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一、TST3822静态电阻应变仪用途:
TST3822型(xing)静态应(ying)变(bian)测(ce)(ce)试(shi)(shi)(shi)(shi)分析系统(tong),是专为学生(sheng)实验(yan)和(he)(he)(he)小型(xing)工程试(shi)(shi)(shi)(shi)验(yan)而(er)精心(xin)设(she)计生(sheng)产(chan)(chan)(chan)(chan)的(de)(de)产(chan)(chan)(chan)(chan)品(pin),它(ta)可由计算机程控和(he)(he)(he)手(shou)动操作(zuo)(高(gao)清大面(mian)积数(shu)显装置)两(liang)用(yong),它(ta)可准确,可靠(kao)和(he)(he)(he)便捷的(de)(de)测(ce)(ce)试(shi)(shi)(shi)(shi)结构(gou)试(shi)(shi)(shi)(shi)验(yan)和(he)(he)(he)实验(yan)力(li)学中,可作(zuo)多测(ce)(ce)点静态应(ying)变(bian)测(ce)(ce)试(shi)(shi)(shi)(shi)的(de)(de)系统(tong),它(ta)如相(xiang)应(ying)接配电阻(zu)应(ying)变(bian)式传感器,可以测(ce)(ce)量应(ying)变(bian)(应(ying)力(li)),拉力(li),压力(li),荷载,压强,扭矩(ju),位移(yi),倾角和(he)(he)(he)温度等(deng)参数(shu)的(de)(de)变(bian)化量。从而(er),它(ta)可广泛适用(yong)于(yu)机械,材料,航空,航天,船舰,水电,海港,码头(tou),交(jiao)通(公路,道交(jiao),轨交(jiao)和(he)(he)(he)高(gao)铁),桥梁,隧道和(he)(he)(he)土(tu)木工程等(deng)专业的(de)(de)科研(yan)机构(gou),工矿企事(shi)业和(he)(he)(he)大中专高(gao)等(deng)院校,在民用(yong)的(de)(de)科研(yan),教学和(he)(he)(he)生(sheng)产(chan)(chan)(chan)(chan)中,进行(xing)静态应(ying)变(bian)测(ce)(ce)试(shi)(shi)(shi)(shi)的(de)(de)一种十分通用(yong)的(de)(de)测(ce)(ce)试(shi)(shi)(shi)(shi)系统(tong),该(gai)系统(tong)与国(guo)内(nei)外相(xiang)关产(chan)(chan)(chan)(chan)品(pin)相(xiang)对比,不仅有良(liang)好的(de)(de)技术性(xing)能,还具有*的(de)(de)信(xin)价比,是广大应(ying)变(bian)测(ce)(ce)试(shi)(shi)(shi)(shi)用(yong)户(hu)值得信(xin)懒的(de)(de)产(chan)(chan)(chan)(chan)品(pin)之一。
二(er).静态(tai)电阻应变仪特点
硬件特点
1.单(dan)台可手(shou)动控制,操作(zuo)简单(dan),数码管直接显示测点号和应变(bian)值,无需电(dian)脑也(ye)可完成一般(ban)实验。
2.合(he)理(li)的接地(di),先进(jin)的隔离(li)技(ji)术和(he)软硬件信(xin)号处理(li)技(ji)术,使系统具有*的现场抗干扰能力,适用于各种工程现场的检测。
3.可与(yu)各(ge)种桥式传(chuan)感器配(pei)合,完(wan)成压(ya)力、力、荷重(zhong)、位移等物理量的多点巡回(hui)检测。
4.可与(yu)热电(dian)偶或铂(bo)电(dian)阻配合,通过分度号(hao)的计算,对(dui)温度进行多点巡回检测。
5.对输出(chu)电(dian)压小(xiao)于20mV的电(dian)压信号进行巡回检测,zui高分辨率可(ke)达1μν。
6.电桥接入方式有:全桥、半桥、1/4桥(公用补(bu)偿片)等方式。
7.测点切(qie)换(huan),采用进口高性(xing)能光(guang)继电器,切(qie)换(huan)速度(du)更快(kuai)、更稳(wen)定。
8.内置(zhi)Q-FAN温(wen)度控制系统,进一步减少温(wen)度对测量结果的影响。
软件特点
1.采样(yang)方式多样(yang):单次采样(yang)、定时采样(yang)、连续采样(yang)。
2.显示(shi)(shi)方(fang)式(shi)灵活:表格显示(shi)(shi)、时(shi)(shi)域曲(qu)线显示(shi)(shi),可同时(shi)(shi)显示(shi)(shi)多个窗口,每(mei)个窗口可显示(shi)(shi)8个测点数(shu)据。“X-Y”函数(shu)记录仪方(fang)式(shi)绘制滞回曲(qu)线。
