农业工程测试技术-6

农业工程测试技术讲义,孙裕晶2008.11.23,新西兰格言,Ahouseismadeofwoodsandbeams,andafamilyismadeofloveanddreams.,第6章应变片测试技术,应变测试系统测试系统的标定典型载荷的布片和接桥应变片传感器的构造和设计扭矩传感器和集流环,应变片电测系统,被测量,电桥,应变片传感器,应变仪,显示记录,激励装置（加载）,光线示波器,磁带记录器,函数记录仪,计算机,（电荷适配器）,（电阻应变适配器）,6.1应变测试系统,6.1.1概述,动态应变测量装置,静态应变测量装置,静态应变测量装置,静态测量要求采用精度较高、稳定性较好的静态应变测量系统，并对应变片的选择、粘贴和防护，温度补偿，连接导线的布设等均提出了较高的要求。,测量精度要求高,测点较多,测量延续时间较长,动态应变测量基本系统,动态应变测量基本系统,测量冲击力的动态测量系统,选用动态测量系统时，最优先考虑的是动态测量系统的频率响应特性。,高速摄影摄像系统,载波式应变仪的典型方框图,6.1.2电阻应变仪,静态电阻应变仪：5000Hz,分类和特点：,直流电桥一斩波交流放大式应变仪方框图,应变仪的电桥,平衡电桥,实际电桥结构,零位测量法,YJ-5静态应变仪的双电桥原理图,静态应变仪的电桥,动态应变仪的电桥,电桥盒,半桥电路,C全桥电路,应变仪的电桥盒,电桥盒上有八个接线柱，1、2、3、4四个接线柱通过高频信号屏蔽线与图6-10中的1、2、3、4点相连，而在电桥盒的5、8间和7、8间接有两个120欧姆的精密无感电阻，用以在进行半桥测量时做配用桥臂。,6.1.3记录和显示设备,数字显示、记录器有：数字电压表、数字打印机、穿孔机等。模拟记录方式的记录器种类很多，按其工作原理可大致分为：磁电式(光线示波器、笔录仪)、自动平衡式(X-Y函数记录器)、电子示波器等。磁带记录器有数字式和模拟式两种，,SC-16型示波器,振动子光学系统分格线光路曲线分辨装置传动系统电气系统,磁带记录器,磁记录就是将各种信息转换成磁场的变化监存储在磁介质上。,主要指标,带速精度信噪比磁带速度频率特性抖动和扭斜,磁带记录特点,工作频带宽。调频方式模拟磁带：直流到400KHz；直接记录方式更高。测量信号中间存储器，并可根据需要随时将该信号取出来，因而能将测量信号源与记录器、数据处理设备或计算机分开。有利于测量信号的自动化处理。具有改变时基的能力，可快录慢放或慢录快放。这对于研究瞬间过渡过程，是十分方便的，也便于研究变化缓慢的工作过程。记录在磁带上的信号可立即重放，记录在磁带上的信号亦可长期保存和多次重放。磁带具有可反复使用。信号噪音比高，线性好，零点漂移小，不怕过载并能实现多路信号同步测量。,其它记录仪器,示波器函数记录仪计算机,记录仪工作原理图,6.2测试系统的标定,基本概念电阻应变测试系统的电标定测试结果的读取,测试系统静态标定基本概念,静态标准条件指没有加速度、振动、冲击(除非这些参数本身就是被测物理量)及环境温度一般为室温(205)，相对湿度不大于85，大气压力为100kPa的情况。静态特性标定的方法电标定机械标定,机械载荷,传感器变形,应变片电阻值变化,输出显示,信号放大,测量范围分成若干等间距点；根据量程分点情况，由小到大逐渐输入标准量值，并记录各输入值对应输出值；由大到小逐渐减少输入值，同时记录与各输入值相对应的输出值；按、所述过程，对传感器进行正、反行程往复循环多次测试，将得到的输出输入测试数据用表格列出或画成曲线；处理测试数据，确定系统线性度、灵敏度、滞后和重复性等静态特性指标。,电阻应变测试系统的机械标定方法,机械标定曲线,电阻应变测试系统的电标定,在桥臂上并联大电阻来模拟试件变形的办法叫打电标定。R=KR,感应分压器一电阻匹配网络,电标定方法系列精密电阻专用标定装置：精密无感电阻电桥电感线圈组成的感应分压器感应分压器一电阻匹配网络,机械载荷,传感器变形,应变片电阻值变化,输出显示,信号放大,R=KR=210010-6120=0.024,电标定,打电标定不仅能给出应变值的测量比例尺，还可以给出应变的正负号，这就要求接桥时一定要将测量应变片接在电桥盒上的1、2两接线柱间，补偿应变片接在2、3两接线柱间。此时电桥的输出信号若和打正电标定时电桥输出的方向相同，说明测量应变片的应变符号为正，否则为负。通过点标定还可以检测测试系统工作状态。动态电阻应变仪的电标定，一般是按应变片的灵敏系数K=2.O、阻值R=120欧姆设计的。当使用的应变片K2.O或R不等于120欧姆时，应对根据应变仪电标定确定的测量结果进行修正。,机械标定数据记录和处理,剪力Q测量装置的标定数据,f=hm-hmin或f=hmax-hm,最大差,某级负荷的相对误差,系统标定总结,在进行机械标定时，需同时打应变仪的电标定；在进行机械标定和实测时，仪器必须处于相同的工作状态；测量系统的各个环节，即使象连接导线等这这样不很主要环节，在标定和测量时应完全一致，不得有任何变动；实测记录过程：应变仪电桥调平衡后，先在记录纸上记录一段零线，并根据测量范围打电标定(打电标定时需正、负电标定都打)，以便给出标准应变信号，然后进行实测记录。并于实测后再打一次电标定，得到录曲线。,最大正应变值,最大负应变值,温度影响的补偿方法,应变片自补偿法应变片补偿法桥路补偿法,6.3典型载荷布片与接桥,单向拉伸(压缩)载荷弯曲载荷的测量同时受拉伸(压缩)及弯曲载荷剪力的测量扭矩的测量,应变测试半桥工作接线简图,典型载荷布片与接桥,输出结果,单向应力布片,补偿片温度补偿,工作片温度补偿,典型载荷布片与接桥,拉弯组合应力布片和接桥,拉力F,弯矩M,组合应力应变分析方法,1、应力与应变关系,拉力：,弯矩：,弯矩：,2、各应变片应变量,3、根据各应变片应变量组桥，计算输出,拉力：,典型载荷布片与接桥,扭矩测量布片,输出结果,柱形、筒形应变片传感器布片方法