*,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,管道应力应变测量,制作：常凯,齐永健,目录,一 电阻应变片应用原理,二 管道布片方案,三 数据收集处理,一,电阻应变片应用原理,金属电阻应变片,测量系统可分为三个基本环节：,1.,传感器：通过弹性元件将力转变为应变，再由电阻应变计将机械应变转变为电阻变化量。,2.,电阻应变仪：放大由电阻应变计组成的电桥所输出地电压，以电压或电流信号输出。,3.,指示、记录装置：如计算机等。,一,电阻应变片应用原理,电阻应变测量方法,：,电阻应变测量方法是将应变转换成电信号进行测量的方法，简称电测法。电测法的基本原理是：将电阻应变片（简称应变片）粘贴在被测构件的表面，当构件发生变形时，应变片随着构件一起变形，应变片的电阻值将发生相应的变化，通过电阻应变测量仪器（简称电阻应变仪），可测量出应变片中电阻值的变化，并换算成应变值，或输出与应变成正比的模拟电信号（电压或电流），用记录仪记录下来，也可用计算机按预定的要求进行数据处理，得到所需要的应变或应力值。其工作过程如下所示,一,电阻应变片应用原理,电测法具有灵敏度高的特点，应变片重量轻、体积小且可在高（低）温、高压等特殊环境下使用，测量过程中的输出量为电信号，便于实现自动化和数字化，并能进行远距离测量及无线遥测,被测管道,显示记录,仪器,应变片,放大电路,测量电路,一,电阻应变片应用原理,1.,应变效应,当金属丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值将发生变化，这种现象称为金属的电阻应变效应。,2.,电阻应变片的结构和工作原理,应变片的结构,一,电阻应变片应用原理,4,2,3,1,电阻应变片结构示意图,b,l,栅长,栅宽,一,电阻应变片应用原理,1、敏感栅：用合金丝或合金箔制成的栅。,栅长,l,：指两端圆弧内侧或两端横栅内侧之间的距离，一般为0.2100mm。,栅宽,b,：敏感栅外侧之间的距离。,应变片轴线：敏感栅纵栅的中心线。,2,、基底：用来保持敏感栅的几何形状和相对位置。,3,、盖层：用来保护敏感栅，常用材料有纸、胶膜、玻璃纤维等。,4,、引线：用来由敏感栅引出电信号的金属导线。用镀锡铜线（通常）制成,5、粘结剂：将敏感栅固定在基底上，常用环氧树脂类和酚醛树脂类粘结剂。,一,电阻应变片应用原理,工作原理：,由物理学可知：金属导线的电阻率为,其中：导线材料电阻率，L导线长度，A导线横截面积,当金属导线沿其轴线方向受力变形时（伸长或缩短），电阻值会随之发生变化（增大或减小），这种现象就称为电阻应变效应。,将上式取对数并微分，得,式中：,d,L/L为金属导线长度的相对变化,一电阻应变片应用原理,d,A/A为导线横截面积的相对变化。,若导线直径为D，则,式中：为导线材料泊松比,一,电阻应变片应用原理,式中:,R-金属丝电阻值的变化量;,Ko-金属材料的应变灵敏系数,它主要由试验方法确定,且在弹性极限内基本为常数值;,-金属材料的轴向应变值,即 ,因此又称为长度应变值,对金属丝而言,其值勤在0.24-0.4之间.,一,电阻应变片应用原理,一,电阻应变片应用原理,测量电桥的几种组成方法,合理利用桥路特性可达到以下目的：,（1）实现温度补偿；,（2）从复杂的变形中测出所需要的应变分量；,（3）扩大应变仪读数，以减小读数误差，提高测量灵敏度。,1、半桥接线法,在测量电桥的桥臂AB、BC上接应变片，另外两桥臂AD、CD上接应变仪内部固定电阻R，则称半桥接线法。由于下半个桥接的固定电阻不感受应变，由公式可得应变仪的读数应变,：,实际测量时，可分为两种情况：,1）半桥测量：电桥的两个桥臂AB、BC接应变片。,2）半臂测量：电桥的两个桥臂AB、BC上，任一桥臂上接工作应变片，而另一桥臂接温度补偿片,一,电阻应变片应用原理,一,电阻应变片应用原理,2、全桥接线法,在测量电桥的四个桥臂上都接上应变片。对于等臂电桥，此时应变仪的读数应变由公式可得出,：,单臂,半桥,全桥,一,常用金属电阻丝材料的性能,一,几种常用的国产应变片的技术数据,二 管道布片方式,布片方案要考虑测点的应力状态、构件的受载,情况和温度补偿原则。单向应力状态测点只贴一个,工作片,主方向已知的双向应力状态测点贴两个工,作片,如果主方向未知,则在一点贴三个工作片或采,用应变花。当管道承受拉、弯、扭的不同载荷时,应根据测试要求确定应变片的布片方法,以消除测量,结果中不需要的载荷影响。在温度沿构件表面变化,不大的测试件中,测点可以按位置分组,同一组的工,作片共用一个贴在附近的温度补偿片,应变花,二,管道布片方式,0,0,45,0,90,0,二,管道布片方式,管道,承受弯曲和扭转组合作用时，钢管表面上任意一点可以认为处于平面应力状态，如图所示,。,A,A,B,B,二,管道布片方式,为了测圆筒主应力的大小及方向，在,管道,的上下表面对应的两点A、B处分别粘贴,2,枚电阻应变片，应变片的布片方案为45应变花。可以按顺序选择不同角度的三枚应变片为一组，测得三个不同方向的应变值，则该点的主应力大小及方向即可算出。,三 数据收集处理,数据采集系统的工作原理,：,数据采集系统的硬件由传感器、数据采集仪和计算机(控制器与分析器)组成。传感器部分包括各种电测传感器。传感器的作用是感受各种物理量,例如力、线位移、角位移、应变和温度等,并将这些物理量转变为电信号。,数据采集仪的作用是对所有的传感器通道进行扫描,将扫描得到的电信号进行数字转换,转换成数字量,再根据传感器特性对数据进行传感器系数换算(如将电压数换算成应变或温度等),然后将数据传送给计算机,或者将这些数据打印输出、存入磁盘。计算机是整个数据采集系统的控制器,控制整个数据采集过程,电阻应变仪的工作原理,：,电阻应变仪的作用是将电阻应变片接入其电桥,电路,将应变的变化信号转化为电压信号,经放大器,放大后由检测仪器指示出应变数值,原理见图2。,三 数据收集处理,