所造成的。所造成的。5.5.应变极限应变极限（j j）室温下，当应变片的指示应变和真实应变的相对误差达到室温下，当应变片的指示应变和真实应变的相对误差达到10%10%时的最时的最大真实应变值，即为应变片的应变极限。一般应变片的应变极限为大真实应变值，即为应变片的应变极限。一般应变片的应变极限为8000-200008000-20000，大应变应变片的应变极限可达，大应变应变片的应变极限可达5 5万万-20-20万万。6.6.绝缘电阻（绝缘电阻（Rm）应变片的绝缘电阻大于）应变片的绝缘电阻大于100100M。应变片受潮湿或粘结剂固化不充分，会引起绝缘电阻不稳定和急剧应变片受潮湿或粘结剂固化不充分，会引起绝缘电阻不稳定和急剧减小，产生零点漂移，影响测量精度，严重的根本无法测量减小，产生零点漂移，影响测量精度，严重的根本无法测量。7.7.横向效应系数（横向效应系数（H）一般丝绕式）一般丝绕式H 5%、箔、箔式式H 2%粘贴在单向应变场零应变方向的应变片的指示应变，粘贴在单向应变场零应变方向的应变片的指示应变，与粘贴在此应变方向的应变片的指示应变的比值（以与粘贴在此应变方向的应变片的指示应变的比值（以百分数表示），称为横向效应系数。它表示应变片横百分数表示），称为横向效应系数。它表示应变片横向效应的影响程度，由实验方法确定。向效应的影响程度，由实验方法确定。8.8.疲劳寿命疲劳寿命 在恒定幅值的交变应力作用下，应变片连续工作直在恒定幅值的交变应力作用下，应变片连续工作直到产生疲劳损坏时的循环次数，称为应变片的疲劳寿到产生疲劳损坏时的循环次数，称为应变片的疲劳寿命。测定应变片的疲劳寿命时，规定交变应力的幅值命。测定应变片的疲劳寿命时，规定交变应力的幅值为为10001000。四、应变片的选用及粘贴工艺四、应变片的选用及粘贴工艺1.1.1.1.应变片的选用应变片的选用应变片的选用应变片的选用主要根据工作环境、载荷性质、测点的应力状态等情况主要根据工作环境、载荷性质、测点的应力状态等情况。（1 1）根据工作环境考虑）根据工作环境考虑 工作温度工作温度（应变片的敏感栅材料、基底材料、粘结剂类型（应变片的敏感栅材料、基底材料、粘结剂类型及粘贴方法等，都有一定的工作温度范围，测量时应根据及粘贴方法等，都有一定的工作温度范围，测量时应根据构件的工作温度选择应变片。例如构件的工作温度选择应变片。例如常温常温应变片、应变片、高温高温应变应变片、低温应变片等）。片、低温应变片等）。潮湿环境潮湿环境（潮湿使应变片与构件之间的绝缘电阻降低，粘（潮湿使应变片与构件之间的绝缘电阻降低，粘结强度降低等现象。这将造成零点漂移，灵敏度下降，因结强度降低等现象。这将造成零点漂移，灵敏度下降，因而产生误差。不宜使用纸基应变片，应使用而产生误差。不宜使用纸基应变片，应使用防潮性能好的防潮性能好的胶膜基底应变片胶膜基底应变片，并应，并应采取防潮措施采取防潮措施，如涂防潮剂等。，如涂防潮剂等。强磁场等强磁场等（磁场可使敏感栅产生磁致伸缩，造成测量误差，（磁场可使敏感栅产生磁致伸缩，造成测量误差，此时应使用此时应使用防磁应变片防磁应变片）。）。（2 2）根据被测量应变的性质考虑）根据被测量应变的性质考虑静态应变测量静态应变测量 温度变化是导致误差的重要原因。温度变化是导致误差的重要原因。如被测构件的如被测构件的温度场不均匀温度场不均匀或温度变化较大，或温度变化较大，使用温度自补偿应变片使用温度自补偿应变片。测量精度要求比较高测量精度要求比较高的静态应变测量，应考虑的静态应变测量，应考虑使用箔式应变片使用箔式应变片，以，以保证较小的零漂、蠕变、热输出。