結(jié)構(gòu)靜載試驗應(yīng)變測試技術(shù)課件

第三章結(jié)構(gòu)靜載試驗

結(jié)構(gòu)靜載試驗是最常規(guī)的試驗之一。靜載試驗中使用的儀器、儀表和設(shè)備可分為加載設(shè)備、測試元件和儀表、放大儀和記錄儀等儀器設(shè)備。試驗中觀測的物理量為力、位移、應(yīng)變、溫度、裂縫寬度與分布、破壞或失穩(wěn)形態(tài)等。一、靜載試驗加載設(shè)備二、試驗裝置的支座設(shè)計三、應(yīng)變測試技術(shù)四、靜載試驗用儀器儀表五、靜載試驗準(zhǔn)備與實施六、結(jié)構(gòu)靜載試驗示例第三章結(jié)構(gòu)靜載試驗結(jié)構(gòu)靜載試驗是最常規(guī)的1三、應(yīng)變測試技術(shù)三、應(yīng)變測試技術(shù)2在外力作用下，工程結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力，不同部位的應(yīng)力值是評定結(jié)構(gòu)工作狀態(tài)的重要指標(biāo)，也是建立結(jié)構(gòu)理論的重要依據(jù)。但是，目前直接測定構(gòu)件截面的應(yīng)力值還沒有較好的方法，一般方法是先測定應(yīng)變，而后通過σ=Eε的關(guān)系間接測定應(yīng)力，或由已知的σ-ε關(guān)系曲線查得應(yīng)力。應(yīng)變量測在工程結(jié)構(gòu)試驗量測中有極其重要的地位。應(yīng)變量測往往還是其他物理量量測的基礎(chǔ)。為什么要進(jìn)行結(jié)構(gòu)應(yīng)變測試在外力作用下，工程結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力，不同部位的應(yīng)力值是評定結(jié)31、應(yīng)變的測量原理：量測應(yīng)變通常是在預(yù)定的標(biāo)準(zhǔn)長度范圍(稱“標(biāo)距”)L內(nèi)進(jìn)行。量測長度變化增量的平均值ΔL,由應(yīng)變的定義式ε=ΔL/L求得ε，這就是應(yīng)變量測的基本原理。所以，應(yīng)變的量測實質(zhì)上是量測標(biāo)距L的變化增量ΔL。2、常用方法：應(yīng)變量測方法很多，主要有電測法、機(jī)測法和光測法等。怎樣進(jìn)行結(jié)構(gòu)應(yīng)變測試1、應(yīng)變的測量原理：怎樣進(jìn)行結(jié)構(gòu)應(yīng)變測試4（一）機(jī)測法機(jī)測法：利用機(jī)械式儀表，測量試驗構(gòu)件上兩點之間的相對線位移，然后在轉(zhuǎn)換為應(yīng)變值。實際上，只要可以測到兩點之間的位移，都可以將其轉(zhuǎn)換為應(yīng)變。雙杠桿應(yīng)變儀手持式應(yīng)變儀（一）機(jī)測法機(jī)測法：利用機(jī)械式儀表，測量試驗構(gòu)件上兩點之間的5機(jī)測法優(yōu)點：試驗操作簡單，數(shù)據(jù)可靠，不受電磁等因素干擾。機(jī)測法限制：

1.不適合應(yīng)變變化較大區(qū)域內(nèi)的應(yīng)變測量

2.不能自動記錄，測讀時間較長，測點布置困難。

3.溫度補償困難。機(jī)測法優(yōu)點：試驗操作簡單，數(shù)據(jù)可靠，不受電磁等因素干擾。6（二）電測法電測法（非電量的電測技術(shù)）在測量過程中，常將某些物理量（如長度）發(fā)生的變化，先變換為電參量的變化，然后用量電器進(jìn)行量測，這種方法稱為電測法。在結(jié)構(gòu)試驗中，因結(jié)構(gòu)受外荷載或受溫度及約束等原因而產(chǎn)生應(yīng)變，應(yīng)變?yōu)闄C(jī)械量（即非電量），用量電器量測非電量，首先必須把非電量（應(yīng)變）轉(zhuǎn)換成電量的變化，然后才能用量電器量測。量測由應(yīng)變引起的電量變化稱為應(yīng)變電測法。（二）電測法電測法（非電量的電測技術(shù)）7利用材料的電阻變化測量應(yīng)變

——電阻應(yīng)變電測法電測法以電阻應(yīng)變儀量測為主。電測法的基本原理是；將一種特制的電阻應(yīng)變片作為傳感元件，牢靠地粘貼在被測試件表面，當(dāng)試件由于受到外荷載的作用而發(fā)生變形時，電阻應(yīng)變片也隨之變形，并發(fā)生電阻的變化。在一定的工作范圍內(nèi)，電阻應(yīng)變片的電阻變化與試件發(fā)生的應(yīng)變成比例關(guān)系。根據(jù)測得的電阻變化，通過應(yīng)變儀可獲得試件上被測點的應(yīng)變值。利用材料的電阻變化測量應(yīng)變

——電阻應(yīng)變電測法電測法以電阻應(yīng)83.1電阻應(yīng)變片的原理及構(gòu)造1、電阻應(yīng)變片的原理

利用電阻應(yīng)變片作為傳感元件，將應(yīng)變片貼在被測物體上，會隨被測物體的變形而拉長或收縮，從而改變電阻值，反映被測物體應(yīng)變的大小。圖1電阻應(yīng)變計基本組成3.1電阻應(yīng)變片的原理及構(gòu)造圖1電阻應(yīng)變計基本組成9待測非電量ε電阻變化△R應(yīng)變值ε①感受應(yīng)變：ε△R②測量△R：應(yīng)變儀將應(yīng)變片的△R經(jīng)惠斯頓電橋→△U或△I，放大器；輸出應(yīng)變值。

圖2金屬絲的電阻應(yīng)變原理

1.受力前的金屬絲2.受力后的金屬絲待測非電量ε電阻變化△R應(yīng)變值ε圖2金屬絲的10：金屬絲的電阻值：金屬絲的電阻率：金屬絲的截面積（通常為圓斷面）：金屬絲的長度：金屬絲的泊松比：金屬絲的電阻值：金屬絲的泊松比11金屬絲的電阻應(yīng)變原理

1.受力前的金屬絲

2.受力后的金屬絲（4.1）（4.2）（4.3）金屬絲的電阻應(yīng)變原理

12靈敏系數(shù)K：表示單位應(yīng)變引起的相對電阻變化應(yīng)變片靈敏系數(shù)是使用應(yīng)變片的重要數(shù)據(jù)。它主要取決于敏感柵的材料、型式和幾何尺寸。應(yīng)變片的靈敏系數(shù)受到多種因素的影響，無法由理論求得，是由制造廠經(jīng)抽樣在專門的設(shè)備上進(jìn)行標(biāo)定，并于包裝上注明。常用的應(yīng)變片靈敏度系數(shù)為2—2.4。

由上式可知，只要測出敏感柵的電阻變化率即可確定構(gòu)件的應(yīng)變。靈敏系數(shù)K：表示單位應(yīng)變引起的相對電阻變化應(yīng)變片靈敏13等強(qiáng)度梁靜態(tài)應(yīng)變測試采用等強(qiáng)度鋼梁，鋼梁的μ=0.285，L=150mm,室溫、單向受力狀態(tài)，應(yīng)變片絲柵方向與最大主應(yīng)變方向一致，采用砝碼在梁一端施加作用力P=0.1KN，測得撓度為1.5mm，實測量得電阻由120Ω變?yōu)?20.12Ω，求得應(yīng)變片的實際靈敏度K。梁高h(yuǎn)=5mm梁長L=150mmP⑴△R/R:△R/R=（120.12-120）/120=0.001Ω⑵ε:σ=Eε=Mh/2I①f=ML2/3EI②ε=3hf/2L2=0.0005⑶K:K=△R/R/ε=2.0等強(qiáng)度梁靜態(tài)應(yīng)變測試梁高h(yuǎn)=5mm梁長L=150mmP⑴△142、電阻應(yīng)變片的構(gòu)造敏感柵：用金屬材料或半導(dǎo)體材料制成的單絲或柵狀絲?；?紙基和膠基覆蓋層引出線

電阻應(yīng)變片構(gòu)造示意圖

1.引出線2.敏感柵3.覆蓋層4.基底層2、電阻應(yīng)變片的構(gòu)造敏感柵：用金屬材料或半導(dǎo)體材料制成的單絲15敏感柵：用金屬材料或半導(dǎo)體材料制成的單絲或柵狀絲。敏感柵的形狀與尺寸直接影響到應(yīng)變片的性能。柵長和柵寬代表應(yīng)變片的標(biāo)稱尺寸，即規(guī)格。基底和覆蓋層：它們起定位和保護(hù)電阻絲的作用，并使電阻絲和被測試件之間絕緣?；椎某叽缤ǔ４響?yīng)變片的外形尺寸。引出線：通過測量導(dǎo)線接入應(yīng)變測量橋。引出線一般都采用鍍銀、鍍錫或鍍合金的軟銅線制成，在制造應(yīng)變片時與電阻絲焊接在一起敏感柵：用金屬材料或半導(dǎo)體材料制成的單絲或柵狀絲。敏感柵的形163、電阻應(yīng)變片的種類及分類按敏感柵所用材料分類：金屬電阻應(yīng)變片（金屬絲式應(yīng)變片、箔式應(yīng)變片、薄膜應(yīng)變片）和半導(dǎo)體應(yīng)變片；按敏感柵結(jié)構(gòu)的形狀分類：單軸和多軸（應(yīng)變花）按應(yīng)變片的工作溫度：低溫片（低于-30℃）、常溫片（-30～60℃）中溫片（60～350℃）、高溫片（350℃以上）按基底材料：膠基和紙基3、電阻應(yīng)變片的種類及分類按敏感柵所用材料分類：金屬電阻應(yīng)變17金屬電阻應(yīng)變片半導(dǎo)體應(yīng)變片絲繞式應(yīng)變片短接線式應(yīng)變片箔式應(yīng)變片敏感柵材料用途基底材料紙基應(yīng)變片膠基應(yīng)變片金屬基底應(yīng)變片臨時基底應(yīng)變片敏感柵形狀單軸應(yīng)變花一般用途應(yīng)變片特殊用途應(yīng)變片應(yīng)變片式傳感元件分類方法類型主要特點橫向效應(yīng)大，K外值分散度大，價廉橫向效應(yīng)小，疲勞壽命底橫向效應(yīng)小，散熱條件好，蠕變小，疲勞壽命長用于測量單向應(yīng)變的應(yīng)變片用于平面應(yīng)力狀態(tài)下測定主應(yīng)變耐溫，耐熱及耐久性能差高溫應(yīng)變片類型之一，用焊接方式安裝于構(gòu)件上高溫應(yīng)變片類型之一以有機(jī)會膠膜作基底，耐熱，耐濕，耐久性較紙基好指用于應(yīng)變測量的各種常規(guī)應(yīng)變片如半導(dǎo)體應(yīng)變片、防水應(yīng)變片、埋式應(yīng)變片、雙層應(yīng)變片等如裂紋擴(kuò)展片、疲勞壽命片、測溫片、測壓片等各種類型的應(yīng)變片及其特點金屬電阻應(yīng)變片半導(dǎo)體應(yīng)變片絲繞式應(yīng)變片短接線式應(yīng)變片箔式18