3.视图实(shi)时(shi)增加数(shu)(shu)据(ju)和减(jian)小(xiao)(xiao)数(shu)(shu)据(ju)量(liang),方(fang)便用户实(shi)时(shi)观测,同时(shi)提供单双光标读数(shu)(shu)据(ju)功能,并实(shi)时(shi)计算(suan)zui大值、zui小(xiao)(xiao)值等统计值。
4.数(shu)据快速定位功能,对于长时间监测的(de)(de)工程,数(shu)据量(liang)很(hen)大,通(tong)过快速定位功能,可以很(hen)方便的(de)(de)找到需要的(de)(de)数(shu)据。
5.数据标(biao)记,用(yong)户可(ke)以(yi)对(dui)感兴趣的数据加上标(biao)记,这样可(ke)以(yi)在各块数据间(jian)进(jin)行灵活定位,节省操作时间(jian)。
6.导入导出平衡结(jie)果(guo),方便用户(hu)继(ji)续(xu)测试。
7.应变(bian)花计(ji)算:提供两片直角(jiao)、三片直角(jiao)、扇(shan)形、等角(jiao)、伞形等应变(bian)花计(ji)算。
8.可根据用户要求,将数(shu)据导(dao)入EXCEL、TXT文件(jian)。
9.可根据用户的喜(xi)好,选择喜(xi)欢(huan)的界面风(feng)格。
三(san).静(jing)态电阻(zu)应变(bian)仪(yi)技术指标
1.单(dan)台(tai)采集箱(xiang)测点数(shu):10、20、10+1三种;(可选)
2.单台计算机可控制zui大测点数:640、1280、704三种;
3.zui高采样(yang)频率:1Hz (对全部接入(ru)测点);
4.A/D分辨率(lv):24位;
5.显示(shi)/控制方式:计算机程控或 LED/手(shou)动,两用(yong);
6.扩(kuo)展方式:串行;
7.zui大(da)采集箱间距离(li):100m;
8.应变(电压)zui高分辨率: 1με(1μv);
9.zui大应变测量范围:±19999με;
10.应(ying)变自动平衡(heng)范围:±15000με (当R=120Ω, K=2.00时,应变计阻值的(de)±1.5%);
11.适(shi)用(yong)应变计电(dian)阻阻值(zhi)范围: 50~10000Ω 可(ke)任意设定;
12.适用应变计灵敏度系数范围:1.00~3.0 0可由(you)计算机进行设(she)置(zhi),且可自(zi)动修正;
13.长导线电阻修正范围:0.0~100Ω;
14.准确度级(ji)别:0.5级;
14-1示(shi)值误差: <(±0.5%red±3με);
14-2灵(ling)敏度(du)系数(K)示值误差 : <±0.5%(F.S);
14-3稳定度:
14-4零(ling)点漂移: <±3με/4h;
14-5示值(zhi)稳定度: <±0.1%/4h;
15.温度漂移(程控状态):±1με/℃;
16.供桥电压: DC 2.00V±0.1%;
17.电源(yuan): AC 220V(±10%), 50Hz(±2%);
18.功(gong)率(lv):约(yue)15W;
19.电磁兼容试验符合A类指标;
20.使用(yong)环境(jing):适用(yong)于(yu)GB6587.1-86-Ⅱ组条(tiao)件;,
21.外形尺寸: 340mm(长(zhang))×239mm(宽)×100mm(高)(10测点)
340mm(长)×311mm(宽(kuan))×100mm(高)(20、10+1测(ce)点);
22.仪器(qi)自(zi)重(zhong):10测(ce)点(dian)(dian)约40N,20测(ce)点(dian)(dian)约50N,10+1测(ce)点(dian)(dian)约45N。
注:系统技(ji)术指标是按”中华人民共和(he)国国家计量检定(ding)规程”JJG623-2005”电阻应变(bian)仪”设计编制
四、静态电阻应变仪工作原(yuan)理
1 电阻应变(bian)测量原理:
TST3822型静态(tai)应(ying)变(bian)(bian)测(ce)试分析系统(tong)的(de)电(dian)阻(zu)应(ying)变(bian)(bian)测(ce)量(liang)原(yuan)理,是由粘贴在(zai)试件(jian)上的(de)电(dian)阻(zu)应(ying)变(bian)(bian)计(ji)作(zuo)为电(dian)阻(zu)敏(min)感(gan)器(qi)件(jian),当被(bei)测(ce)试件(jian)在(zai)外力(li)作(zuo)用(yong)下产生电(dian)阻(zu)变(bian)(bian)化增量(liang),再利用(yong)通用(yong)的(de)惠斯登(deng)电(dian)桥原(yuan)理,经(jing)过低漂移高增益差动放(fang)(fang)大器,进行(xing)电压放(fang)(fang)大来(lai)实(shi)现非电量的电阻变(bian)化增量转(zhuan)换(huan)成电量转(zhuan)换(huan)的特殊设计而(er)成。
2.为方便介(jie)绍(shao)起见,