保证较小的零漂、蠕变、热输出。大应变测量大应变测量 相对变形超过相对变形超过2%2%的，使用测量的，使用测量大应大应变的应变片变的应变片。动态应变测量动态应变测量 应变片应变片长期长期工作在工作在交变载荷下交变载荷下，使用疲劳寿命高的使用疲劳寿命高的箔式应变片箔式应变片。测量。测量高频动态高频动态应变时应变时，应考虑应变片的标距，选用，应考虑应变片的标距，选用较小标距较小标距应变片应变片。（3 3）根据测点的应力状态考虑）根据测点的应力状态考虑应力梯度小应力梯度小 （应变较为均匀分布）应变较为均匀分布）,采用较采用较大标距应变片大标距应变片。（K K片值分散度小，横向效应片值分散度小，横向效应系数小，粘贴比较容易）。系数小，粘贴比较容易）。应力集中（应力集中（应力梯度较大）应力梯度较大）采用小标距应变片采用小标距应变片。单向应力状态下单向应力状态下测量应变测量应变，采用单轴应变片采用单轴应变片。平面应力状态下平面应力状态下测量应变，测量应变，使用应变花使用应变花。非均质材料，非均质材料，如混凝土等，如混凝土等，应选用大标距应变应选用大标距应变片片，一般应变片的标距应是混凝土中石子粒径，一般应变片的标距应是混凝土中石子粒径的的2-32-3倍。倍。（4 4）根据测量精度考虑根据测量精度考虑 应变片分为若干精度等级，根据测量精度的应变片分为若干精度等级，根据测量精度的要求，要求，选择合适的精度等级选择合适的精度等级。我国应变仪均按。我国应变仪均按电阻值为电阻值为120120 的应变片设计，故通常情况下宜的应变片设计，故通常情况下宜选用电阻值为选用电阻值为120120 的应变片。但在传感器中，的应变片。但在传感器中，一般采用高阻值的应变片，为了得到较大的输一般采用高阻值的应变片，为了得到较大的输出信号，采用高阻值的应变片。在测量电路中出信号，采用高阻值的应变片。在测量电路中包含有转换开关、集流器等装置时，包含有转换开关、集流器等装置时，使用高阻使用高阻值的应变片可以减少接触电阻的影响。减少桥值的应变片可以减少接触电阻的影响。减少桥路中应变片的工作电流，提高应变片的工作稳路中应变片的工作电流，提高应变片的工作稳定性。定性。2.2.应变片的粘结剂应变片的粘结剂（1 1）氰基丙烯酸脂粘结剂）氰基丙烯酸脂粘结剂 使用最广泛的一种应变胶，使用最广泛的一种应变胶，固化时间短固化时间短（几十秒至数分（几十秒至数分钟），数小时后可使用。对各种材料（金属、塑料等）都钟），数小时后可使用。对各种材料（金属、塑料等）都有很强的粘结力。使用温度为有很强的粘结力。使用温度为-50-50o oC-+60C-+60 o oC C，需要在低温，需要在低温下（低于下（低于1010 o oC C）保存。商品型号为）保存。商品型号为502502胶等胶等。缺点是。缺点是抗潮抗潮湿性能差湿性能差。（2 2）环氧树脂类粘结剂）环氧树脂类粘结剂 粘结力很强，绝缘电阻高，防潮性能好粘结力很强，绝缘电阻高，防潮性能好。如。如HY-914胶胶，室温室温3-53-5小时基本固化。使用温度为小时基本固化。使用温度为-60-60o oC-+80C-+80 o oC C。（3 3）酚醛树脂等热固化类粘结剂）酚醛树脂等热固化类粘结剂 具有具有强度高、耐温高、耐老化强度高、耐温高、耐老化等特点，具有良好的等特点，具有良好的耐耐油和耐水性油和耐水性。贴片后可在。贴片后可在较长时期中使用较长时期中使用，例如用于长期，例如用于长期使用的传感器。使用温度为使用的传感器。使用温度为-60-60o oC-+100C-+100 o oC C。