①金屬絲式應(yīng)變片:絲繞式（U型）、短接式（H型）Φ0.015-0.05mm金屬絲制作，散熱效果差，許用電流低。圓角線柵，橫向效應(yīng)大；直角線柵，制作復(fù)雜。①金屬絲式應(yīng)變片:絲繞式（U型）、短接式（H19

②箔式應(yīng)變片:

制作材料：0.002-0.005mm厚的康銅或其它合金制作工藝：光刻技術(shù)和腐蝕工藝。優(yōu)點：橫向效應(yīng)小，能較好地反應(yīng)構(gòu)件表面的變形，易于在彎曲表面上粘貼，散熱好于絲式，蠕變小，疲勞壽命長，允許通過的電流大，測量靈敏度較高。用途：較多的用于傳感器制作②箔式應(yīng)變片:20③薄膜式應(yīng)變片：800-1000℃

材料：厚度≤0.1μm的金屬薄膜，工藝：真空電鍍和沉積等工藝，將金屬材料在絕緣基底上制成一定形狀的薄膜而形成敏感柵。特點：耐高溫性好，工作溫度可達(dá)800-1000℃，用于高溫等特殊條件③薄膜式應(yīng)變片：800-1000℃21④半導(dǎo)體式應(yīng)變片（壓阻效應(yīng)）:

材料：半導(dǎo)體材料，根據(jù)壓阻效應(yīng)制成。優(yōu)點：靈敏系數(shù)高，K>100，頻率響應(yīng)好，可制作成小型和超小型應(yīng)變片。缺點：溫度系數(shù)大，熱穩(wěn)性能差；大應(yīng)變時，非線形較大，多用于測量500以下的小應(yīng)變。1、基底；2、硅條；3、內(nèi)引線；4，焊接電極；5、引出線④半導(dǎo)體式應(yīng)變片（壓阻效應(yīng)）:1、基底；2、硅條；3、內(nèi)引線22幾種電阻應(yīng)變片

1，2，3，7，9.箔式電阻應(yīng)變片4.半導(dǎo)體應(yīng)變片

5.絲繞式電阻應(yīng)變片6.短接式電阻應(yīng)變片8.焊接電阻應(yīng)變片幾種電阻應(yīng)變片

1，2，3，7，9.箔式電阻應(yīng)變片4.半導(dǎo)234、電阻應(yīng)變片的技術(shù)性能電阻應(yīng)變片的主要技術(shù)指標(biāo)如下；⑴電阻值:R；⑵標(biāo)距:指敏感柵在縱軸方向的有效長度L；⑶靈敏系數(shù):K一般等于2.0，也可不等于2.0.⑷規(guī)格:以使用面積L*b表示⑸溫度適用范圍⑹其他性能指標(biāo)：機(jī)械滯后、蠕變、疲勞壽命、零點漂移、橫向靈敏系數(shù)、絕緣電阻等。根據(jù)電阻應(yīng)變片的性能指標(biāo)，電阻應(yīng)變片被分為A、B、C、D等級。A級為最高級，常用于制作應(yīng)變式傳感器，結(jié)構(gòu)試驗中，可選用C級或B級應(yīng)變片。其相應(yīng)的性能指標(biāo)見教材附錄1。4、電阻應(yīng)變片的技術(shù)性能24

2、應(yīng)變片的電阻值應(yīng)力片的電阻值，是應(yīng)變片在沒有粘貼，未受力時，在室溫下所測定的電阻值。應(yīng)變片的標(biāo)準(zhǔn)名義電阻值最常用的有120，350，并有60，200，500，1000系列。

3、機(jī)械滯后量（Zf）在恒定溫度下，對貼有應(yīng)變片的試件進(jìn)行加卸載試驗，對各應(yīng)力水平應(yīng)變片加卸載時所指示的應(yīng)變量的最大差值作為該批應(yīng)變片的機(jī)械滯后量Zf。

4、零點漂移(P)和蠕變()

在溫度恒定，被測試不受力的情況下，試件上應(yīng)變片的指示應(yīng)變隨時間的變化稱為零點漂移(簡稱零漂)。如果溫度恒定，應(yīng)變片承受有恒定的機(jī)械應(yīng)變時時，指示應(yīng)變隨時間的化則稱為蠕變。

1、應(yīng)變片的尺寸順著應(yīng)變片軸向敏感柵兩端轉(zhuǎn)彎處內(nèi)側(cè)之間的距離稱為柵長(或叫標(biāo)距)，以表示。敏感柵的橫向尺寸稱為柵寬，以S表示。稱為應(yīng)變片的使用面積。2、應(yīng)變片的電阻值3、機(jī)械滯后量25

5、應(yīng)變極限在室溫條件下，對貼有應(yīng)變片的試件加載，使試件的應(yīng)變逐漸增大，應(yīng)變片的指示應(yīng)變與真實應(yīng)變的相對誤差達(dá)到規(guī)定值(一般為10%)時的真實應(yīng)變即為應(yīng)變片的應(yīng)變極限，用j表示。

6、絕緣電阻(Rm)

絕緣電阻Rm是指敏感柵及引線與被測試件之間的電阻值。

7、疲勞壽命(N)

疲勞壽命N是指貼有應(yīng)變片的試件在恒定幅值的交變應(yīng)力作用下，應(yīng)變片連續(xù)工作，直至產(chǎn)生疲勞損壞時的循環(huán)次數(shù)，通?？蛇_(dá)106～107次。

8、最大工作電流最大工作電流是允許通過應(yīng)變片而不影響其工作特性的最大電流，通常為幾十毫安。5、應(yīng)變極限6、絕緣電阻(Rm26應(yīng)變片電阻值：指應(yīng)變片在未安裝、不受外力、室溫條件下的電阻值。單片阻值：單個應(yīng)變片的標(biāo)定電阻值。標(biāo)準(zhǔn)名義阻值：人為規(guī)定的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，為一定值，如120Ω、240Ω。一般應(yīng)變儀是按120Ω應(yīng)變片要求設(shè)計的。平均名義阻值：一批應(yīng)變片抽樣標(biāo)定，電阻值取平均、求公差。如120±0.5%或120±0.6Ω。應(yīng)變片電阻值：指應(yīng)變片在未安裝、不受外力、室溫條件下的電阻值27應(yīng)變片的敏感柵工作面積：應(yīng)變片敏感柵長寬之積S=L*b。

L-柵長標(biāo)距

b-柵寬注意：盡量選用L大、b小的應(yīng)變片。應(yīng)變片的敏感柵工作面積：應(yīng)變片敏感柵長寬之積S=L*b。28

5、應(yīng)變片的選用與應(yīng)變片粘結(jié)工藝【應(yīng)變片選用】1、工作環(huán)境：溫度保證、地下工程中防潮特性好

2、被測物材料性質(zhì):

彈模高,基長小;

粗晶粒巖石混凝土，選用基長長

3、按被測試件受力狀態(tài)和應(yīng)變性質(zhì)：應(yīng)變花變化大選用基長小，變化小選用基長

4、按測量精度：標(biāo)距、電阻值、靈敏度5、應(yīng)變片的選用與應(yīng)變片粘結(jié)工藝29【應(yīng)變片粘結(jié)工藝】①應(yīng)變片檢查：外觀檢查、電阻值檢查;②表面處理：刮刀除銹、砂布打磨、脫脂棉擦洗、吹風(fēng)機(jī)烘干;③貼片與固化：畫線、涂膠、用玻璃紙壓、調(diào)整、補膠;④粘貼質(zhì)量檢查：外觀檢查、電阻值檢查、絕緣電阻檢查、連接電阻應(yīng)變儀檢查;⑤連接導(dǎo)線：導(dǎo)線固定、導(dǎo)線焊接;⑥防潮處理：凡士林、石蠟等;【應(yīng)變片粘結(jié)工藝】306、電阻應(yīng)變片的優(yōu)點與缺點①在一定工作范圍內(nèi)，電阻變化率與應(yīng)變成線性關(guān)系(嚴(yán)格說是非線性很小)；②靈敏度高,普通電阻應(yīng)變片的最小讀數(shù)為1-5με,半導(dǎo)體應(yīng)變片的最小讀數(shù)可達(dá)0.1με，靈敏度高；③一般電阻應(yīng)變片測量范圍達(dá)±20000με，特制的大應(yīng)變量電阻應(yīng)變片可測應(yīng)變達(dá)200000με測量范圍廣；

【電阻應(yīng)變片優(yōu)點】6、電阻應(yīng)變片的優(yōu)點與缺點①在一定工作范圍內(nèi)，電阻變化率與應(yīng)31④尺寸小、重量輕，把電阻應(yīng)變片貼在結(jié)構(gòu)表而后對試件的工作狀態(tài)和應(yīng)力分布影響極微；⑤頻率響應(yīng)好，普通應(yīng)變片的頻響時間約為10-7S，半導(dǎo)體應(yīng)變片可達(dá)10-11S，從而可以不考慮應(yīng)變傳遞時的相位差，能夠適應(yīng)數(shù)萬赫茲的動應(yīng)變測量；⑥測量自動化程度高，可遠(yuǎn)距離傳送電信號；⑦對環(huán)境的適應(yīng)性強(qiáng)，若對電阻應(yīng)變片采取特殊措施，可用于高溫、低溫、水下壓、強(qiáng)磁場和腐蝕等環(huán)境；④尺寸小、重量輕，把電阻應(yīng)變片貼在結(jié)構(gòu)表而后對試件的工作狀態(tài)32電阻應(yīng)變片在應(yīng)用中的主要缺點是：①因為電阻應(yīng)變片是選點布置的，故測量結(jié)果僅給出測點貼片方向的應(yīng)變，難以得到應(yīng)變和應(yīng)力場的全貌；②通常電阻應(yīng)變片只適于結(jié)構(gòu)表面應(yīng)力的測量，并且測量值只是電阻應(yīng)變片基長內(nèi)的平均應(yīng)變值；③連續(xù)長時間測量會出現(xiàn)漂移，原因在于粘合劑的不穩(wěn)定性和對周圍環(huán)境的敏感性所造成；④另外應(yīng)變片必須牢固地粘貼在試件表面，才能保證正確地傳遞試件的變形，粘貼工作技術(shù)性強(qiáng)，粘貼工藝復(fù)雜，工作量大；⑤電阻應(yīng)變片不能重復(fù)使用。【電阻應(yīng)變片缺點】電阻應(yīng)變片在應(yīng)用中的主要缺點是：【電阻應(yīng)變片缺點】333.2電阻應(yīng)變儀測量應(yīng)變

