實驗應力分析方法目前有電學的,、光學的、聲學等方法,。今天聚航科技主要向大家介紹一下應變電測方法,。

電阻應變計測量技術(shù)

用電阻應變計測定構(gòu)件的表面應變,，然后根據(jù)應力、應變的關(guān)系式,，確定構(gòu)件表面應力狀態(tài)的一種實驗應力分析方法,。將電阻應變計固定在被測構(gòu)件上，當構(gòu)件變形時,，應變計的電阻將發(fā)生相應變化,。用電阻應變儀（見電阻應變測量裝置）測量電阻變化,，把它換算成應變值；或輸出與應變成正比的模擬電信號（電壓的或電流的）,，由記錄器記錄下來,；或用計算機按預定要求進行數(shù)據(jù)處理；用上述方法都可得到所測的應力或應變,。

電阻應變計測量技術(shù)的優(yōu)點是：①測量精度和靈敏度高,；②頻率響應好，可測量從靜態(tài)到數(shù)十萬赫的動態(tài)應變,；③測量數(shù)值范圍廣,；④易于實現(xiàn)測量的數(shù)字化、自動化和無線電遙測,；⑤可在高溫,、低溫、高壓液下,、高速旋轉(zhuǎn),、強磁場和核輻射等環(huán)境進行測量；⑥可制成各種傳感器,，測量力,、壓力、位移,、加速度等物理量,，在工業(yè)過程和科學實驗中用作控制或監(jiān)視的敏感元件。

發(fā)展簡史　

電阻應變計測量技術(shù),，起源于19世紀,。1856年，W.湯姆孫對金屬絲進行了拉伸試驗,，發(fā)現(xiàn)金屬絲的應變和電阻的變化存在一定的函數(shù)關(guān)系,，說明應變關(guān)系可轉(zhuǎn)換為電流變化的關(guān)系，可用電學方法測定應變,。1938年,，E.西蒙斯和A.魯奇制出了*一批實用的紙基絲繞式電阻應變計。1953年,，P.杰克孫利用光刻技術(shù),，首*制成了箔式應變計。隨著微光刻技術(shù)的進展,，這種應變計的柵長可短到0.178毫米,。1954年，C.S.史密斯發(fā)現(xiàn)半導體材料的壓阻效應,，1957年,，W.P.梅森等研制出半導體應變計,，其靈敏系數(shù)比金屬絲應變計高50倍以上，現(xiàn)已用于測量力,、扭矩和位移等的傳感器上,。

電阻應變計品種繁多,，包括有分別適用于高溫,、低溫、強磁場和核輻射等條件的,，以及用于測量殘余應力和應力集中的特殊應變計,。

早期的電阻應變計測量儀器，采用直流電橋和檢流計顯示的方法測量應變,，其靈敏度和精度都比較差,，20世紀40年代，出現(xiàn)了由可調(diào)節(jié)的測量電橋和放大器組成的電阻應變儀,，使電阻應變計在工程技術(shù)和科學實驗領(lǐng)域內(nèi)獲得廣泛的應用,。為了克服直流放大器信號的漂移和線性精度差等缺點，傳統(tǒng)的電阻應變儀采用交流放大器,，以載波放大方式傳遞信號,。這種儀器的性能穩(wěn)定，其精度可滿足一般測試要求,，但它的工作頻率受載波頻率的限制,，而且存在電容、電感影響測量精度等問題,。60年代,，出現(xiàn)了采用直流放大器的電阻應變儀。電阻應變儀正朝向數(shù)字化,、自動化和多功能方向發(fā)展,，已有用于靜態(tài)應變測量數(shù)字顯示的應變儀和多點自動巡回檢測的應變測量裝置，以及用于動態(tài)應變測量的數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)等產(chǎn)品,。電阻應變計測量技術(shù)已廣泛用于機械,、化工、土建,、航空等行業(yè)的結(jié)構(gòu)強度試驗中,。

測量原理　

電阻應變測量系統(tǒng)由電阻應變計、電阻應變儀和軟件三部分組成,，電阻應變計可按下式將構(gòu)件的應變轉(zhuǎn)換為單位電阻變化：

式中 R為初始電阻,；Δ R為該電阻的變化；ε為軸線方向的應變,；K為靈敏系數(shù),。

電阻應變儀采用電橋或電位差計的測量線路,，將電阻應變計的電阻變化轉(zhuǎn)換為電壓（或電流）的變化，并經(jīng)放大后輸出,。

一般應變測量技術(shù)　

