應(yīng)力應(yīng)變檢測儀
一、 應(yīng)力應(yīng)變檢測儀的分類
根據(jù)測量工件及數(shù)據(jù)的不同分為殘余應(yīng)力檢測儀和應(yīng)力應(yīng)變檢測儀、
殘余應(yīng)力檢測儀一般應(yīng)用于焊縫周圍、鑄造件、鍛造件等不帶載件的某一點或一些點的殘余應(yīng)力測量,測量結(jié)果可以反映被測點的最大、最小主應(yīng)力(δ1,δ2)以及最大主應(yīng)力的角度θ,用戶可以根據(jù)此數(shù)據(jù)來分析判斷此工件的殘余應(yīng)力是否超過或達到其屈服極限,從而分析其加工工藝是否合理并想辦法消除;比如要測量焊縫及熱影響區(qū)的應(yīng)力或某軋輥端部的應(yīng)力(如果應(yīng)力過大,外部皮帶加載后,加載的力和殘余應(yīng)力疊加會使應(yīng)力集中處斷裂)就需要采用殘余應(yīng)力檢測儀。殘余應(yīng)力檢測儀一般采用應(yīng)變花為傳感器,如右圖一:
應(yīng)力應(yīng)變檢測儀一般應(yīng)用于帶載工件加載后某一點或一些點的受力情況,測量結(jié)果可以反映出被測點受外力或本身重力等影響后產(chǎn)生的應(yīng)力,用戶可以根據(jù)此數(shù)據(jù)來分析判斷加載的大小,或工件承載的能力是否能滿足使用要求。比如海關(guān)用的懸臂吊車(如下圖二)左側(cè)有4個拉桿,當下面吊起重物時,如果這4個拉桿受力不均勻則會造成拉桿斷裂或達不到最大吊載量,此時可以將應(yīng)變片(一個方向片),貼在四個拉桿相同高度的位置上,然后下面加載,看是否左右兩個拉桿受力一致,如果不一致,則可以調(diào)整拉桿間的距離使其一致為止。因為應(yīng)力應(yīng)變檢測儀測量的應(yīng)力大多都是已知方向的應(yīng)力,所以傳感器一般采用應(yīng)變片,如圖三
圖二 圖三
二、 殘余應(yīng)力的檢測方法
主要有以下三種方法:
1、X射線衍射法
優(yōu)勢:沒有人為因素,測量結(jié)果準確。
劣勢:價格相對較高(30-200萬之間);只測量表面殘余應(yīng)力(幾微米-幾十微米);有很低的輻射,可能對人體有低微的影響。
2、盲孔法
優(yōu)勢:價格較低,適合推廣;國內(nèi)普遍認可;測量較為準確;可測量2MM內(nèi)的殘余應(yīng)力
劣勢:屬于有損檢測,需要在被測工件上打一個深度2MM左右的盲孔;需要配備專用的打孔裝置,來保證鉆孔精度
3、磁測法
技術(shù)不成熟,國內(nèi)大部分廠家不認可。
三、 ZS21B殘余應(yīng)力檢測儀主要技術(shù)參數(shù)及介紹
1、應(yīng)變測量范圍:0-±32767με
因為殘余應(yīng)力檢測儀的工作過程是,先通過應(yīng)變花的變化量精確測出某點的應(yīng)變,然后儀器根據(jù)被測工件的釋放系數(shù)A,B自動計算出此點的最大最小主應(yīng)力和他們的方向。所以只規(guī)定應(yīng)變的測量范圍,而不規(guī)定殘余應(yīng)力的測量范圍
2、分辨率:1με/字
檢測儀的測量精度,可以精確到1個微應(yīng)變。
3、適用應(yīng)變片阻值:120Ω±0.5
傳感器的阻值(應(yīng)變花上的三個電阻應(yīng)變片的阻值)
4、測量速度:每秒1次
5、接橋方式:1/4橋
因為都采用平衡電橋原理來測量,所以接橋方式一般有三種:1/4橋、半橋、全橋方式;半橋和全橋方式一般用于應(yīng)變特別小的應(yīng)用場合,在應(yīng)力應(yīng)變檢測儀上用的比較多,殘余應(yīng)力檢測儀都是采用1/4橋的固定模式。
6、計算公式及解釋
ε ε ε
參考軸
ε1:0°方向的應(yīng)變,單位με
ε2:45°方向的應(yīng)變,單位με
ε3:90°方向的應(yīng)變,單位με
δ1:最大主應(yīng)力,單位MP
δ2:最小主應(yīng)力,單位MP
θ:最大主應(yīng)力的方向
A、B為工件的釋放系數(shù),不同工件的釋放系數(shù)是不同的。AB的大小決定了最終殘余應(yīng)力的大小。一般A,B值是通過對某種工件的標定而得來的,但是標定的過程很復(fù)雜,所以工程師們通過對標定出的結(jié)果和工件的彈性模量E、工件的泊松比及應(yīng)變片的尺寸進行研究后,推出了A,B的計算公式,方便了客戶的使用,計算公式如下:
A=-
B=-
A,B:為釋放系數(shù)
U:為泊松比(可查)
R:應(yīng)變花的中心比
E:為彈性模量(可查)
7、殘余應(yīng)力檢測儀采用的標準:參照船舶CB3395-92標準
8、打孔的直徑及深度
打孔的直徑根據(jù)應(yīng)變花來選擇,我公司用的BN120-3CA采用φ1.5mm的麻花鉆;鉆孔的深度為鉆頭直徑的1-1.2倍,即1.5-1.8mm深。
注:鉆孔深度可以達到2mm深,因為此種型號應(yīng)變片1.8mm深度以后,不會再次釋放出應(yīng)變。
9、殘余應(yīng)力的種類:
一般分為兩種,拉應(yīng)力和壓應(yīng)力,一般通過結(jié)果的符號來區(qū)分
+:為拉應(yīng)力,焊縫的熱影響區(qū)一般都是拉應(yīng)力,也為有害力,通過超聲沖擊后,大部分可以變?yōu)槔瓚?yīng)力
-:為壓應(yīng)力
10、
四、 打孔裝置