1、電阻應(yīng)變儀介紹試驗構(gòu)件的應(yīng)變值一般均很小，當(dāng)材料處于彈性階段時應(yīng)變約為10-6—10-2，故應(yīng)變片的電阻變化率很小,需用專門儀器進(jìn)行測量,測量應(yīng)變片的電阻變化率并能自動轉(zhuǎn)化為應(yīng)變的儀器稱為電阻應(yīng)變儀。

電阻應(yīng)變儀按頻率響應(yīng)范圍可分為:靜態(tài)電阻應(yīng)變儀;靜動態(tài)電阻應(yīng)變儀;動態(tài)電阻應(yīng)變儀;超動態(tài)電阻應(yīng)變儀;其中靜態(tài)電阻應(yīng)變儀和動態(tài)電阻應(yīng)變儀應(yīng)用較多。3.2電阻應(yīng)變儀測量應(yīng)變1、電阻應(yīng)變儀介紹34靜態(tài)電阻應(yīng)變儀用電學(xué)方法測量不隨時間變化或變化極為緩慢的靜態(tài)應(yīng)變。它由測量電橋、放大器、顯示儀表和讀數(shù)機(jī)構(gòu)等組成。貼在被測構(gòu)件上的電阻應(yīng)變計接于測量電橋上。構(gòu)件受載變形時，測量電橋有電壓輸出，經(jīng)放大器放大后由顯示儀表指示出相應(yīng)的應(yīng)變值。靜態(tài)電阻應(yīng)變儀每次只能測出一個點的應(yīng)變。進(jìn)行多點測量時可配以預(yù)調(diào)平衡箱。所有測點的應(yīng)變計均預(yù)先接在平衡箱各點上，然后靠開關(guān)逐點轉(zhuǎn)換接入應(yīng)變儀。靜態(tài)電阻應(yīng)變儀用電學(xué)方法測量不隨時間變35應(yīng)變儀采用的電路可以是直流電橋式、交流電橋式或電位計式，應(yīng)用最多的是交流電橋式電路并帶有載波放大器的形式。采用交流電橋電路的應(yīng)變儀由電橋、放大器、相敏檢波器、濾波器、振蕩器和電源部分組成。

應(yīng)變儀采用的電路可以是直流電橋式、交流電橋式或電位36①電橋：將應(yīng)變計的電阻變化轉(zhuǎn)換成電壓或電流信號,以便放大器放大。通常電橋由正弦振蕩器供電,其頻率為500赫～50千赫,較低頻率的被測應(yīng)變信號對較高的頻率的電橋電壓進(jìn)行調(diào)幅，輸出一個窄頻帶的調(diào)幅波信號。①電橋：將應(yīng)變計的電阻變化轉(zhuǎn)換成電壓或電流信號,以便放大器放37②放大器：對電橋輸出的微弱信號進(jìn)行不失真的放大，并以足夠的功率去推動指示器和記錄器。為提高放大器的穩(wěn)定性，一般采用交流載波放大器，直流放大器僅用于超動態(tài)應(yīng)變儀。

③相敏檢波器：將放大后的調(diào)幅波還原為被測應(yīng)變信號波形，同時反映被測應(yīng)變信號的方向，通常采用環(huán)形相敏檢波器。

②放大器：對電橋輸出的微弱信號進(jìn)行不失真的放大，并以足夠的功38④濾波器：濾除相敏檢波器輸出信號中的高次諧波分量，以獲得理想的輸出波形。⑤振蕩器：產(chǎn)生一個穩(wěn)定的振蕩電壓，作為電橋供電電壓和相敏檢波器的參考電壓。電學(xué)應(yīng)變儀靈敏度高、穩(wěn)定性好。它所配用的應(yīng)變計體積小，微型箔式應(yīng)變計能測量工程上被看作一個“點”的小范圍應(yīng)變。

④濾波器：濾除相敏檢波器輸出信號中的高次諧波分量，以獲得理想39結(jié)構(gòu)靜載試驗應(yīng)變測試技術(shù)課件402、電阻應(yīng)變儀工作原理電阻應(yīng)變儀的基本測量電路為惠斯登電橋,如下圖所示。當(dāng)滿足或電橋平衡，Uout=0。2、電阻應(yīng)變儀工作原理當(dāng)滿足或電橋平衡，Uout=0。41實驗時通常將粘貼在構(gòu)件上的四個相同規(guī)格的應(yīng)變片作為橋臂上的四個電阻，如下圖所示。當(dāng)試件受力時，上述應(yīng)變片感受到的應(yīng)變分別為ε1，ε2，ε3和ε4，相應(yīng)的電阻改變量分別為△R1，△R2，△R3和△R4，代入得電橋的輸出電壓力：應(yīng)變儀的輸出結(jié)果（應(yīng)變讀數(shù)）為：

這種接線法稱為全橋接線法

實驗時通常將粘貼在構(gòu)件上的四個相同規(guī)格的應(yīng)變片作為橋臂上的四42這個關(guān)系可用“鄰臂相減，對臂相加”概括。這叫做電橋的加減特性。有時只在電橋的AB和BC端接應(yīng)變片，而在AD和DC端接應(yīng)變儀內(nèi)部的兩個阻值相等的標(biāo)準(zhǔn)電阻，見下圖。因R內(nèi)不受構(gòu)件變形的影響，則

這種接線法稱為半橋接線法

這個關(guān)系可用“鄰臂相減，對臂相加”概括。這叫做電橋的加減特43相鄰橋臂:應(yīng)變極性一致時，輸出電壓為兩者之差；若極性不一致時，輸出電壓為兩者之和。相對橋臂:則與上述規(guī)律相反.此特性稱為電橋的加減特性(或和差特性).利用該特性:可提高電橋的靈敏度;對溫度影響予以補償.它是在構(gòu)件上布片和接橋時遵循的基本準(zhǔn)則之一。用電橋測量電阻變化有偏位法和零位法兩種測量方法。

偏位法時，是在表的刻度盤上刻出R，或直接刻出應(yīng)變值(根據(jù)R/R=k)，由指針偏轉(zhuǎn)直接指示應(yīng)變值，或者送到記錄器直接記錄。

相鄰橋臂:應(yīng)變極性一致時，輸出電壓為兩者之差；44

零位測量法如右圖所示，電橋原始平衡后，如R1變成R1+R，則電橋失去平衡，電表指針偏轉(zhuǎn)，此時人為調(diào)節(jié)可變電阻r，改變D點電位，使之與B點電位相同，電橋重新平衡，電表又重新指零，這時可在可變電阻器刻度盤上直接讀出應(yīng)變值，便可測出R1變化R時所對應(yīng)的應(yīng)變值。零位測量法與電源電壓無關(guān)，電源電壓變化不影響測量結(jié)果，故測量精度較高，但測量時電橋需要重新平衡，較麻煩，只用于靜態(tài)測試。偏位法輸出受電源電壓的影響，用于動態(tài)測試。零位測量法如右圖所示，電橋原始平衡后，如R1變成R453、布片和接橋方法

應(yīng)變片在應(yīng)變儀的測量電橋中有各種接法。在實際測量中，常利用電橋基本特性并采用不同的接線方法，來達(dá)到以下目的：a、實現(xiàn)溫度補償；b、從復(fù)雜的變形中測出所需要的應(yīng)變分量；c、擴(kuò)大應(yīng)變儀的讀數(shù)，以減少誤差，提高測量靈敏度。3、布片和接橋方法應(yīng)變片在應(yīng)變儀的測量電橋中461）全橋接線法測量電橋的四個橋臂上全部接電阻應(yīng)變片，稱為全橋接線法（或全橋線路）。對于等臂電橋，此時應(yīng)變儀的讀數(shù)應(yīng)變由公式即可得出：

εd=ε1-ε2+ε3-ε4

實際測量時，可有以下兩種情況：a、全橋測量：電橋的四個橋臂上都接工作應(yīng)變片。b、相對兩臂測量：電橋相對兩臂接工作應(yīng)變片，另相對兩臂接溫度補償應(yīng)變片。1）全橋接線法472）半橋接線法若在測量電橋的橋臂AB和BC上接電阻應(yīng)變片，而另外兩臂AD和CD接電阻應(yīng)變儀的內(nèi)部固定電阻R，則稱為半橋接線法。由于橋臂AD和CD接固定電阻，不感受應(yīng)變，因此對于等臂電橋，按公式可得到應(yīng)變儀的讀數(shù)為：εd=ε1-ε2

