電測法應力測量簡(jiǎn)介
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- 發(fā)布時(shí)間：2017/9/20 17:50:18
- 作者：czy_yinhe
應力測量的常用方法有電測法、光纖光柵法、振弦式測量法。電測法應力測量是通過(guò)在被測部位粘貼應變片的方式將被測的非電量轉換成電阻值的變化，通過(guò)測量電阻值變化達到測量應力的目的。常用的應變片有箔式應變片、金屬絲式應變片和半導體式應變片。
一應力測量常用橋路
應力測量中電阻值變化通常比較小，為了測量電阻的微小變化通常會(huì )引入惠斯通電橋，惠斯通電橋由四個(gè)電阻組合而成。如圖1所示：
如果R1=R2=R3=R4或R1×R3=R2×R4，那么無(wú)論輸入多大電壓，輸出電壓e總為0，這種狀態(tài)稱(chēng)為平衡態(tài)。如果平衡被破壞，就會(huì )產(chǎn)生與電阻變化相對應的輸出電壓。
圖1 惠斯通電橋
011/4橋應力測量
如圖2所示，將R1與應變片相連，當應變片發(fā)生變化時(shí)，假設其阻值變化量為ΔR，則輸出電壓e的計算公式如下：
上式中除了ε都是已知量，所以如果測出電橋的輸出電壓就可以計算出應變的大小。
圖2 1/4橋應力測量
02全橋應變測量
在電橋中的每個(gè)橋臂中聯(lián)入一枚應變片，當四條邊上的應變片的電阻分別引起R1+ΔR1、R2+ΔR2、R3+ΔR3、R4+ΔR4變化時(shí)橋路輸出電壓為
若四枚應變片完全相同，比例常數為K，且應變分別為ε1 、ε2 、ε3 、ε4，則上式可寫(xiě)成下面的形式：
也就是說(shuō)應變測量時(shí)，鄰臂上的應變相減，對臂上的應變相加。
圖3 全橋應力測量
03半橋應變測量
在電橋中聯(lián)入兩枚應變片，共有兩種聯(lián)入方法，分別為鄰邊法和對邊法。根據全橋電壓輸出公式，當為鄰邊法時(shí)輸出電壓為：
對邊法輸出電壓為：
圖4 a、鄰邊法應力測量
圖5 b、對邊法應力測量
二溫度補償
應變片的電阻除因受力引起變形而發(fā)生變化外，由于溫度的變化電阻值也會(huì )發(fā)生改變，這樣即使不施加外力貼在被測定物體上的應變片也會(huì )測到應變。為了解決溫度的影響，可以使用動(dòng)態(tài)模擬法和自我溫度補償法消除溫度對應變測量帶來(lái)的影響。
01動(dòng)態(tài)模擬法
動(dòng)態(tài)模擬法是使用兩片應變片聯(lián)入橋路的相鄰邊，其中被測物上貼上應變片，在與被測物材質(zhì)相同的材料上貼上另外一個(gè)相同的應變片，并將其置于與被測物相同溫度的環(huán)境里，由于溫度引起的應變相同，相鄰兩橋臂溫度引起的輸出電壓為零。
02自我溫度補償法
自我溫度補償法是根據被測物材料的熱膨脹系數的不同來(lái)調節應變片敏感柵，在線(xiàn)性膨脹系數為βs 的被測量物平面上粘貼著(zhù)電阻元素的線(xiàn)性膨脹系數為βg 的應變片，該應變片每上升1℃的外觀(guān)應變量εT由以下公式所示：
a：電阻元素電阻溫度系數
Ks：應變片的應變率
自動(dòng)補償溫度型應變片是根據以上公式及被測量物的線(xiàn)性膨脹系數，通過(guò)控制應變片電阻元素的電阻溫度系數來(lái)確保 接近為零的應變片。
圖6 自我溫度補償示意圖
三橋路激勵的選擇
應變片的激勵電流需要考慮到產(chǎn)生的焦耳熱與散熱的關(guān)系，與金屬連接時(shí)，最大限度為20mA，常用的激勵電流限度為10mA～15mA。
電橋激勵電壓的標準為：120?時(shí)，2～4V；350?時(shí)，5～10V。若被測量物為薄型物體，又是陶瓷、塑料之類(lèi)散熱性不佳的材料時(shí)，可使用更低一點(diǎn)的電橋激勵電壓。
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