因為盲孔法測應(yīng)力的打孔位置及精度,直接影響測量結(jié)果,所以一般采用精確的打孔設(shè)備來進行鉆孔,同時此設(shè)備可以在不同的平面、曲面、角焊縫、對接焊縫、拐角等處方便靈活的進行鉆孔。
注意事項:
1、 應(yīng)變片與應(yīng)變花的區(qū)別
2、 被測工件必須是金屬件
五、 BN-SM100系列靜態(tài)應(yīng)變儀
BN-SM100系列靜態(tài)電阻應(yīng)變儀采用嵌入式高性能微處理控制技術(shù)(MCU),快速A/D轉(zhuǎn)換器及進口切換開關(guān)等器件精心設(shè)計的,可實現(xiàn)手動測量、自動巡檢、靈敏度K值靈活設(shè)定、測量通道自動平衡;可廣泛應(yīng)用于土木工程、橋梁、機械結(jié)構(gòu)的實驗應(yīng)力分析,結(jié)構(gòu)及材料任意點變形的應(yīng)力分析。BN-SM100B2+/B3+型靜態(tài)電阻應(yīng)變儀可通過各測點參數(shù)單獨設(shè)定,能同時測量應(yīng)變(應(yīng)力)、拉壓力、位移等三種物理量(με/kN/mm),直接顯示測量值不需要折算。配接應(yīng)變式壓力、拉力、扭矩、位移和溫度傳感器,對上述物理量進行測試。
型 號 |
BN-SM100 |
BN-SM100 |
BN-SM100B2+/B3+ |
BN-SM100 |
|
測量單位 |
με |
με |
με,kN,mm |
με |
|
測量范圍 |
0~±19999με |
0~±20000με |
0~±20000με 1~2000kN 10~500mm |
0~±19999με |
|
平衡范圍 |
±5000με |
±20000με |
±20000με |
±20000με |
|
分 辨 率 |
1με |
1με |
1με |
1με |
|
平衡方式 |
手動平衡 |
單點平衡,自動掃描平衡 |
自動掃描平衡 |
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橋路電阻 |
60~1KΩ |
60~1KΩ |
60~1KΩ |
60~1KΩ |
|
橋 壓 |
DC 2V |
DC 2V |
DC 2V |
DC 2V |
|
靈敏系數(shù) |
1.8~2.6 |
1.00~3.00(單點設(shè)置,統(tǒng)一設(shè)置) |
|||
接橋方式 |
全橋,半橋,1/4橋(公共補償) |
||||
顯示方式 |
4位半數(shù)字顯示 |
2位通道,6位測量值顯示 |
2位通道,5位測量值顯示 |
||
顯示窗口 |
1窗口顯示 |
6窗口顯示 |
|||
主機測點 |
10 |
10/16 |
10/16 |
12 |
|
零點漂移 |
≤±3με/4h,≤±1με/℃ |
||||
綜合誤差 |
±0.2%±2με |
±0.2%±2με |
±0.2%±2με |
±0.2%±2με |
|
掃描速度 |
/ |
3通道/秒 |
10通道/秒 |
12通道/秒 |
|
工作模式 |
本機自控 |
本機自控/計算機外控 |
本機自控/計算機監(jiān)控 |
||
內(nèi)嵌微型打印機 |
—— |
—— |
—— |
—— |
|
連接方式 |
輸入:端子排 |
輸入:端子排 輸出:RS-485接口(單機測試) |
輸入:端子排 輸出:RS-485接口(監(jiān)控) |
||
工作溫度 |
0~+40℃ |
||||
工作電源 |
AC 220V 50Hz |
||||
外形尺寸W×H×D(mm) |
300×260 ×160 |
300×320×125 |
300×320×125 |
||
重 量 |
約2.5kg |
約3.5kg |
約3.5kg |
約3.5kg |
|
六、 BN-SM200系列動靜態(tài)電阻應(yīng)變儀
用途:BN-SM200系列動靜態(tài)電阻應(yīng)變儀應(yīng)用于靜態(tài)和頻率低于200Hz的動態(tài)應(yīng)變測試。同時可以配接不同的傳感器,測量力、壓力、位移等多種物理量。
軟件功能
1. 操作系統(tǒng)Window2000/NT/XP/7。
2. 在計算機外控下,由PC機和相應(yīng)軟件完成從橋路平衡、自動采集、數(shù)據(jù)回放、圖形處理和分析。
3. 應(yīng)變片阻值、靈敏系數(shù)、導(dǎo)線電阻修正。
4. 多種采集方式:手動采集、自動掃描采樣、定時采樣、觸發(fā)采樣。
技術(shù)參數(shù)
型 號 |
BN-SM200 |
主機測點 |
8 |
測量參數(shù) |
應(yīng)變、位移、載荷、壓力 |
測量范圍 |
±38000με |
平衡范圍 |
±38000με |
橋路電阻 |
60~1kΩ |
分辨率 |
1με |
橋壓 |
2V |
靈敏系數(shù) |
1.00-10.00 |
組橋方式 |
全橋、半橋,1/4橋 |
零點漂移 |
≤±3με/4h,≤±1με/℃ |
非線性 |
±0.02%F.S |
采集速率(Hz) |
1、2、5、10、20、50、100、200 |
工作模式 |
計算機外控 |
通訊方式 |
USB接口,級聯(lián)方式RS485 |
工作溫度 |
-10~45℃ |
工作電源 |
AC 220V 50Hz |
|
|
