電測(cè)法應(yīng)力測(cè)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(yīng)力測(cè)量的常用方法有電測(cè)法、光纖光柵法、振弦式測(cè)量法。電測(cè)法應(yīng)力測(cè)量是通過(guò)在被測(cè)部位粘貼應(yīng)變片的方式將被測(cè)的非電量轉(zhuǎn)換成電阻值的變化，通過(guò)測(cè)量電阻值變化達(dá)到測(cè)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(cè)量常用橋路
應(yīng)力測(cè)量中電阻值變化通常比較小，為了測(cè)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(duì)應(yīng)的輸出電壓。
圖1 惠斯通電橋
011/4橋應(yīng)力測(cè)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(cè)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(cè)量
02全橋應(yīng)變測(cè)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(xiě)成下面的形式：
也就是說(shuō)應(yīng)變測(cè)量時(shí)，鄰臂上的應(yīng)變相減，對(duì)臂上的應(yīng)變相加。
圖3 全橋應(yīng)力測(cè)量
03半橋應(yīng)變測(cè)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(duì)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(duì)邊法輸出電壓為：
圖4 a、鄰邊法應(yīng)力測(cè)量
圖5 b、對(duì)邊法應(yīng)力測(cè)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(huì)發(fā)生改變，這樣即使不施加外力貼在被測(cè)定物體上的應(yīng)變片也會(huì)測(cè)到應(yīng)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(bǔ)償法消除溫度對(duì)應(yīng)變測(cè)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(yīng)變片聯(lián)入橋路的相鄰邊，其中被測(cè)物上貼上應(yīng)變片，在與被測(cè)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(cè)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(cè)物材料的熱膨脹系數(shù)的不同來(lái)調(diào)節(jié)應(yīng)變片敏感柵，在線性膨脹系數(shù)為βs 的被測(cè)量物平面上粘貼著電阻元素的線性膨脹系數(shù)為βg 的應(yīng)變片，該應(yīng)變片每上升1℃的外觀應(yīng)變量εT由以下公式所示：
a：電阻元素電阻溫度系數(shù)
Ks：應(yīng)變片的應(yīng)變率
自動(dòng)補(bǔ)償溫度型應(yīng)變片是根據(jù)以上公式及被測(cè)量物的線性膨脹系數(shù)，通過(guò)控制應(yīng)變片電阻元素的電阻溫度系數(shù)來(lái)確保 接近為零的應(yīng)變片。
圖6 自我溫度補(bǔ)償示意圖
三橋路激勵(lì)的選擇
應(yīng)變片的激勵(lì)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(lì)電流限度為10mA～15mA。
電橋激勵(lì)電壓的標(biāo)準(zhǔn)為：120?時(shí)，2～4V；350?時(shí)，5～10V。若被測(cè)量物為薄型物體，又是陶瓷、塑料之類散熱性不佳的材料時(shí)，可使用更低一點(diǎn)的電橋激勵(lì)電壓。
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