需要在一定的。需要在一定的温度下固化，且温度下固化，且固化时间长，固化工艺复杂固化时间长，固化工艺复杂，如，如JSF-2胶。胶。3.3.应变片的贴片工艺应变片的贴片工艺（1）应变片的准备）应变片的准备（2）贴片构件表面处理）贴片构件表面处理（3）贴片）贴片（4）导线的焊接与固定）导线的焊接与固定（5）贴片质量检查）贴片质量检查（6）应变片的防护）应变片的防护2.3 2.3 电阻应变仪电阻应变仪一一、电阻应变仪的工作原理及类型电阻应变仪的工作原理及类型电阻应变仪的工作原理及类型电阻应变仪的工作原理及类型1.1.工作原理工作原理 构件受力产生应变，引起应变片电阻值的相构件受力产生应变，引起应变片电阻值的相对变化。被测构件应变一般在对变化。被测构件应变一般在1010-6-6 1010-3-3（1 1 10001000）之间，所以电阻变化率）之间，所以电阻变化率也很小，因此必须专门设计一种仪器，也很小，因此必须专门设计一种仪器，对应变对应变转换成的电阻变化率进行测量，最后以应变的转换成的电阻变化率进行测量，最后以应变的标度给出指示，标度给出指示，这类仪器称为电阻应变仪。这类仪器称为电阻应变仪。2.2.电阻应变仪的类型电阻应变仪的类型静态电阻应变仪静态电阻应变仪单通道、配预调平衡箱进行多点应变测量单通道、配预调平衡箱进行多点应变测量,一般直流电桥、一般直流电桥、K K仪仪可调可调,一般设置一般设置K K仪仪=2.=2.例如例如YJ28A-P10RYJ28A-P10R型等型等动态电阻应变仪动态电阻应变仪.多通道多通道、一般、一般厂家设置厂家设置K K仪仪=2.=2.例如例如YD-15YD-15型（交流电桥、型（交流电桥、CHCH）、）、YD-28YD-28型（直型（直流电桥、流电桥、6CH6CH），工作频率），工作频率2KHz2KHz超动态电阻应变仪超动态电阻应变仪 工作频率几十工作频率几十KHzKHz以上，用于爆炸、高速冲击等。以上，用于爆炸、高速冲击等。数据采集装置（智能型应变仪）数据采集装置（智能型应变仪）带有微处理器的应变仪，具有自动调带有微处理器的应变仪，具有自动调零、切换、测量、存储及数据处理等功零、切换、测量、存储及数据处理等功能。以软件代替硬件使仪器性能提高，能。以软件代替硬件使仪器性能提高，更可靠。更可靠。应变测量处理仪 电阻应变片YJ-PCI 接口计算机转换箱图 YJ-22型应变测量处理仪测试系统框图二、二、应变仪的电桥原理应变仪的电桥原理1.1.电压桥电压桥 当负载阻抗远大于电桥的输当负载阻抗远大于电桥的输出阻抗时，可以看作负载为无出阻抗时，可以看作负载为无穷大，即穷大，即BDBD端开路，为电压输端开路，为电压输出，称为电压桥。出，称为电压桥。惠斯顿电桥惠斯顿电桥由电工原理可知，电流由电工原理可知，电流I1和和I2为为 R1R2R4R3VABCDUBDI2I1 B、D端的输出电压为端的输出电压为R1R2R4R3VABCDUBDI2I1若电桥平衡，输出电压若电桥平衡，输出电压 ，则有，则有 假定四个桥臂的电阻片各自受到应变后分别有微小假定四个桥臂的电阻片各自受到应变后分别有微小的电阻的电阻 增量增量 R1 1、R2 2、R3 3、和、和 R4 4,电桥的输出电电桥的输出电压将有增量压将有增量 ,可用下面公式表示：可用下面公式表示：因为因为 所以所以 同理同理又因为又因为 K片片 当当R R1 1=R=R2 2=R=R3 3=R=R4 4时时则则（当应变片灵敏系数相等时）（当应变片灵敏系数相等时）经标定经标定 仪仪=1 1-2 2+3 3-4 4（全桥）（全桥）讨论讨论 仪仪（应变仪的指示应变）（应变仪的指示应变）一般不表示测点的真一般不表示测点的真实应变，与布片、桥路接线方式有关，需经换实应变，与布片、桥路接线方式有关，需经换算才能得到测点真实应变。