管道应力应变测量.ppt

1、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

2、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

3、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0.2100mm。 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

4、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

5、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

6、,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

7、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、存入磁盘。计算机