電測法應(yīng)力測量簡介

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發(fā)布時(shí)間：2017/9/20 17:50:18
作者：czy_yinhe

　　應(yīng)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(yīng)力測量是通過在被測部位粘貼應(yīng)變片的方式將被測的非電量轉(zhuǎn)換成電阻值的變化，通過測量電阻值變化達(dá)到測量應(yīng)力的目的。常用的應(yīng)變片有箔式應(yīng)變片、金屬絲式應(yīng)變片和半導(dǎo)體式應(yīng)變片。

一應(yīng)力測量常用橋路

　　應(yīng)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，那么無論輸入多大電壓，輸出電壓e總為0，這種狀態(tài)稱為平衡態(tài)。如果平衡被破壞，就會產(chǎn)生與電阻變化相對應(yīng)的輸出電壓。

圖1 惠斯通電橋

011/4橋應(yīng)力測量

　　如圖2所示，將R1與應(yīng)變片相連，當(dāng)應(yīng)變片發(fā)生變化時(shí)，假設(shè)其阻值變化量為ΔR，則輸出電壓e的計(jì)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(jì)算出應(yīng)變的大小。

圖2 1/4橋應(yīng)力測量

02全橋應(yīng)變測量

　　在電橋中的每個(gè)橋臂中聯(lián)入一枚應(yīng)變片，當(dāng)四條邊上的應(yīng)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(yīng)變片完全相同，比例常數(shù)為K，且應(yīng)變分別為ε1 、ε2 、ε3 、ε4，則上式可寫成下面的形式：

　　也就是說應(yīng)變測量時(shí)，鄰臂上的應(yīng)變相減，對臂上的應(yīng)變相加。

圖3 全橋應(yīng)力測量

03半橋應(yīng)變測量

　　在電橋中聯(lián)入兩枚應(yīng)變片，共有兩種聯(lián)入方法，分別為鄰邊法和對邊法。根據(jù)全橋電壓輸出公式，當(dāng)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(yīng)力測量

圖5 b、對邊法應(yīng)力測量

二溫度補(bǔ)償

　　應(yīng)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發(fā)生改變，這樣即使不施加外力貼在被測定物體上的應(yīng)變片也會測到應(yīng)變。為了解決溫度的影響，可以使用動態(tài)模擬法和自我溫度補(bǔ)償法消除溫度對應(yīng)變測量帶來的影響。

01動態(tài)模擬法

　　動態(tài)模擬法是使用兩片應(yīng)變片聯(lián)入橋路的相鄰邊，其中被測物上貼上應(yīng)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(yīng)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(yīng)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(bǔ)償法

　　自我溫度補(bǔ)償法是根據(jù)被測物材料的熱膨脹系數(shù)的不同來調(diào)節(jié)應(yīng)變片敏感柵，在線性膨脹系數(shù)為β_s 的被測量物平面上粘貼著電阻元素的線性膨脹系數(shù)為β_g 的應(yīng)變片，該應(yīng)變片每上升1℃的外觀應(yīng)變量ε_T由以下公式所示：