算才能得到测点真实应变。当当K K片片不等于不等于K K仪仪（应变仪所设定的应变片的灵敏（应变仪所设定的应变片的灵敏系数）需对应变值进行修正系数）需对应变值进行修正 修正公式修正公式半桥测量时半桥测量时 仪仪=1 1-2 22.功率桥功率桥 当负载阻抗与电桥的输出阻抗相当当负载阻抗与电桥的输出阻抗相当时，才能有最大时，才能有最大功率输出（电流输出），功率输出（电流输出），抗干扰能力强。抗干扰能力强。三、电桥的基本特性三、电桥的基本特性相邻桥臂异号，相邻桥臂有变量，相邻桥臂异号，相邻桥臂有变量，电桥反映两变量相减。电桥反映两变量相减。相对桥臂同号，相对桥臂有变量，相对桥臂同号，相对桥臂有变量，电桥反映两变量相加电桥反映两变量相加。利用电桥的特性利用电桥的特性（相加性、相消性）相加性、相消性）温度补偿温度补偿提高测试灵敏度提高测试灵敏度测取多种载荷作用下，某一载荷产生的应变测取多种载荷作用下，某一载荷产生的应变 仪仪=1 1-2 2+3 3-4 4R1R2R4R3VABCDUBDI2I1四、四、电阻应变仪的标定方法电阻应变仪的标定方法标准标准应变模拟仪应变模拟仪并联电阻法并联电阻法 标标=R/(R+r)K仪仪e=(仪仪-标标)/标标 x100%rR 2.4 静态应变测量静态应变测量一、一、一、一、温度影响及补偿方法温度影响及补偿方法温度影响及补偿方法温度影响及补偿方法1.温度影响温度影响 粘贴在构件上应变片的电阻值变化，一方面随构粘贴在构件上应变片的电阻值变化，一方面随构件应变而变化，另一方面因环境温度变化而变化，由件应变而变化，另一方面因环境温度变化而变化，由于环境温度变化引起应变片的电阻值变化，在测量应于环境温度变化引起应变片的电阻值变化，在测量应变时将产生很大的虚假应变，变时将产生很大的虚假应变，必须予以消除必须予以消除。温度变化而引起的应变片电阻变化，包括两个方面：温度变化而引起的应变片电阻变化，包括两个方面：(1)(1)环境温度变化引起应变片的电阻值变化环境温度变化引起应变片的电阻值变化环境温度变化引起应变片的电阻值变化环境温度变化引起应变片的电阻值变化 丝丝为应变片敏感栅材料的电阻温度系数，为应变片敏感栅材料的电阻温度系数，T为温度变化。为温度变化。(2)(2)应变片敏感栅与被测构件材料的线膨胀系数不同应变片敏感栅与被测构件材料的线膨胀系数不同应变片敏感栅与被测构件材料的线膨胀系数不同应变片敏感栅与被测构件材料的线膨胀系数不同 应变片敏感栅受到附加的拉伸或压缩，引起应变片电阻值变化。应变片敏感栅受到附加的拉伸或压缩，引起应变片电阻值变化。式中式中 构构为构件材料的线膨胀系数，为构件材料的线膨胀系数，丝丝为应变片敏感栅为应变片敏感栅材料的线膨胀系数。材料的线膨胀系数。对应的应变为对应的应变为综合上述两种原因，因温度变化综合上述两种原因，因温度变化产生的总相对电阻变化为产生的总相对电阻变化为 温度变化引起的虚假应变是很大的，例如粘贴在钢试件上温度变化引起的虚假应变是很大的，例如粘贴在钢试件上的康铜丝应变片，的康铜丝应变片，温度变化温度变化1 1 时时产生的产生的虚假应变为虚假应变为6 6。因此由温度效应产生的虚假应变必须设法消除。因此由温度效应产生的虚假应变必须设法消除。2.