電阻應力測試技術的應用及主要誤差分析與修正

2018-06-22 02:12:36唐仕林

現代制造技術與裝備 2018年5期

唐仕林

（國家建筑城建機械質量監督檢驗中心，長沙 410013）

電阻應力測試方法是一種應用較多的電測技術，它是通過連接電橋中的測試電阻應變片電阻值的變化，測量電橋輸出端電壓的變化，通過相應的換算關系，最終獲得測量構件的應力變化值。

1 測試系統組成

電阻測試系統主要由傳感器、連接導線、測試儀器和數據處理軟件等組成。

1.1 傳感器

電阻應力測試中的傳感器即是電阻應變片，它由敏感柵、引線、黏合劑、覆蓋層和基底組成，如圖1所示。

圖1 應變片

1.2 連接導線

連接導線用于應變片和測試儀之間的信號傳遞。試驗時，一端焊接在接線端子上與敏感柵連接，一端連接測量儀對應接線端。

1.3 測量儀

測量儀中包括測量電路和放大電路，接收來自應變片的電阻值變化，轉換成電壓輸出，通過放大電路得到準確的測量值。

1.4 數據處理軟件

電腦上安裝相應的數據處理軟件（UCS-60B），電腦與測試儀連接，可設置相應通信接口參數，測試所選用的應變片參數及待測構件的物理特性數據。

2 測試系統的主要誤差因素

在整個測試系統中，每個環節都有可能對測試過程帶來誤差，其中長連接導線電阻和環境溫度變化所帶來的影響最為關鍵與普遍。對于其影響進行評估后，在測試過程中需要進行修正。下面對其修正過程進行推導。

2.1 連接導線電阻修正

連接導線用于連接電阻應變片和測試儀之間的電路，傳遞應變片的電阻值變化信號。在塔式起重機應力測試中，最長的連接導線長度達到100m，導線本身的電阻也是不可以忽略的一部分，這部分導線電阻同樣接入橋臂中，對測試結果的影響是無法忽略的。

圖2 橋式測量電路

采用圖2所示的測量電橋，E為輸入電壓，R3、R4為固定橋臂的電阻，R1為工作應變片，R2為補償應變片，Rd1，Rd2，Rd3為導線電阻值，Rt1為并聯電阻，Rt2為調零電位器電阻，U0輸出端電壓。連接導線采用三芯屏蔽導線，長度保證相同，因此有Rd1=Rd2=Rd3。通過調節Rt2調零電阻，使得R3/R4=（R1+Rd1)/（R2+Rd2）=1，調零完成，此時的電橋靈敏度也是最高的。

選用和工作片R1完全相同補償片R2，將R2貼在工作片R1同一構件位置上，與R1方向保持垂直，工作片R1的電阻變化值記為?R1，補償片R2的電阻變化值記為?R2，兩應變片方向垂直，因此?R2=-μ?R1，μ為材料泊松比。

構件加載前，應變片電阻為初始值，電橋輸出端電壓為零。當工作片R1電阻值變為R1+?R1，補償片R2的電阻值為R2+?R2=R2－μ?R1，電橋輸出端U0為：

在合理測試范圍內，應變片電阻值的相對變化量?R1/R1與構件應變變化量是呈線性的，令?R1/R1=Kε，K為應變片靈敏度系數。

從式（3）可以看出，應變計算公式中消除了線性誤差，導線電阻導致的誤差也得以修正，使得測試精度得到提高。

2.2 溫度變化補償

電阻應變片的敏感柵是細金屬絲成柵構成，它的電阻值同樣受溫度的影響，尤其是在測試中溫度變化較大的情況下，人們不得不將溫度的影響考慮進來。為了消除溫度變化帶來的影響，人們可利用電橋具有的加減特性來進行溫度補償。采用兩個參數一樣的電阻應變片，放在同一溫度環境中，分別接入AB、BC橋路中，則電橋的輸出因為兩個應變片同樣的溫度變化值?Rt而得到補償，如圖3（a）所示。目前多采用補償片補償和工作片補償兩種方法。