實際測量時，可有以下兩種情況：a、半橋雙臂測量：電橋的兩橋臂AB和BC上均接工作應(yīng)變片。b、半橋單臂測量：電橋的兩橋臂AB和BC上，任意橋臂接工作應(yīng)變片，而另一橋臂接溫度補償應(yīng)變片。2）半橋接線法48（1）粘貼在被測構(gòu)件測點上的應(yīng)變片，如果周圍環(huán)境變化時，應(yīng)變片柵絲的電阻應(yīng)變值也將隨著溫度改變而變化；（2）同時，又因為柵絲材料和被測構(gòu)件材料的膨脹系數(shù)不同，應(yīng)變片被迫拉長或縮短，使柵絲電阻值也發(fā)生變化，（3）這種由于溫度改變引起的虛假應(yīng)變，并不是由于載荷作用而引起的，如果只想測定構(gòu)件承受在載荷作用下的變形，就應(yīng)該設(shè)法消除它。（4）消除的辦法就是溫度補償。4、溫度補償方法（1）粘貼在被測構(gòu)件測點上的應(yīng)變片，如果周圍環(huán)境變化時，應(yīng)變49在常溫應(yīng)變測量中溫度補償?shù)姆椒ㄊ遣捎脴蚵费a償法。這種方法簡單、經(jīng)濟(jì)、補償效果好。這是利用電橋特性來進(jìn)行溫度補償?shù)?。橋路補償法可以分為以下兩種：1）補償塊補償法2）工作片補償法在常溫應(yīng)變測量中溫度補償?shù)姆椒ㄊ遣捎脴蚵费a償法。這種方法簡單501）補償塊補償法其材料應(yīng)與被測構(gòu)件相同，但不受外力，并將它置與構(gòu)件被測點附近，使補償片與工作片處于同一溫度場中。1）補償塊補償法512）工作片補償法這種方法不需要補償塊和補償片，而是在同一被測試件上粘貼幾個工作應(yīng)變片，將它們接入電橋中。當(dāng)試件受力且測點環(huán)境溫度變化時，每個應(yīng)變片的應(yīng)變中都包含外力和溫度變化引起的應(yīng)變，根據(jù)電橋基本特性，在應(yīng)變儀的讀數(shù)應(yīng)變中即可消除溫度變化所引起的虛假應(yīng)變，而得到所需測量的應(yīng)變。因此工作應(yīng)變片既參加工作，又起到了溫度補償?shù)淖饔谩?）工作片補償法52（1）同一橋路具有相同的溫度效應(yīng)，即（2）外補橋路補償片的荷載效應(yīng)為零，即（1）同一橋路具有相同的溫度效應(yīng)，即534、應(yīng)變應(yīng)力的測量

根據(jù)被測對象的應(yīng)力狀態(tài)，選擇測點和布置應(yīng)變片和合理接橋是實測時應(yīng)首先解決的問題。布片和接橋的一般原則為：（1）首先考慮應(yīng)力集中區(qū)和邊界上的危險點，選擇主應(yīng)變最大、最能反映其力學(xué)規(guī)律的點貼片；（2）利用結(jié)構(gòu)的對稱性布點，利用應(yīng)變電橋的加減特性，合理選擇貼片位置、方位和組橋方式，可以達(dá)到穩(wěn)定補償、提高靈敏度、降低非線性誤差和消除其它影響因素的目的。（3）當(dāng)測量荷載時，應(yīng)盡量避開應(yīng)力－應(yīng)變的非線性區(qū)貼片；（4）在應(yīng)力已知的部位安排測點，以使測量時進(jìn)行監(jiān)視和檢查試驗結(jié)果的可靠性。

4、應(yīng)變應(yīng)力的測量根據(jù)被測對象的應(yīng)力狀態(tài)，選54結(jié)構(gòu)靜載試驗應(yīng)變測試技術(shù)課件55結(jié)構(gòu)靜載試驗應(yīng)變測試技術(shù)課件56結(jié)構(gòu)靜載試驗應(yīng)變測試技術(shù)課件57結(jié)構(gòu)靜載試驗應(yīng)變測試技術(shù)課件58結(jié)構(gòu)靜載試驗應(yīng)變測試技術(shù)課件59結(jié)構(gòu)靜載試驗應(yīng)變測試技術(shù)課件60圖4.5半橋外補一片多補工作原理橋路示意圖5、一片多補技術(shù)的工作原理圖4.5半橋外補一片多補工作原理橋路示意圖5、一片多補61半橋橋路全橋橋路6.應(yīng)變儀半橋與全橋切換技術(shù)的工作原理半橋橋路62注意：長導(dǎo)線電阻對應(yīng)變測量的影響當(dāng)導(dǎo)線長度大于10m時，測得的應(yīng)變將比真實值降低１%以上，要按下式進(jìn)行修正。注意：長導(dǎo)線電阻對應(yīng)變測量的影響當(dāng)導(dǎo)線長度大于10m時63結(jié)構(gòu)靜載試驗應(yīng)變測試技術(shù)課件64§2.6靜態(tài)應(yīng)變測量利用應(yīng)變片測出的是構(gòu)件上某一點處沿某一方向的線應(yīng)變，必須經(jīng)過應(yīng)變—應(yīng)力換算才能得到主應(yīng)力。不同的應(yīng)力狀態(tài)有不同的關(guān)系式。一、應(yīng)變—應(yīng)力換算關(guān)系（一）已知主應(yīng)力方向的單向應(yīng)力狀態(tài)構(gòu)件在外力作用下，若被測點位單向應(yīng)力狀態(tài)，則主應(yīng)力方向已知，只有主應(yīng)力值是一個未知量。此時可沿主應(yīng)力的方向貼一個應(yīng)變片，測得應(yīng)變后，由單向應(yīng)力胡克定律：E：被測構(gòu)件材料的彈性模量?！?.6靜態(tài)應(yīng)變測量利用應(yīng)變片測出的是構(gòu)件上某一點處沿65（二）已知主應(yīng)力方向的二向應(yīng)力狀態(tài)以受內(nèi)壓作用的薄壁容器為例，如果測點的應(yīng)力狀態(tài)是已知主應(yīng)力方向的二向應(yīng)力狀態(tài)，有主應(yīng)力值兩個未知量，此時可沿主應(yīng)力方向各貼一個應(yīng)變片，與補償片組成兩個單臂半橋，分別測出兩個主應(yīng)變和，再由廣義胡克定律求得主應(yīng)力：：被測構(gòu)件材料的泊松比（二）已知主應(yīng)力方向的二向應(yīng)力狀態(tài)以受內(nèi)壓作用的薄壁容器為例66（三）未知主應(yīng)力方向的二向應(yīng)力狀態(tài)對于薄壁筒受壓力加扭轉(zhuǎn)作用表面任一點應(yīng)力狀態(tài)如何呢？這種復(fù)雜受力狀態(tài)，被測點兩個主應(yīng)力值未知，主應(yīng)力方向也是未知的，即存在三個未知量。從數(shù)學(xué)角度：需沿三個方向線應(yīng)變，根據(jù)測得應(yīng)變值換算成主應(yīng)力值。（三）未知主應(yīng)力方向的二向應(yīng)力狀態(tài)對于薄壁筒受壓力加扭轉(zhuǎn)作用671、平面應(yīng)變狀態(tài)分析設(shè)從x，y方向取出被測點單元體，討論應(yīng)變發(fā)生在同一平面（xy平面）內(nèi)的平面應(yīng)變狀態(tài)。該單元體的應(yīng)變可用線應(yīng)變和來表示。研究中規(guī)定：1）伸長的線應(yīng)變?yōu)檎?）使直角（如xoy角）增大的剪應(yīng)變?yōu)檎?）角逆時針為正；4）新坐標(biāo)系中沿x方向的線應(yīng)變用表示，剪應(yīng)變用表示。1、平面應(yīng)變狀態(tài)分析設(shè)從x，y方向取出被測點單元體，討論應(yīng)變68（1）確定和設(shè)圖中單元體的和均為正量，坐標(biāo)系xoy逆時針旋轉(zhuǎn)角后，得到新坐標(biāo)系。討論沿方向的線應(yīng)變。由于是小變形，分別討論和各自對方向微分線段長度變化的影響，再疊加起來。（1）確定和設(shè)圖中單元體的和均69得的伸長量為：沿方向的線應(yīng)變?yōu)椋喊殃P(guān)系式代入上式（a）得的伸長量為：沿方向的線應(yīng)變?yōu)椋喊殃P(guān)系式70用類似方法求得角的剪應(yīng)變：是指直角的角度改變量，若假設(shè)方向微分線段的角度改變?yōu)槿艏僭O(shè)方向微分線段的角度改變?yōu)閯t直角的角度改變量為：用類似方法求得角的剪應(yīng)變：是指直角71由和引起方向微分線段的角度改變分別為：疊加以上結(jié)果，和使直角增大，而使直角減小，故沿方向微分線段的角度改變?yōu)椋河珊鸵鸱较蛭⒎志€段72以代替上式中的，便可得沿方向微分線段的角度改變?yōu)椋旱眉魬?yīng)變?yōu)椋╞）以代替上式中的，便可得沿73（2）確定主應(yīng)變及其方向?qū)ⅲ╝）式對取導(dǎo)數(shù)可得：若時，恰好則說明方向線應(yīng)變必有最大值或最小值。將代入，則有有兩個值（2）確定主應(yīng)變及其方向?qū)ⅲ╝）式對取導(dǎo)數(shù)可得：若74它們是兩個相互垂直的方向，一個方向上有最大線應(yīng)變，一個方向上有最小線應(yīng)變，線應(yīng)變?nèi)〉脴O值的方向上，剪應(yīng)變?yōu)榱?。線應(yīng)變的極值就是主應(yīng)變。當(dāng)它們是兩個相互垂直的方向，一個方向上有最大線應(yīng)變，一個方向上752、應(yīng)變—應(yīng)力換算只要測出，應(yīng)變片測的是線應(yīng)變，而無法測剪應(yīng)變，只能在三個任意方向粘貼三個應(yīng)變片，分別測出。2、應(yīng)變—應(yīng)力換算只要測出76為簡化計算，取，測出應(yīng)變相應(yīng)為：為簡化計算，取77二、靜態(tài)多點應(yīng)變測量在靜態(tài)多點應(yīng)變測量中，經(jīng)常遇到多點測量，專門設(shè)計了與應(yīng)變儀配套使用的預(yù)動平衡箱，使用時將一批測點預(yù)先接入平衡箱，并對每個通道預(yù)調(diào)平衡，然后通過轉(zhuǎn)換開關(guān)將各測點逐次接入應(yīng)變儀，實現(xiàn)靜態(tài)多點測量。測量電路的連接：二、靜態(tài)多點應(yīng)變測量在靜態(tài)多點應(yīng)變測量中，經(jīng)常遇到多點測量，78靜態(tài)多點測量中常采用半橋公共接線法進(jìn)行單臂測量。n個工作片互相靠近，處于相同溫度環(huán)境中，則可用一個公共溫度補償片進(jìn)行補償。將n個工作應(yīng)變片的一根引出線連在一起，稱為公共線，接B（B內(nèi)部相連）；工作片另一引出線分別接預(yù)調(diào)箱接線柱的上；補償片兩根引出線分別接預(yù)調(diào)箱接線柱B、C，將短接起來。靜態(tài)多點測量中常采用半橋公共接線法進(jìn)行單臂測量。n個工作片互79例：用應(yīng)變片測量梁彎曲時沿橫截面高度應(yīng)變分布規(guī)律的半橋公共接線圖。通常一個公共補償片可以補償6~8個工作應(yīng)變片。例：用應(yīng)變片測量梁彎曲時沿橫截面高度應(yīng)變分布規(guī)律的半橋公共接80三、測量結(jié)果的修正計算（一）應(yīng)變片阻值不同的修正國產(chǎn)應(yīng)變儀：四個橋臂為120使用時應(yīng)變片阻值不等于120需要修正。修正：根據(jù)應(yīng)變電阻值，接線法查曲線，確定修正系數(shù)三、測量結(jié)果的修正計算（一）應(yīng)變片阻值不同的修正國產(chǎn)應(yīng)變儀：81（二）應(yīng)變片靈敏系數(shù)不同的修正若一臺應(yīng)變儀上接有n種不同靈敏系數(shù)的應(yīng)變片，可在測量時調(diào)應(yīng)變儀靈敏系數(shù)，測量之后對讀數(shù)應(yīng)變進(jìn)行修正。（三）應(yīng)變片的橫向效應(yīng)修正定義：（二）應(yīng)變片靈敏系數(shù)不同的修正若一臺應(yīng)變儀上接有n種不同靈敏82標(biāo)定時：1）單向應(yīng)力狀態(tài)；2）應(yīng)變片軸線沿單向應(yīng)力的方向；3）標(biāo)定梁為鋼梁。標(biāo)定靈敏系數(shù)表達(dá)式：當(dāng)使用條件與標(biāo)定條件不符，則，需要修正。標(biāo)定時：1）單向應(yīng)力狀態(tài)；2）應(yīng)變片軸線沿單向應(yīng)力的方向；3831、單向應(yīng)力狀態(tài)下的應(yīng)變、應(yīng)力修正公式沿x向貼片，實際靈敏系數(shù)為：使用時，若按從儀器上讀出，則有，讀數(shù)應(yīng)變與實際應(yīng)變關(guān)系式1、單向應(yīng)力狀態(tài)下的應(yīng)變、應(yīng)力修正公式沿x向貼片，實際靈敏系84由胡克定律：其中：沿y向貼片，實際靈敏系數(shù)為：由胡克定律：其中：沿y向貼片，實際靈敏系數(shù)為：85表現(xiàn)泊松比表現(xiàn)泊松比862、平面應(yīng)力狀態(tài)下的應(yīng)變、應(yīng)變修正公式在平面應(yīng)力狀態(tài)下，主應(yīng)力方向已知，可沿主應(yīng)力方向貼片（x、y方向），應(yīng)變片的實際靈敏系數(shù)：（1）分別得兩個讀數(shù)應(yīng)變和，讀數(shù)應(yīng)變與實際應(yīng)變的關(guān)系為：其中：（2）2、平面應(yīng)力狀態(tài)下的應(yīng)變、應(yīng)變修正公式在平面應(yīng)力狀態(tài)下，主應(yīng)87（1）（2）兩式聯(lián)立解出應(yīng)變修正公式：由廣義胡克定律得：（1）（2）兩式聯(lián)立解出應(yīng)變修正公式：由廣義胡克定律得：88將表現(xiàn)彈性模量和表現(xiàn)泊松比分別代和，則上式有：對于主應(yīng)力方向未知的二向應(yīng)力狀態(tài)，將用代替，用代替，則有：將表現(xiàn)彈性模量891.簡述電阻應(yīng)變片的測試原理。

