（编）4矿山测试技术应变测试技术详解.ppt

4.电阻应变测量技术 （Measuring technique of strain gauge） 4.1 概 述 目的： 在解决工程结构、巷道围岩等应力应变问题时，实验应力应变分析与理论应力应变分析是互相并列的重要分支 原因：许多实际问题尚不能用理论求解，需要通过试验检验才能做出最后的结论 实验应力(应变）分析： 任务是采用实验方法测定结构的各种力学参数，如应力、应变、位移、力、荷载和加速度等，用以解决固体力学中的工程结构和机械强度问题，以及其它有关力学问题 主要方法—应变电测方法，光弹性方法，脆性涂层法，云纹法，激光全息干涉法，激光散斑干涉法，全息光弹性法，声弹性方法等 常用应变电测方法 4.1.1 应变测试系统和原理 电阻应变测量的基本原理是用电阻应变片作为传感元件，将应变片粘贴或安置在构件表面上，应变片敏感栅也相应变形，将被测对象表面指定点的应变转换成电阻变化 4.1.2 应变测量的特点 1. 测量范围广、灵敏度和精确度高 最小可测1～5微应变，最大可测2～3万微应变。其测量误差一般小于2％ 2. 频率响应范围大 可以测量静载下的应变，而且可以测量动载以及冲击载荷（5×105Hz）的应变 3. 应变片尺寸小，重量轻、惯性小 尺寸只有（0.2mm）,对被测试件工作状态和应力状态影响极小 4. 适用范围广 高温、低温、高压、高速、旋转等特殊环境下均可使用 将应变片做成各种形式的传感器，用以测量加速度、位移、压力、重量等物理力学参数 4.1.2 电阻应变测量特点 5. 能实现远距离测量和自动记录 6. 电阻应变测量的缺点 （1）常规应变片在大应变状态下，电阻变化率与应变的关系呈现较大的非线性 （2）普通电阻应变片输出信号较小，在强电磁场内易受干扰 （3）测出的应变是一小块面积的平均应变，对几何尺寸较小的被测试件就难以显示其应力梯度和应力分布情况 4.2 电阻应变片参数与特性 4.2.1 几何尺寸 基长L 应变片敏感元件在纵轴方向上的长度 基宽b 在与应变片主轴垂于方向上应变片敏感元件外侧之间的距离 4.2.2 电阻值和最大工作电流 电阻值R 指自由状态下于室温条件测定的电阻值 应变片的电阻值应与测量电路相适应 常用标准化阻值为60欧、120欧、350欧、600欧、1000欧，其中最常用为120欧 4.2.3 绝缘电阻 指应变片引线与被测试件之间的电阻值 它取决于粘合剂及基底材料的种类以及它们的固化条件，且与温度关系很大 绝缘电阻过低会造成应变片与试件之间的漏电，产生测量误差 一般要求要达50兆欧以上，可用兆欧表测量 4.2.4 应变片灵敏系数 应变片灵敏系数：指在标准条件下由实验求得应变片灵敏系数 标准条件 一维应力：应变片轴向与主应力方向一致 试件材料：泊松比等于0.285的钢材 实验装置：纯弯矩梁或等强度梁 同时测量试件的应变及相应电阻变化 求则应变片的灵敏系数 4.2.5 横向效应 横向效应：横向变形所引起的电阻改变现象 横向效应原因：试件横向应变被应变片敏感栅端部的所感受，致使电阻值改变引起 横向效应将导致测量误差 横向效应以丝绕式应变片最为严重 横向效应分析1 分析：设丝绕式应变片贴在任意平面应变场中，则电阻值变化将由两部分组成： 敏感栅直线部分伸长为 圆弧部门伸长为 应力分析可知 横向效应分析2 应变片敏感栅总长 整个敏感栅的总伸长为 横向效应分析3 轴向灵敏系数 横向灵敏系数 横向效应系数 标定条件下应变片灵敏系数 单向应力，纵向应变 横向应变为 则应变片灵敏系数（名义） （应变片制造厂给出） 横向效应分析4 测量值与真实值之间相对误差为 横向效应分析—讨论几种情况： 设某种丝绕式应变片H=0.05 1.被测材料受单向应力、泊松比与标准条件不同情况 当被测材料为砼 m =0.15和橡胶 m =0.47之间变化时，计算误差均不超过1% 在此情况下可不考虑横向效应对测量精度的影响 2.如被测材料泊松比与标准实验相同，但在单向应力中，应变片轴向与主应力方向垂直 横向效应分析 结论： 在平面应力状态及单向应力状态测量时，一般应考虑横向效应的影响 4.2.6 温度效应1 敏感栅与试件膨胀系数不同，引起敏感