温度补偿温度补偿 消除温度影响的方法是温度补偿，方法基本有两种：消除温度影响的方法是温度补偿，方法基本有两种：一种是一种是温度自补偿片方法温度自补偿片方法，一种是利用，一种是利用桥路补偿法桥路补偿法。（1）温度自补偿片）温度自补偿片 通过对应变片的敏感栅材料和制造工艺上采取措施，使通过对应变片的敏感栅材料和制造工艺上采取措施，使K、丝丝、构构、丝丝几个系数相互配合，当应变片在一定温度范几个系数相互配合，当应变片在一定温度范围内时，使围内时，使 T=0,所制成的应变片为温度自补偿片。所制成的应变片为温度自补偿片。（2）桥路补偿法）桥路补偿法桥路补偿法分为补偿块法和工作片补偿法桥路补偿法分为补偿块法和工作片补偿法2.4 静态应变测量静态应变测量一、温度影响及补偿方法一、温度影响及补偿方法一、温度影响及补偿方法一、温度影响及补偿方法二、二、二、二、单向应力状态下应力应变测量单向应力状态下应力应变测量单向应力状态下应力应变测量单向应力状态下应力应变测量三、三、三、三、平面应力状态下应力应变测量平面应力状态下应力应变测量平面应力状态下应力应变测量平面应力状态下应力应变测量 (主应力方向已知主应力方向已知主应力方向已知主应力方向已知)四、四、四、四、组合变形时对某种应变成分的测定组合变形时对某种应变成分的测定组合变形时对某种应变成分的测定组合变形时对某种应变成分的测定以上详细内容见第二章（以上详细内容见第二章（以上详细内容见第二章（以上详细内容见第二章（2 2）对于主应力方向未知的两向应力状态，一般布置在一个基底上按一定角度排列有三个敏感栅组成的应变花。常用的应变花有45、60应变花两种。测得a、b、c 三个方向的线应变a、b、c后，代入公式可计算出测点的主应力和主方向。五、平面应力状态下应力应变测量五、平面应力状态下应力应变测量（主应力方向未知）abcacb45应变花60应变花1.由任意三个方向线应变求主应力由任意三个方向线应变求主应力(e)(f)由虎克定律沿方向线应变 将(e)、(f)代入（g）可得（g）（43）同理可得沿、方向线应变（44）（45）xyyx2.应变花应变花 45应变花，敏感栅a夹角=0，敏感栅b夹角=45，敏感栅c夹角=90。将=0、=45、=90分别代入4-3、4-4、4-5式，可得联立以上三个方程求解可得：abc4545xy对于45应变花，测得a、b、c 三个方向的线应变a、b、c，代入(4-6)式可计算出测点的主应力和主方向，式中。为主方向与应变片a方向的夹角。(4-6)abc4545xy六、六、电测实验中产生误差原因及修正方法电测实验中产生误差原因及修正方法1.误差原因误差原因 电测实验中产生误差原因很多电测实验中产生误差原因很多,概括起来有如下几个方面概括起来有如下几个方面:应变片特性及粘贴工艺引起的误差应变片特性及粘贴工艺引起的误差、如应变片、如应变片灵敏系数灵敏系数K片片的误差、的误差、应变片应变片的的零飘零飘、横向效应横向效应、机械滞后、蠕变等、机械滞后、蠕变等带来的带来的误差。误差。应变片应变片贴片偏离贴片偏离规定规定方向方向，以及以及胶层厚度带来的误差。胶层厚度带来的误差。应变仪产生的误差应变仪产生的误差，如，如应变仪没有标定好应变仪没有标定好，应变仪漂移应变仪漂移，通道，通道转换开关转换开关由由于磨损于磨损接触电阻过大接触电阻过大等等引起的误差。引起的误差。测试条件引起的误差测试条件引起的误差，如，如长导线长导线，有，有电磁干扰电磁干扰，电容不平衡电容不平衡，周围，周围环境湿环境湿度度、温度温度,以及以及压力效应压力效应等引起的误差。等引起的误差。