2、簡述電阻應(yīng)變計（片）的主要粘貼步驟。3、何謂半橋接法及全橋接法。4、簡述電阻應(yīng)變計的構(gòu)造組成。5.說明金屬電阻應(yīng)變片的組成和種類。電阻應(yīng)變片有哪些主要特性參數(shù)？6.說明電阻應(yīng)變式力學(xué)量傳感器的基本原理？【思考題】1.簡述電阻應(yīng)變片的測試原理?！舅伎碱}】907.下列哪個不是電阻應(yīng)變計主要技術(shù)指標(biāo)(

)。A.頻率響應(yīng)

B.

電阻值

C.

標(biāo)距

D.

靈敏度系數(shù)8.電阻應(yīng)變計中金屬絲的靈敏系數(shù)，表示單位應(yīng)變引起應(yīng)變計的相對電阻變化。靈敏系數(shù)____，單位應(yīng)變引起的電阻變化也___。9.貼電阻片處的應(yīng)變?yōu)?500με，電阻片的靈敏系數(shù)K＝2．0，在這個電阻片上應(yīng)產(chǎn)生的電阻變化率應(yīng)是下列哪一個？()A．0．2％B．0．4％C．0．1％D．0．3％7.下列哪個不是電阻應(yīng)變計主要技術(shù)指標(biāo)(

)。9110.當(dāng)惠斯頓電橋橋臂上的電阻全部是應(yīng)變片,且應(yīng)變片的靈敏系數(shù)全部相等,此時稱之為半橋測量。（ ）11.電阻應(yīng)變片的靈敏度系數(shù)K

指的是()。A.應(yīng)變片電阻值的大小B.單位應(yīng)變引起的應(yīng)變片相對電阻值變化

C.應(yīng)變片金屬絲的截面積的相對變化

D.應(yīng)變片金屬絲電阻值的相對變化12。電阻應(yīng)變片在工作時下列哪種參數(shù)不發(fā)生變化()

A.電阻B.金屬絲長度

C.金屬絲截面積D.金屬絲重量10.當(dāng)惠斯頓電橋橋臂上的電阻全部是應(yīng)變片,且應(yīng)變片的靈敏系92第三章結(jié)構(gòu)靜載試驗

結(jié)構(gòu)靜載試驗是最常規(guī)的試驗之一。靜載試驗中使用的儀器、儀表和設(shè)備可分為加載設(shè)備、測試元件和儀表、放大儀和記錄儀等儀器設(shè)備。試驗中觀測的物理量為力、位移、應(yīng)變、溫度、裂縫寬度與分布、破壞或失穩(wěn)形態(tài)等。一、靜載試驗加載設(shè)備二、試驗裝置的支座設(shè)計三、應(yīng)變測試技術(shù)四、靜載試驗用儀器儀表五、靜載試驗準(zhǔn)備與實施六、結(jié)構(gòu)靜載試驗示例第三章結(jié)構(gòu)靜載試驗結(jié)構(gòu)靜載試驗是最常規(guī)的93三、應(yīng)變測試技術(shù)三、應(yīng)變測試技術(shù)94在外力作用下，工程結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力，不同部位的應(yīng)力值是評定結(jié)構(gòu)工作狀態(tài)的重要指標(biāo)，也是建立結(jié)構(gòu)理論的重要依據(jù)。但是，目前直接測定構(gòu)件截面的應(yīng)力值還沒有較好的方法，一般方法是先測定應(yīng)變，而后通過σ=Eε的關(guān)系間接測定應(yīng)力，或由已知的σ-ε關(guān)系曲線查得應(yīng)力。應(yīng)變量測在工程結(jié)構(gòu)試驗量測中有極其重要的地位。應(yīng)變量測往往還是其他物理量量測的基礎(chǔ)。為什么要進(jìn)行結(jié)構(gòu)應(yīng)變測試在外力作用下，工程結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力，不同部位的應(yīng)力值是評定結(jié)951、應(yīng)變的測量原理：量測應(yīng)變通常是在預(yù)定的標(biāo)準(zhǔn)長度范圍(稱“標(biāo)距”)L內(nèi)進(jìn)行。量測長度變化增量的平均值ΔL,由應(yīng)變的定義式ε=ΔL/L求得ε，這就是應(yīng)變量測的基本原理。所以，應(yīng)變的量測實質(zhì)上是量測標(biāo)距L的變化增量ΔL。2、常用方法：應(yīng)變量測方法很多，主要有電測法、機(jī)測法和光測法等。怎樣進(jìn)行結(jié)構(gòu)應(yīng)變測試1、應(yīng)變的測量原理：怎樣進(jìn)行結(jié)構(gòu)應(yīng)變測試96（一）機(jī)測法機(jī)測法：利用機(jī)械式儀表，測量試驗構(gòu)件上兩點之間的相對線位移，然后在轉(zhuǎn)換為應(yīng)變值。實際上，只要可以測到兩點之間的位移，都可以將其轉(zhuǎn)換為應(yīng)變。雙杠桿應(yīng)變儀手持式應(yīng)變儀（一）機(jī)測法機(jī)測法：利用機(jī)械式儀表，測量試驗構(gòu)件上兩點之間的97機(jī)測法優(yōu)點：試驗操作簡單，數(shù)據(jù)可靠，不受電磁等因素干擾。機(jī)測法限制：

1.不適合應(yīng)變變化較大區(qū)域內(nèi)的應(yīng)變測量

2.不能自動記錄，測讀時間較長，測點布置困難。

3.溫度補償困難。機(jī)測法優(yōu)點：試驗操作簡單，數(shù)據(jù)可靠，不受電磁等因素干擾。98（二）電測法電測法（非電量的電測技術(shù)）在測量過程中，常將某些物理量（如長度）發(fā)生的變化，先變換為電參量的變化，然后用量電器進(jìn)行量測，這種方法稱為電測法。在結(jié)構(gòu)試驗中，因結(jié)構(gòu)受外荷載或受溫度及約束等原因而產(chǎn)生應(yīng)變，應(yīng)變?yōu)闄C(jī)械量（即非電量），用量電器量測非電量，首先必須把非電量（應(yīng)變）轉(zhuǎn)換成電量的變化，然后才能用量電器量測。量測由應(yīng)變引起的電量變化稱為應(yīng)變電測法。（二）電測法電測法（非電量的電測技術(shù)）99利用材料的電阻變化測量應(yīng)變

——電阻應(yīng)變電測法電測法以電阻應(yīng)變儀量測為主。電測法的基本原理是；將一種特制的電阻應(yīng)變片作為傳感元件，牢靠地粘貼在被測試件表面，當(dāng)試件由于受到外荷載的作用而發(fā)生變形時，電阻應(yīng)變片也隨之變形，并發(fā)生電阻的變化。在一定的工作范圍內(nèi)，電阻應(yīng)變片的電阻變化與試件發(fā)生的應(yīng)變成比例關(guān)系。根據(jù)測得的電阻變化，通過應(yīng)變儀可獲得試件上被測點的應(yīng)變值。利用材料的電阻變化測量應(yīng)變

