應變電測法

電測法的基本原理是用電阻應變片測定構件表面的線應變，再根據應變—應力關係確定構件表面應力狀態。這種方法是將電阻應變片貼上的被測構件表面，當構件變形時，電阻應變片的電阻值將發生相應的變化，然後通過電阻應變儀將此電阻變化轉換成電壓（或電流）的變化，再換算成應變值或者輸出與此應變成正比的電壓（或電流）的信號，由記錄儀進行記錄，就可得到所測定的應變或應力。

基本介紹

• 中文名：應變電測法
• 原料：電阻應變片
• 根據：應變—應力關係
• 性質：應力分析方法

一、電測法的優點

1．測量靈敏度和精度高

其最小應變為1με（με—微應變，1με=10ε）。在常溫靜態測量時，誤差一般為1～3%；動態測量時，誤差在3～5%範圍內。

2．測量範圍廣

可測±1～2×10με;力或重力的測量範圍10～105N等。

3．頻率回響好

可以測量從靜態到數105Hz動態應變。

4．輕便靈活

在現場或野外等惡劣環境下均可進行測試。

5．

能在高、低溫或高壓環境等特殊條件下進行測量。

6．

便於與計算機聯結進行數據採集與處理，易於實現數位化、自動化及無線電遙測。

二、電橋基本特性

通過電阻應變片可以將試件的應變轉換成應變片的電阻變化，通常這種電阻變化很小。測量電路的作用就是將電阻應變片感受到的電阻變化率△R/R變換成電壓（或電流）信號，再經過放大器將信號放大、輸出。測量電路有多種，惠斯登電路是最常用的電路。電橋具有以下基本特性：兩相鄰橋臂電阻所感受的應變ε代數值相減；而兩相對橋臂電阻所感受的應變ε代數值相加。這種作用也稱為電橋的加減性。利用電橋的這一特性，正確地布片和組橋，可以提高測量的靈敏度、減少誤差、測取某一應變分量和補償溫度影響。

三、溫度補償

電阻應變片對溫度變化十分敏感。當環境溫度變化時，因應變片的線膨脹係數與被測構件的線膨脹係數不同，且敏感柵的電阻值隨溫度的變化而變化，所以測得應變將包含溫度變化的影響，不能反映構件的實際應變，因此在測量中必須設法消除溫度變化的影響。

消除溫度影響的措施是溫度補償。在常溫應變測量中溫度補償的方法是採用橋路補償法。它是利用電橋特性進行溫度補償的。

1．補償塊補償法

把貼上在構件被測點處的應變片稱為工作片，接入電橋的AB橋臂；另外以相同規格的應變片貼上在與被測構件相同材料但不參與變形的一塊材料上，並與被測構件處於相同溫度條件下，稱為溫度補償片，將它接入電橋與工作片組成測量電橋的半橋，電橋的另外兩橋臂為應變儀內部固定無感標準電阻，組成等臂電橋。由電橋特性可知，只要將補償片正確的接在橋路中即可消除溫度變化所產生的影響。

2．工作片補償法

這種方法不需要補償片和補償塊，而是在同一被測構件上貼上幾個工作應變片，根據電橋的基本特性及構件的受力情況，將工作片正確地接入電橋中，即可消除溫度變化所引起的應變，得到所需測量的應變。

四、應變片在電橋中的接線方法

應變片在測量電橋中，利用電橋的基本特性，可用各種不同的接線方法以達

到溫度補償；從複雜的變形中測出所需要的應變分量；提高測量靈敏度和減少誤差。

1． 半橋接線方法

（1）半橋單臂測量：電橋中只有一個橋臂接工作應變片（常用AB橋臂），而另一橋臂接溫度補償片（常用BC橋臂），CD和DA橋臂接應變儀內標準電阻。考慮溫度引起的電阻變化，按公式（3）可得到應變儀的讀數應變為

εd =ε1+ε1t－ε2t

由於R1 和R2溫度條件完全相同，因此（△R1 / R1）t=（△R2 / R2）t，所以電橋的輸出電壓只與工作片引起的電阻變化有關，與溫度變化無關，即應變儀的讀數為

εd =ε1

（2）半橋雙臂測量：電橋的兩個橋臂AB和BC上均接工作應變片，CD和DA兩個橋臂接應變儀內標準電阻。因為兩工作應變片處在相同溫度條件下，（△R1 / R1）t=（△R2 / R2）t，所以應變儀的讀數為

εd =（ε1+ε1t）―（ε2+ε2t）=ε1―ε2

由橋路的基本特性，自動消除了溫度的影響，無需另接溫度補償片。

2． 全橋接線法

（1）對臂測量：電橋中相對的兩個橋臂接工作片（常用AB和CD橋臂），另兩個橋臂接溫度補償片。此時，四個橋臂的電阻處於相同的溫度條件下，相互抵消了溫度的影響。應變儀的讀數為

εd =（ε1+ε1t）―ε2t－ε3t+（ε4+ε4t）=ε1+ε4

（2）全橋測量：電橋中的四個橋臂上全部接工作應變片，由於它們處於相同的溫度條件下，相互抵消了溫度的影響。應變儀的讀數為

εd =ε1―ε2－ε3+ε4

3． 橋臂係數

同一個被測量值，其組橋方式不同，應變儀的讀數εd 也不相同。定義測量出的應變儀的讀數εd 與待測應變ε之比為橋臂係數，因此橋臂係數B為εd/ε。