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七、 BN-SM300程控動態(tài)應(yīng)變儀
用途:該應(yīng)變儀的橋路平衡、增益、橋壓、低通濾波設(shè)置等參數(shù)均由微機軟件控制;分析軟件包含時域、頻域、幅值域等多項分析處理功能
程控動態(tài)應(yīng)變儀
BN-SM300系列程控動態(tài)電阻應(yīng)變儀采用嵌入式高性能微處理控制技術(shù)(MCU)及最新的USB總線數(shù)據(jù)采集技術(shù)設(shè)計完成的。該應(yīng)變儀的橋路平衡、增益、橋壓、低通濾波設(shè)置等參數(shù)均由微機軟件控制;分析軟件包含時域、頻域、幅值域等多項分析處理功能;同時利用計算機海量硬盤的仿真磁帶記錄儀功能本應(yīng)變儀的采樣速率已可達200kHz,不丟點;豐富的數(shù)據(jù)回放功能使用戶真正做到“快錄慢放”,能有效地分析數(shù)據(jù)。在Windows98/Me/2000/NT/XP系統(tǒng)下均可正常運行。
特性:
1、全程控(程控增益、程控濾波、程控橋路自動平衡、程控橋壓),不需手動調(diào)節(jié);
2、USB2.0接口,適配性好,直接與計算機相連,支持“熱插拔”;
3、可實現(xiàn)靜態(tài)、動靜態(tài)、動態(tài)應(yīng)變測量;
4、高檔鋁合金高級機箱堅固,體積小,重量輕;
5、16位A/D數(shù)據(jù)采集卡,采集速率最高200kHz,連續(xù)存儲記錄不丟點。
型 號 |
BN-SM200 |
|
通 道 數(shù) |
8 |
|
橋路電阻 |
60Ω~ 1kΩ |
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測量范圍(2V橋壓) |
0~±100000με |
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平衡方式及范圍 |
程控自動 ±1%×R |
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靈 敏 度(2V橋壓) |
1V/100µε |
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增 益 |
10/100/1000 |
|
穩(wěn) 定 度 |
零點漂移 |
<±0.3%(F·S/4小時)±1µε |
靈敏度漂移 |
<±0.01%F.S/℃ /<±0.1%F.S/4小時 |
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橋 壓(V) |
2/4/6/10 |
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頻率范圍(Hz) |
DC~50kHz |
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低通濾波(Hz) |
10/30/100/300/1k/3k/10k/F(直通) |
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信 噪 比 |
大于60dB |
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輸 出(V) |
±10V0-P (電流5mA) |
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連接方式 |
輸入:專用航空插座 |
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過荷警示電壓(V) |
±10Vo-p |
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工作溫度 |
溫度-10~+40℃;濕度 30%~80% |
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非線性 |
<±0.1% |
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供電電源 |
AC 220V (±10%) 50Hz(±1Hz) |
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外形尺寸W×H×D(mm) |
300×176×320 |
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重 量 |
~8kg |
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采集器:A/D轉(zhuǎn)換率 |
200kHz |
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A/D分辨率 |
16bits |
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內(nèi)置高速緩沖存儲器(FIFO) |
32K字節(jié) |
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綜合誤差 |
0.1% |