其它方面，如现场测试中，工作片与温度补偿片所处的温度场不相同，以其它方面，如现场测试中，工作片与温度补偿片所处的温度场不相同，以及动态测量时记录仪器方面引起的误差等。及动态测量时记录仪器方面引起的误差等。2.修正及处理方法修正及处理方法（1）贴片偏离预定测点方向的影响）贴片偏离预定测点方向的影响（2）温度的影响）温度的影响电阻应变片由于温度变化产生的相对电阻变化电阻应变片由于温度变化产生的相对电阻变化接线电阻由于温度变化产生的相对电阻变化接线电阻由于温度变化产生的相对电阻变化（3）测量导线电阻的影响）测量导线电阻的影响（4）切换接触电阻的影响）切换接触电阻的影响（5）横向效应的影响）横向效应的影响（6）当当K K片片K K仪仪时时（1）贴片偏离预定方向的影响贴片偏离预定方向的影响设预定贴片方向与主应变方向的夹角为设预定贴片方向与主应变方向的夹角为 由于贴片方向的误差，实际贴片方向偏离由于贴片方向的误差，实际贴片方向偏离应变测量误差应变测量误差 为为应变测量误差应变测量误差 为为相对应变测量误差为相对应变测量误差为 e 讨论：贴片方向不准引起的误差，不仅与贴片偏离讨论：贴片方向不准引起的误差，不仅与贴片偏离的角度的角度有关，还与预定测点应变方向与主应变方向有关，还与预定测点应变方向与主应变方向夹角夹角 有关，有关，与与 越大则误差也越大。越大则误差也越大。（2）温度的影响）温度的影响a.电阻应变片由于温度变化产生的电阻变化电阻应变片由于温度变化产生的电阻变化b.接线电阻由于温度变化产生的电阻变化接线电阻由于温度变化产生的电阻变化（3）测量导线电阻的影响）测量导线电阻的影响a.半桥测量时半桥测量时每个应变片分别用每个应变片分别用2根长导线与电桥相连根长导线与电桥相连 修正公式为修正公式为 =仪仪（1+2r/R）2个应变片共用个应变片共用3根长导线与电桥相连根长导线与电桥相连 修正公式为修正公式为 =仪仪（1+r/R）b.全桥测量时全桥测量时修正公式为修正公式为 =仪仪（1+r/R）式中式中r为每根导线的电阻为每根导线的电阻（4）切换接触电阻的影响）切换接触电阻的影响（a）半桥切换半桥切换单臂切换单臂切换 双臂切换双臂切换 接触电阻仍串联在桥臂中，接触电阻仍串联在桥臂中，有可能部分抵消有可能部分抵消 Rk1与与Rk2同号同号 也可能部分加剧也可能部分加剧 Rk1与与Rk2异号异号（b）全桥切换）全桥切换 接触电阻的变化在桥臂外，接触电阻的变化只对供接触电阻的变化在桥臂外，接触电阻的变化只对供桥电压略有影响桥电压略有影响（5）横向效应的影响横向效应的影响横向效应误差横向效应误差式中式中。为为K片片标定梁的波松比，标定梁的波松比，y为应变片横向应变，为应变片横向应变，x为应变为应变片纵向应变片纵向应变讨论讨论(a)横向效应误差横向效应误差与应变片与应变片H（横向效应系数（横向效应系数）及在应变场及在应变场中粘贴的方位有关中粘贴的方位有关（b）若被测构件材料或应力状态与）若被测构件材料或应力状态与K片片标定梁不相同，且标定梁不相同，且H较较大时应考虑横向效应的影响。大时应考虑横向效应的影响。横向效应的修正横向效应的修正（a）利用修正公式（需知）利用修正公式（需知。、。、H）（b）以电测法测出带有）以电测法测出带有横向效应误差横向效应误差的的E E、值并代入虎克定律，值并代入虎克定律，横向效应误差自行消除。横向效应误差自行消除。（6）当当K K片片K K仪仪时时 当当K片不等于片不等于K仪仪（应变仪所设定的应变（应变仪所设定的应变片的灵敏系数）片的灵敏系数）需对应变值进行修正需对应变值进行修正修正公式修正公式