應變測量技術(shù)可分為靜態(tài)應變測量和動態(tài)應變測量兩類：

（1）靜態(tài)應變測量　

應用電阻應變計測量常溫下的靜態(tài)應變時,，可達到較高的靈敏度和精度，其最小應變讀數(shù)為0.1微應變,，精度為0.1%,，應變測量范圍從0.1微應變到2萬微應變，特殊的大應變電阻應變計可測到結(jié)果為20％的應變值,。常溫箔式電阻應變計柵長可短到0.178毫米,，適于測量應力梯度較大的構(gòu)件的應變。采用應變花,，可方便地測定平面應變狀態(tài)下構(gòu)件上一點的應變,。多點巡回的測量裝置，可在數(shù)分鐘內(nèi)自動記錄上萬個應變數(shù)據(jù),。如果采用存儲器,，由于每秒可存儲數(shù)萬個數(shù)據(jù)，適合測量測點較多的大型構(gòu)件的應變,。

當環(huán)境溫度變化時,，安裝在可自由膨脹構(gòu)件上的電阻應變計的電阻值，會因敏感柵的電阻溫度效應,，以及敏感柵和被測構(gòu)件材料的線脹系數(shù)不同而發(fā)生變化,，其值為：

式中 βR為敏感柵的電阻溫度系數(shù)；Δ T為環(huán)境溫度的變化,；α a,、 α b分別為試件和敏感柵的線脹系數(shù)。

溫度的變化使電阻應變計產(chǎn)生的指示應變值,，稱為熱輸出（或稱視應變）,，它和所需測定的應變無關(guān)，必須消除,。

消除的方法：①采用補償塊線路補償法,。在一塊和構(gòu)件材料相同但不受力的補償塊上，安裝一個和工作電阻應變計的規(guī)格性能相同的電阻應變計（稱為補償應變計）,，將補償塊和構(gòu)件置于溫度相同的環(huán)境中,，并將工作應變計和補償應變計分別接入電橋的相鄰橋臂，利用電橋特性消除熱輸出,。②采用特殊的溫度自補償應變計,。③采用熱輸出曲線修正法，將和工作應變計規(guī)格性能相同的應變計,，安裝在材料和被測構(gòu)件相同的試件上,，在和實測相似的熱循環(huán)情況下,，測取應變計的熱輸出和溫度的關(guān)系曲線。在現(xiàn)場測量應變的同時,，測定相應的溫度,。根據(jù)上述曲線對測得的應變數(shù)據(jù)進行修正。④采用溫差電偶補償法,。在直流的電橋電路中,，用溫差電偶的熱電動勢將熱輸出的電壓變化預先抵消。一般在常溫條件下測量應變時,，采用*一種方法,；在高溫或低溫條件下測量應變時,，采用*一,、第二或第四種方法，也可在用第二種方法之后,，再用第三種方法將前法測得的應變數(shù)據(jù)修正,。

另外，在使用長導線及與電阻應變儀的電阻不匹配或靈敏系數(shù)不相同的應變計時,，對測量結(jié)果要進行修正,。

（2）動態(tài)應變測量　

電阻應變計的頻率響應時間約為0.1-0.7微秒，半導體應變計可達10-11微秒,，構(gòu)件應變的變化幾乎立即傳遞給敏感柵,，但由于應變計有一定柵長，當構(gòu)件的應變波沿柵長方向傳播時,，應變計的瞬時應變讀數(shù)為應變波在柵長間距內(nèi)的應變平均值,。這會給測量結(jié)果帶來誤差。假設(shè)應變波為正弦波,，其傳播速度與聲波在材料中傳播速度相同,，若采用柵長1毫米的應變計對鋼構(gòu)件進行測量，則當應變頻率達250萬赫時,，應變測量誤差小于2％,。一般機械的應變頻率都不超過250萬赫，應變測量誤差也不超出上值,。高頻應變測量的范圍,，主要受電阻應變儀和記錄器的限制，在測量動態(tài)應變時,，要根據(jù)被測應變的頻率,，對應變計進行動態(tài)標定及選擇合適的電阻應變儀和記錄器。對于隨機應變信號,，采用數(shù)據(jù)處理裝置,，可大大減少整理工作的時間,。

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