——電阻應(yīng)變電測法電測法以電阻應(yīng)1003.1電阻應(yīng)變片的原理及構(gòu)造1、電阻應(yīng)變片的原理

利用電阻應(yīng)變片作為傳感元件，將應(yīng)變片貼在被測物體上，會隨被測物體的變形而拉長或收縮，從而改變電阻值，反映被測物體應(yīng)變的大小。圖1電阻應(yīng)變計基本組成3.1電阻應(yīng)變片的原理及構(gòu)造圖1電阻應(yīng)變計基本組成101待測非電量ε電阻變化△R應(yīng)變值ε①感受應(yīng)變：ε△R②測量△R：應(yīng)變儀將應(yīng)變片的△R經(jīng)惠斯頓電橋→△U或△I，放大器；輸出應(yīng)變值。

圖2金屬絲的電阻應(yīng)變原理

1.受力前的金屬絲2.受力后的金屬絲待測非電量ε電阻變化△R應(yīng)變值ε圖2金屬絲的102：金屬絲的電阻值：金屬絲的電阻率：金屬絲的截面積（通常為圓斷面）：金屬絲的長度：金屬絲的泊松比：金屬絲的電阻值：金屬絲的泊松比103金屬絲的電阻應(yīng)變原理

1.受力前的金屬絲

2.受力后的金屬絲（4.1）（4.2）（4.3）金屬絲的電阻應(yīng)變原理

104靈敏系數(shù)K：表示單位應(yīng)變引起的相對電阻變化應(yīng)變片靈敏系數(shù)是使用應(yīng)變片的重要數(shù)據(jù)。它主要取決于敏感柵的材料、型式和幾何尺寸。應(yīng)變片的靈敏系數(shù)受到多種因素的影響，無法由理論求得，是由制造廠經(jīng)抽樣在專門的設(shè)備上進(jìn)行標(biāo)定，并于包裝上注明。常用的應(yīng)變片靈敏度系數(shù)為2—2.4。

由上式可知，只要測出敏感柵的電阻變化率即可確定構(gòu)件的應(yīng)變。靈敏系數(shù)K：表示單位應(yīng)變引起的相對電阻變化應(yīng)變片靈敏105等強(qiáng)度梁靜態(tài)應(yīng)變測試采用等強(qiáng)度鋼梁，鋼梁的μ=0.285，L=150mm,室溫、單向受力狀態(tài)，應(yīng)變片絲柵方向與最大主應(yīng)變方向一致，采用砝碼在梁一端施加作用力P=0.1KN，測得撓度為1.5mm，實測量得電阻由120Ω變?yōu)?20.12Ω，求得應(yīng)變片的實際靈敏度K。梁高h(yuǎn)=5mm梁長L=150mmP⑴△R/R:△R/R=（120.12-120）/120=0.001Ω⑵ε:σ=Eε=Mh/2I①f=ML2/3EI②ε=3hf/2L2=0.0005⑶K:K=△R/R/ε=2.0等強(qiáng)度梁靜態(tài)應(yīng)變測試梁高h(yuǎn)=5mm梁長L=150mmP⑴△1062、電阻應(yīng)變片的構(gòu)造敏感柵：用金屬材料或半導(dǎo)體材料制成的單絲或柵狀絲?；?紙基和膠基覆蓋層引出線

電阻應(yīng)變片構(gòu)造示意圖

1.引出線2.敏感柵3.覆蓋層4.基底層2、電阻應(yīng)變片的構(gòu)造敏感柵：用金屬材料或半導(dǎo)體材料制成的單絲107敏感柵：用金屬材料或半導(dǎo)體材料制成的單絲或柵狀絲。敏感柵的形狀與尺寸直接影響到應(yīng)變片的性能。柵長和柵寬代表應(yīng)變片的標(biāo)稱尺寸，即規(guī)格。基底和覆蓋層：它們起定位和保護(hù)電阻絲的作用，并使電阻絲和被測試件之間絕緣?；椎某叽缤ǔ４響?yīng)變片的外形尺寸。引出線：通過測量導(dǎo)線接入應(yīng)變測量橋。引出線一般都采用鍍銀、鍍錫或鍍合金的軟銅線制成，在制造應(yīng)變片時與電阻絲焊接在一起敏感柵：用金屬材料或半導(dǎo)體材料制成的單絲或柵狀絲。敏感柵的形1083、電阻應(yīng)變片的種類及分類按敏感柵所用材料分類：金屬電阻應(yīng)變片（金屬絲式應(yīng)變片、箔式應(yīng)變片、薄膜應(yīng)變片）和半導(dǎo)體應(yīng)變片；按敏感柵結(jié)構(gòu)的形狀分類：單軸和多軸（應(yīng)變花）按應(yīng)變片的工作溫度：低溫片（低于-30℃）、常溫片（-30～60℃）中溫片（60～350℃）、高溫片（350℃以上）按基底材料：膠基和紙基3、電阻應(yīng)變片的種類及分類按敏感柵所用材料分類：金屬電阻應(yīng)變109金屬電阻應(yīng)變片半導(dǎo)體應(yīng)變片絲繞式應(yīng)變片短接線式應(yīng)變片箔式應(yīng)變片敏感柵材料用途基底材料紙基應(yīng)變片膠基應(yīng)變片金屬基底應(yīng)變片臨時基底應(yīng)變片敏感柵形狀單軸應(yīng)變花一般用途應(yīng)變片特殊用途應(yīng)變片應(yīng)變片式傳感元件分類方法類型主要特點橫向效應(yīng)大，K外值分散度大，價廉橫向效應(yīng)小，疲勞壽命底橫向效應(yīng)小，散熱條件好，蠕變小，疲勞壽命長用于測量單向應(yīng)變的應(yīng)變片用于平面應(yīng)力狀態(tài)下測定主應(yīng)變耐溫，耐熱及耐久性能差高溫應(yīng)變片類型之一，用焊接方式安裝于構(gòu)件上高溫應(yīng)變片類型之一以有機(jī)會膠膜作基底，耐熱，耐濕，耐久性較紙基好指用于應(yīng)變測量的各種常規(guī)應(yīng)變片如半導(dǎo)體應(yīng)變片、防水應(yīng)變片、埋式應(yīng)變片、雙層應(yīng)變片等如裂紋擴(kuò)展片、疲勞壽命片、測溫片、測壓片等各種類型的應(yīng)變片及其特點金屬電阻應(yīng)變片半導(dǎo)體應(yīng)變片絲繞式應(yīng)變片短接線式應(yīng)變片箔式110

①金屬絲式應(yīng)變片:絲繞式（U型）、短接式（H型）Φ0.015-0.05mm金屬絲制作，散熱效果差，許用電流低。圓角線柵，橫向效應(yīng)大；直角線柵，制作復(fù)雜。①金屬絲式應(yīng)變片:絲繞式（U型）、短接式（H111

②箔式應(yīng)變片:

制作材料：0.002-0.005mm厚的康銅或其它合金制作工藝：光刻技術(shù)和腐蝕工藝。優(yōu)點：橫向效應(yīng)小，能較好地反應(yīng)構(gòu)件表面的變形，易于在彎曲表面上粘貼，散熱好于絲式，蠕變小，疲勞壽命長，允許通過的電流大，測量靈敏度較高。用途：較多的用于傳感器制作②箔式應(yīng)變片:112③薄膜式應(yīng)變片：800-1000℃

材料：厚度≤0.1μm的金屬薄膜，工藝：真空電鍍和沉積等工藝，將金屬材料在絕緣基底上制成一定形狀的薄膜而形成敏感柵。特點：耐高溫性好，工作溫度可達(dá)800-1000℃，用于高溫等特殊條件③薄膜式應(yīng)變片：800-1000℃113④半導(dǎo)體式應(yīng)變片（壓阻效應(yīng)）:

材料：半導(dǎo)體材料，根據(jù)壓阻效應(yīng)制成。優(yōu)點：靈敏系數(shù)高，K>100，頻率響應(yīng)好，可制作成小型和超小型應(yīng)變片。缺點：溫度系數(shù)大，熱穩(wěn)性能差；大應(yīng)變時，非線形較大，多用于測量500以下的小應(yīng)變。1、基底；2、硅條；3、內(nèi)引線；4，焊接電極；5、引出線④半導(dǎo)體式應(yīng)變片（壓阻效應(yīng)）:1、基底；2、硅條；3、內(nèi)引線114幾種電阻應(yīng)變片

1，2，3，7，9.箔式電阻應(yīng)變片4.半導(dǎo)體應(yīng)變片

5.絲繞式電阻應(yīng)變片6.短接式電阻應(yīng)變片8.焊接電阻應(yīng)變片幾種電阻應(yīng)變片

1，2，3，7，9.箔式電阻應(yīng)變片4.半導(dǎo)1154、電阻應(yīng)變片的技術(shù)性能電阻應(yīng)變片的主要技術(shù)指標(biāo)如下；⑴電阻值:R；⑵標(biāo)距:指敏感柵在縱軸方向的有效長度L；⑶靈敏系數(shù):K一般等于2.0，也可不等于2.0.⑷規(guī)格:以使用面積L*b表示⑸溫度適用范圍⑹其他性能指標(biāo)：機(jī)械滯后、蠕變、疲勞壽命、零點漂移、橫向靈敏系數(shù)、絕緣電阻等。根據(jù)電阻應(yīng)變片的性能指標(biāo)，電阻應(yīng)變片被分為A、B、C、D等級。A級為最高級，常用于制作應(yīng)變式傳感器，結(jié)構(gòu)試驗中，可選用C級或B級應(yīng)變片。其相應(yīng)的性能指標(biāo)見教材附錄1。4、電阻應(yīng)變片的技術(shù)性能116

2、應(yīng)變片的電阻值應(yīng)力片的電阻值，是應(yīng)變片在沒有粘貼，未受力時，在室溫下所測定的電阻值。應(yīng)變片的標(biāo)準(zhǔn)名義電阻值最常用的有120，350，并有60，200，500，1000系列。

3、機(jī)械滯后量（Zf）在恒定溫度下，對貼有應(yīng)變片的試件進(jìn)行加卸載試驗，對各應(yīng)力水平應(yīng)變片加卸載時所指示的應(yīng)變量的最大差值作為該批應(yīng)變片的機(jī)械滯后量Zf。

4、零點漂移(P)和蠕變()

在溫度恒定，被測試不受力的情況下，試件上應(yīng)變片的指示應(yīng)變隨時間的變化稱為零點漂移(簡稱零漂)。如果溫度恒定，應(yīng)變片承受有恒定的機(jī)械應(yīng)變時時，指示應(yīng)變隨時間的化則稱為蠕變。

