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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

用電阻應變計測定構件的表面應變，然后根據應力、應變的關系式，確定構件表面應力狀態的一種實驗應力分析方法。將電阻應變計固定在被測構件上，當構件變形時，應變計的電阻將發生相應變化。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據處理；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的優點是：①測量精度和靈敏度高；②頻率響應好，可測量從靜態到數十萬赫的動態應變；③測量數值范圍廣；④易于實現測量的數字化、自動化和無線電遙測；⑤可在高溫、低溫、高壓液下、高速旋轉、強磁場和核輻射等環境進行測量；⑥可制成各種傳感器，測量力、壓力、位移、加速度等物理量，在工業過程和科學實驗中用作控制或監視的敏感元件。

發展簡史　

電阻應變計測量技術，起源于19世紀。1856年，W.湯姆孫對金屬絲進行了拉伸試驗，發現金屬絲的應變和電阻的變化存在一定的函數關系，說明應變關系可轉換為電流變化的關系，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，首*制成了箔式應變計。隨著微光刻技術的進展，這種應變計的柵長可短到0.178毫米。1954年，C.S.史密斯發現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，其靈敏系數比金屬絲應變計高50倍以上，現已用于測量力、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，出現了由可調節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和科學實驗領域內獲得廣泛的應用。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，出現了采用直流放大器的電阻應變儀。電阻應變儀正朝向數字化、自動化和多功能方向發展，已有用于靜態應變測量數字顯示的應變儀和多點自動巡回檢測的應變測量裝置，以及用于動態應變測量的數據采集處理系統等產品。電阻應變計測量技術已廣泛用于機械、化工、土建、航空等行業的結構強度試驗中。

測量原理　

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

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。

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換為電壓（或電流）的變化，并經放大后輸出。

一般應變測量技術　

應變測量技術可分為靜態應變測量和動態應變測量兩類：

（1）靜態應變測量　

應用電阻應變計測量常溫下的靜態應變時，可達到較高的靈敏度和精度，其最小應變讀數為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件的應變。采用應變花，可方便地測定平面應變狀態下構件上一點的應變。多點巡回的測量裝置，可在數分鐘內自動記錄上萬個應變數據。如果采用存儲器，由于每秒可存儲數萬個數據，適合測量測點較多的大型構件的應變。

當環境溫度變化時，安裝在可自由膨脹構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件材料的線脹系數不同而發生變化，其值為：

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

溫度的變化使電阻應變計產生的指示應變值，稱為熱輸出（或稱視應變），它和所需測定的應變無關，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格性能相同的電阻應變計（稱為補償應變計），將補償塊和構件置于溫度相同的環境中，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，將和工作應變計規格性能相同的應變計，安裝在材料和被測構件相同的試件上，在和實測相似的熱循環情況下，測取應變計的熱輸出和溫度的關系曲線。在現場測量應變的同時，測定相應的溫度。根據上述曲線對測得的應變數據進行修正。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據修正。

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不相同的應變計時，對測量結果要進行修正。

（2）動態應變測量　

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，當構件的應變波沿柵長方向傳播時，應變計的瞬時應變讀數為應變波在柵長間距內的應變平均值。這會給測量結果帶來誤差。假設應變波為正弦波，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，在測量動態應變時，要根據被測應變的頻率，對應變計進行動態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，采用數據處理裝置，可大大減少整理工作的時間。

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