管道应力应变测量

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 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 2 100mm 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 dL L为金属导线长度的相对变化 一电阻应变片应用原理 dA 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 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 00 450 900 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