1、應(yīng)變片的尺寸順著應(yīng)變片軸向敏感柵兩端轉(zhuǎn)彎處內(nèi)側(cè)之間的距離稱為柵長(或叫標(biāo)距)，以表示。敏感柵的橫向尺寸稱為柵寬，以S表示。稱為應(yīng)變片的使用面積。2、應(yīng)變片的電阻值3、機(jī)械滯后量117

5、應(yīng)變極限在室溫條件下，對貼有應(yīng)變片的試件加載，使試件的應(yīng)變逐漸增大，應(yīng)變片的指示應(yīng)變與真實應(yīng)變的相對誤差達(dá)到規(guī)定值(一般為10%)時的真實應(yīng)變即為應(yīng)變片的應(yīng)變極限，用j表示。

6、絕緣電阻(Rm)

絕緣電阻Rm是指敏感柵及引線與被測試件之間的電阻值。

7、疲勞壽命(N)

疲勞壽命N是指貼有應(yīng)變片的試件在恒定幅值的交變應(yīng)力作用下，應(yīng)變片連續(xù)工作，直至產(chǎn)生疲勞損壞時的循環(huán)次數(shù)，通?？蛇_(dá)106～107次。

8、最大工作電流最大工作電流是允許通過應(yīng)變片而不影響其工作特性的最大電流，通常為幾十毫安。5、應(yīng)變極限6、絕緣電阻(Rm118應(yīng)變片電阻值：指應(yīng)變片在未安裝、不受外力、室溫條件下的電阻值。單片阻值：單個應(yīng)變片的標(biāo)定電阻值。標(biāo)準(zhǔn)名義阻值：人為規(guī)定的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，為一定值，如120Ω、240Ω。一般應(yīng)變儀是按120Ω應(yīng)變片要求設(shè)計的。平均名義阻值：一批應(yīng)變片抽樣標(biāo)定，電阻值取平均、求公差。如120±0.5%或120±0.6Ω。應(yīng)變片電阻值：指應(yīng)變片在未安裝、不受外力、室溫條件下的電阻值119應(yīng)變片的敏感柵工作面積：應(yīng)變片敏感柵長寬之積S=L*b。

L-柵長標(biāo)距

b-柵寬注意：盡量選用L大、b小的應(yīng)變片。應(yīng)變片的敏感柵工作面積：應(yīng)變片敏感柵長寬之積S=L*b。120

5、應(yīng)變片的選用與應(yīng)變片粘結(jié)工藝【應(yīng)變片選用】1、工作環(huán)境：溫度保證、地下工程中防潮特性好

2、被測物材料性質(zhì):

彈模高,基長小;

粗晶粒巖石混凝土，選用基長長

3、按被測試件受力狀態(tài)和應(yīng)變性質(zhì)：應(yīng)變花變化大選用基長小，變化小選用基長

4、按測量精度：標(biāo)距、電阻值、靈敏度5、應(yīng)變片的選用與應(yīng)變片粘結(jié)工藝121【應(yīng)變片粘結(jié)工藝】①應(yīng)變片檢查：外觀檢查、電阻值檢查;②表面處理：刮刀除銹、砂布打磨、脫脂棉擦洗、吹風(fēng)機(jī)烘干;③貼片與固化：畫線、涂膠、用玻璃紙壓、調(diào)整、補膠;④粘貼質(zhì)量檢查：外觀檢查、電阻值檢查、絕緣電阻檢查、連接電阻應(yīng)變儀檢查;⑤連接導(dǎo)線：導(dǎo)線固定、導(dǎo)線焊接;⑥防潮處理：凡士林、石蠟等;【應(yīng)變片粘結(jié)工藝】1226、電阻應(yīng)變片的優(yōu)點與缺點①在一定工作范圍內(nèi)，電阻變化率與應(yīng)變成線性關(guān)系(嚴(yán)格說是非線性很小)；②靈敏度高,普通電阻應(yīng)變片的最小讀數(shù)為1-5με,半導(dǎo)體應(yīng)變片的最小讀數(shù)可達(dá)0.1με，靈敏度高；③一般電阻應(yīng)變片測量范圍達(dá)±20000με，特制的大應(yīng)變量電阻應(yīng)變片可測應(yīng)變達(dá)200000με測量范圍廣；

【電阻應(yīng)變片優(yōu)點】6、電阻應(yīng)變片的優(yōu)點與缺點①在一定工作范圍內(nèi)，電阻變化率與應(yīng)123④尺寸小、重量輕，把電阻應(yīng)變片貼在結(jié)構(gòu)表而后對試件的工作狀態(tài)和應(yīng)力分布影響極微；⑤頻率響應(yīng)好，普通應(yīng)變片的頻響時間約為10-7S，半導(dǎo)體應(yīng)變片可達(dá)10-11S，從而可以不考慮應(yīng)變傳遞時的相位差，能夠適應(yīng)數(shù)萬赫茲的動應(yīng)變測量；⑥測量自動化程度高，可遠(yuǎn)距離傳送電信號；⑦對環(huán)境的適應(yīng)性強(qiáng)，若對電阻應(yīng)變片采取特殊措施，可用于高溫、低溫、水下壓、強(qiáng)磁場和腐蝕等環(huán)境；④尺寸小、重量輕，把電阻應(yīng)變片貼在結(jié)構(gòu)表而后對試件的工作狀態(tài)124電阻應(yīng)變片在應(yīng)用中的主要缺點是：①因為電阻應(yīng)變片是選點布置的，故測量結(jié)果僅給出測點貼片方向的應(yīng)變，難以得到應(yīng)變和應(yīng)力場的全貌；②通常電阻應(yīng)變片只適于結(jié)構(gòu)表面應(yīng)力的測量，并且測量值只是電阻應(yīng)變片基長內(nèi)的平均應(yīng)變值；③連續(xù)長時間測量會出現(xiàn)漂移，原因在于粘合劑的不穩(wěn)定性和對周圍環(huán)境的敏感性所造成；④另外應(yīng)變片必須牢固地粘貼在試件表面，才能保證正確地傳遞試件的變形，粘貼工作技術(shù)性強(qiáng)，粘貼工藝復(fù)雜，工作量大；⑤電阻應(yīng)變片不能重復(fù)使用。【電阻應(yīng)變片缺點】電阻應(yīng)變片在應(yīng)用中的主要缺點是：【電阻應(yīng)變片缺點】1253.2電阻應(yīng)變儀測量應(yīng)變

1、電阻應(yīng)變儀介紹試驗構(gòu)件的應(yīng)變值一般均很小，當(dāng)材料處于彈性階段時應(yīng)變約為10-6—10-2，故應(yīng)變片的電阻變化率很小,需用專門儀器進(jìn)行測量,測量應(yīng)變片的電阻變化率并能自動轉(zhuǎn)化為應(yīng)變的儀器稱為電阻應(yīng)變儀。

電阻應(yīng)變儀按頻率響應(yīng)范圍可分為:靜態(tài)電阻應(yīng)變儀;靜動態(tài)電阻應(yīng)變儀;動態(tài)電阻應(yīng)變儀;超動態(tài)電阻應(yīng)變儀;其中靜態(tài)電阻應(yīng)變儀和動態(tài)電阻應(yīng)變儀應(yīng)用較多。3.2電阻應(yīng)變儀測量應(yīng)變1、電阻應(yīng)變儀介紹126靜態(tài)電阻應(yīng)變儀用電學(xué)方法測量不隨時間變化或變化極為緩慢的靜態(tài)應(yīng)變。它由測量電橋、放大器、顯示儀表和讀數(shù)機(jī)構(gòu)等組成。貼在被測構(gòu)件上的電阻應(yīng)變計接于測量電橋上。構(gòu)件受載變形時，測量電橋有電壓輸出，經(jīng)放大器放大后由顯示儀表指示出相應(yīng)的應(yīng)變值。靜態(tài)電阻應(yīng)變儀每次只能測出一個點的應(yīng)變。進(jìn)行多點測量時可配以預(yù)調(diào)平衡箱。所有測點的應(yīng)變計均預(yù)先接在平衡箱各點上，然后靠開關(guān)逐點轉(zhuǎn)換接入應(yīng)變儀。靜態(tài)電阻應(yīng)變儀用電學(xué)方法測量不隨時間變127應(yīng)變儀采用的電路可以是直流電橋式、交流電橋式或電位計式，應(yīng)用最多的是交流電橋式電路并帶有載波放大器的形式。采用交流電橋電路的應(yīng)變儀由電橋、放大器、相敏檢波器、濾波器、振蕩器和電源部分組成。

應(yīng)變儀采用的電路可以是直流電橋式、交流電橋式或電位128①電橋：將應(yīng)變計的電阻變化轉(zhuǎn)換成電壓或電流信號,以便放大器放大。通常電橋由正弦振蕩器供電,其頻率為500赫～50千赫,較低頻率的被測應(yīng)變信號對較高的頻率的電橋電壓進(jìn)行調(diào)幅，輸出一個窄頻帶的調(diào)幅波信號。①電橋：將應(yīng)變計的電阻變化轉(zhuǎn)換成電壓或電流信號,以便放大器放129②放大器：對電橋輸出的微弱信號進(jìn)行不失真的放大，并以足夠的功率去推動指示器和記錄器。為提高放大器的穩(wěn)定性，一般采用交流載波放大器，直流放大器僅用于超動態(tài)應(yīng)變儀。

③相敏檢波器：將放大后的調(diào)幅波還原為被測應(yīng)變信號波形，同時反映被測應(yīng)變信號的方向，通常采用環(huán)形相敏檢波器。

②放大器：對電橋輸出的微弱信號進(jìn)行不失真的放大，并以足夠的功130④濾波器：濾除相敏檢波器輸出信號中的高次諧波分量，以獲得理想的輸出波形。⑤振蕩器：產(chǎn)生一個穩(wěn)定的振蕩電壓，作為電橋供電電壓和相敏檢波器的參考電壓。電學(xué)應(yīng)變儀靈敏度高、穩(wěn)定性好。它所配用的應(yīng)變計體積小，微型箔式應(yīng)變計能測量工程上被看作一個“點”的小范圍應(yīng)變。

④濾波器：濾除相敏檢波器輸出信號中的高次諧波分量，以獲得理想131結(jié)構(gòu)靜載試驗應(yīng)變測試技術(shù)課件1322、電阻應(yīng)變儀工作原理電阻應(yīng)變儀的基本測量電路為惠斯登電橋,如下圖所示。當(dāng)滿足或電橋平衡，Uout=0。2、電阻應(yīng)變儀工作原理當(dāng)滿足或電橋平衡，Uout=0。133實驗時通常將粘貼在構(gòu)件上的四個相同規(guī)格的應(yīng)變片作為橋臂上的四個電阻，如下圖所示。當(dāng)試件受力時，上述應(yīng)變片感受到的應(yīng)變分別為ε1，ε2，ε3和ε4，相應(yīng)的電阻改變量分別為△R1，△R2，△R3和△R4，代入得電橋的輸出電壓力：應(yīng)變儀的輸出結(jié)果（應(yīng)變讀數(shù)）為：

這種接線法稱為全橋接線法

實驗時通常將粘貼在構(gòu)件上的四個相同規(guī)格的應(yīng)變片作為橋臂上的四134這個關(guān)系可用“鄰臂相減，對臂相加”概括。這叫做電橋的加減特性。有時只在電橋的AB和BC端接應(yīng)變片，而在AD和DC端接應(yīng)變儀內(nèi)部的兩個阻值相等的標(biāo)準(zhǔn)電阻，見下圖。因R內(nèi)不受構(gòu)件變形的影響，則

這種接線法稱為半橋接線法

這個關(guān)系可用“鄰臂相減，對臂相加”概括。這叫做電橋的加減特135相鄰橋臂:應(yīng)變極性一致時，輸出電壓為兩者之差；若極性不一致時，輸出電壓為兩者之和。相對橋臂:則與上述規(guī)律相反.此特性稱為電橋的加減特性(或和差特性).利用該特性:可提高電橋的靈敏度;對溫度影響予以補償.它是在構(gòu)件上布片和接橋時遵循的基本準(zhǔn)則之一。用電橋測量電阻變化有偏位法和零位法兩種測量方法。

偏位法時，是在表的刻度盤上刻出R，或直接刻出應(yīng)變值(根據(jù)R/R=k)，由指針偏轉(zhuǎn)直接指示應(yīng)變值，或者送到記錄器直接記錄。

相鄰橋臂:應(yīng)變極性一致時，輸出電壓為兩者之差；136

零位測量法如右圖所示，電橋原始平衡后，如R1變成R1+R，則電橋失去平衡，電表指針偏轉(zhuǎn)，此時人為調(diào)節(jié)可變電阻r，改變D點電位，使之與B點電位相同，電橋重新平衡，電表又重新指零，這時可在可變電阻器刻度盤上直接讀出應(yīng)變值，便可測出R1變化R時所對應(yīng)的應(yīng)變值。零位測量法與電源電壓無關(guān)，電源電壓變化不影響測量結(jié)果，故測量精度較高，但測量時電橋需要重新平衡，較麻煩，只用于靜態(tài)測試。偏位法輸出受電源電壓的影響，用于動態(tài)測試。零位測量法如右圖所示，電橋原始平衡后，如R1變成R1373、布片和接橋方法

應(yīng)變片在應(yīng)變儀的測量電橋中有各種接法。在實際測量中，常利用電橋基本特性并采用不同的接線方法，來達(dá)到以下目的：a、實現(xiàn)溫度補償；b、從復(fù)雜的變形中測出所需要的應(yīng)變分量；c、擴(kuò)大應(yīng)變儀的讀數(shù)，以減少誤差，提高測量靈敏度。3、布片和接橋方法應(yīng)變片在應(yīng)變儀的測量電橋中1381）全橋接線法測量電橋的四個橋臂上全部接電阻應(yīng)變片，稱為全橋接線法（或全橋線路）。對于等臂電橋，此時應(yīng)變儀的讀數(shù)應(yīng)變由公式即可得出：

εd=ε1-ε2+ε3-ε4

實際測量時，可有以下兩種情況：a、全橋測量：電橋的四個橋臂上都接工作應(yīng)變片。b、相對兩臂測量：電橋相對兩臂接工作應(yīng)變片，另相對兩臂接溫度補償應(yīng)變片。1）全橋接線法1392）半橋接線法若在測量電橋的橋臂AB和BC上接電阻應(yīng)變片，而另外兩臂AD和CD接電阻應(yīng)變儀的內(nèi)部固定電阻R，則稱為半橋接線法。由于橋臂AD和CD接固定電阻，不感受應(yīng)變，因此對于等臂電橋，按公式可得到應(yīng)變儀的讀數(shù)為：εd=ε1-ε2

實際測量時，可有以下兩種情況：a、半橋雙臂測量：電橋的兩橋臂AB和BC上均接工作應(yīng)變片。b、半橋單臂測量：電橋的兩橋臂AB和BC上，任意橋臂接工作應(yīng)變片，而另一橋臂接溫度補償應(yīng)變片。2）半橋接線法140（1）粘貼在被測構(gòu)件測點上的應(yīng)變片，如果周圍環(huán)境變化時，應(yīng)變片柵絲的電阻應(yīng)變值也將隨著溫度改變而變化；（2）同時，又因為柵絲材料和被測構(gòu)件材料的膨脹系數(shù)不同，應(yīng)變片被迫拉長或縮短，使柵絲電阻值也發(fā)生變化，（3）這種由于溫度改變引起的虛假應(yīng)變，并不是由于載荷作用而引起的，如果只想測定構(gòu)件承受在載荷作用下的變形，就應(yīng)該設(shè)法消除它。（4）消除的辦法就是溫度補償。4、溫度補償方法（1）粘貼在被測構(gòu)件測點上的應(yīng)變片，如果周圍環(huán)境變化時，應(yīng)變141在常溫應(yīng)變測量中溫度補償?shù)姆椒ㄊ遣捎脴蚵费a償法。這種方法簡單、經(jīng)濟(jì)、補償效果好。這是利用電橋特性來進(jìn)行溫度補償?shù)?。橋路補償法可以分為以下兩種：1）補償塊補償法2）工作片補償法在常溫應(yīng)變測量中溫度補償?shù)姆椒ㄊ遣捎脴蚵费a償法。這種方法簡單1421）補償塊補償法其材料應(yīng)與被測構(gòu)件相同，但不受外力，并將它置與構(gòu)件被測點附近，使補償片與工作片處于同一溫度場中。1）補償塊補償法1432）工作片補償法這種方法不需要補償塊和補償片，而是在同一被測試件上粘貼幾個工作應(yīng)變片，將它們接入電橋中。當(dāng)試件受力且測點環(huán)境溫度變化時，每個應(yīng)變片的應(yīng)變中都包含外力和溫度變化引起的應(yīng)變，根據(jù)電橋基本特性，在應(yīng)變儀的讀數(shù)應(yīng)變中即可消除溫度變化所引起的虛假應(yīng)變，而得到所需測量的應(yīng)變。因此工作應(yīng)變片既參加工作，又起到了溫度補償?shù)淖饔谩?）工作片補償法144（1）同一橋路具有相同的溫度效應(yīng)，即（2）外補橋路補償片的荷載效應(yīng)為零，即（1）同一橋路具有相同的溫度效應(yīng)，即1454、應(yīng)變應(yīng)力的測量

根據(jù)被測對象的應(yīng)力狀態(tài)，選擇測點和布置應(yīng)變片和合理接橋是實測時應(yīng)首先解決的問題。布片和接橋的一般原則為：（1）首先考慮應(yīng)力集中區(qū)和邊界上的危險點，選擇主應(yīng)變最大、最能反映其力學(xué)規(guī)律的點貼片；（2）利用結(jié)構(gòu)的對稱性布點，利用應(yīng)變電橋的加減特性，合理選擇貼片位置、方位和組橋方式，可以達(dá)到穩(wěn)定補償、提高靈敏度、降低非線性誤差和消除其它影響因素的目的。（3）當(dāng)測量荷載時，應(yīng)盡量避開應(yīng)力－應(yīng)變的非線性區(qū)貼片；（4）在應(yīng)力已知的部位安排測點，以使測量時進(jìn)行監(jiān)視和檢查試驗結(jié)果的可靠性。

4、應(yīng)變應(yīng)力的測量根據(jù)被測對象的應(yīng)力狀態(tài)，選146結(jié)構(gòu)靜載試驗應(yīng)變測試技術(shù)課件147結(jié)構(gòu)靜載試驗應(yīng)變測試技術(shù)課件148結(jié)構(gòu)靜載試驗應(yīng)變測試技術(shù)課件149結(jié)構(gòu)靜載試驗應(yīng)變測試技術(shù)課件150結(jié)構(gòu)靜載試驗應(yīng)變測試技術(shù)課件151結(jié)構(gòu)靜載試驗應(yīng)變測試技術(shù)課件152圖4.5半橋外補一片多補工作原理橋路示意圖5、一片多補技術(shù)的工作原理圖4.5半橋外補一片多補工作原理橋路示意圖5、一片多補153半橋橋路全橋橋路6.應(yīng)變儀半橋與全橋切換技術(shù)的工作原理半橋橋路154注意：長導(dǎo)線電阻對應(yīng)變測量的影響當(dāng)導(dǎo)線長度大于10m時，測得的應(yīng)變將比真實值降低１%以上，要按下式進(jìn)行修正。注意：長導(dǎo)線電阻對應(yīng)變測量的影響當(dāng)導(dǎo)線長度大于10m時155結(jié)構(gòu)靜載試驗應(yīng)變測試技術(shù)課件156§2.6靜態(tài)應(yīng)變測量利用應(yīng)變片測出的是構(gòu)件上某一點處沿某一方向的線應(yīng)變，必須經(jīng)過應(yīng)變—應(yīng)力換算才能得到主應(yīng)力。不同的應(yīng)力狀態(tài)有不同的關(guān)系式。一、應(yīng)變—應(yīng)力換算關(guān)系（一）已知主應(yīng)力方向的單向應(yīng)力狀態(tài)構(gòu)件在外力作用下，若被測點位單向應(yīng)力狀態(tài)，則主應(yīng)力方向已知，只有主應(yīng)力值是一個未知量。此時可沿主應(yīng)力的方向貼一個應(yīng)變片，測得應(yīng)變后，由單向應(yīng)力胡克定律：E：被測構(gòu)件材料的彈性模量?！?.6靜態(tài)應(yīng)變測量利用應(yīng)變片測出的是構(gòu)件上某一點處沿157（二）已知主應(yīng)力方向的二向應(yīng)力狀態(tài)以受內(nèi)壓作用的薄壁容器為例，如果測點的應(yīng)力狀態(tài)是已知主應(yīng)力方向的二向應(yīng)力狀態(tài)，有主應(yīng)力值兩個未知量，此時可沿主應(yīng)力方向各貼一個應(yīng)變片，與補償片組成兩個單臂半橋，分別測出兩個主應(yīng)變和，再由廣義胡克定律求得主應(yīng)力：