用1/4电(dian)桥(公用补偿应变计)、桥臂电阻(zu) R=120Ω为例(li),来(lai)对测(ce)量原理加以(yi)说明。电阻(zu)应变测(ce)量原理,如图1所示,图中:
Rg----工作(zuo)电阻应变计;
R —— 桥臂固定电阻(zu);
KF ——低漂(piao)移差动放大器增益;
图1电阻应变测量原理图
因为直流电桥的输出电压(Vi)为: Vi=0.25EgKε;
此时低漂移差动放大器的输出电压(Vo)为: Vo=KFVi=0.25KFEgKε;
所以: ε= (1)
式中: Vi-----直流电桥的输出电压;
Eg-----电(dian)桥供桥电(dian)压(V)
K —— 电阻应变计灵(ling)敏度系数;
ε —— 输入实际应变量(με);
Vo —— 低漂移差动放大器的输出电压(μV);
KF —— 低漂移差(cha)动放大器的增益;
如当: Eg=2.00V, K=2.00时 , ε=Vo/KF (με);
同理(li): 对于半桥电路(lu)如(ru)(2) 式(shi)
ε= (2)
对于全桥电路 如(ru)( 3)式
ε= (3)
这样, 只要确定低漂移差动放大器的增益KF,测试结果就可由系统软件加以自动修正后,即可准确测试出输入实际应变数值。
五.静态电阻应变仪(yi)使用(yong)方(fang)法
1)10、20测点仪器面板功能图(图2):
图2
1:散热风扇
2:USB通(tong)讯(xun)接(jie)口,与计算(suan)机USB接(jie)口相连。
3:电源指示灯
4:工作指示灯(deng)
5:RS-485扩展接(jie)(jie)口(kou)(kou),RS-485输出接(jie)(jie)口(kou)(kou)接(jie)(jie)下一台仪器(qi)的输入(ru)接(jie)(jie)口(kou)(kou),形成级联,一台计算机zui多可控制六(liu)十四台仪器(qi)。
6:补(bu)(bu)偿端子,修改(gai)桥路(lu)和接公用(yong)补(bu)(bu)偿片时用(yong)。
7:通道号(hao)显示数(shu)码管。
8:应变量指示(shi)灯
9:修正系数(shu)指示灯
10:手动采集键,确认(ren)通道数和平衡通道后,采集信号用。
11:接地端子。
12:电(dian)源(yuan)开光
13:220V交流电(dian)源接口
14:通道端子(zi)
15:应(ying)变量及设备修正系数(shu)的显(xian)示(shi)数(shu)码管。
16:小数(shu)点(dian)键(jian)(jian),修改/查(cha)(cha)看(kan)修正(zheng)(zheng)系(xi)数(shu)时用,查(cha)(cha)看(kan)修正(zheng)(zheng)系(xi)数(shu)时,先设置通道(dao)数(shu),按(an)确(que)认(ren)键(jian)(jian),再(zai)按(an)小数(shu)点(dian)键(jian)(jian)就能看(kan)到所(suo)在通道(dao)的修正(zheng)(zheng)系(xi)数(shu)。数(shu)字键(jian)(jian),按(an)此键(jian)(jian),则显(xian)示所(suo)按(an)数(shu)值,此键(jian)(jian)在修改通道(dao)号和修正(zheng)(zheng)系(xi)数(shu)时有效(xiao)。
2)10+1测点(dian)仪器面板功能图(图3):
图3
1:单独显(xian)示应力值的显(xian)示数(shu)码管
2:通(tong)道端子(单独显示)
3)接线(xian)方法:
图4 1/4.半桥和全桥接(jie)线原理图(tu)
1/4 桥(公用补偿应变计)接线(方式1):参见(jian)图5
图(tu)5 1/4 桥(公用补偿应变计)接线(xian)图
将工(gong)作端(duan)(duan)(duan)(duan)Vi+端(duan)(duan)(duan)(duan)子(zi)处的短接(jie)(jie)铜(tong)片(pian)推入(ru),补(bu)偿端(duan)(duan)(duan)(duan)1/4桥(qiao)处的短接(jie)(jie)铜(tong)片(pian)也推入(ru),半(ban)桥(qiao)处铜(tong)片(pian)断开(kai),将工(gong)作应变(bian)计的一端(duan)(duan)(duan)(duan)接(jie)(jie)到(dao)仪器(qi)工(gong)作端(duan)(duan)(duan)(duan)的“+Eg”上;另(ling)一端(duan)(duan)(duan)(duan)接(jie)(jie)到(dao)仪器(qi)工(gong)作端(duan)(duan)(duan)(duan)的“Vi+”上;补(bu)偿端(duan)(duan)(duan)(duan)子(zi)Rd处接(jie)(jie)公共补(bu)偿应变(bian)计。
半桥(单个补偿应变(bian)计)接线(方式2):参见图6
图(tu)6 (单个(ge)补(bu)偿应变计)半桥接线图(方式(shi)2)
将补偿端(duan)1/4桥(qiao)处(chu)铜片(pian)断开,半(ban)桥(qiao)处(chu)铜片(pian)推(tui)入;通道端子“Vi+”处铜片(pian)推入,将工作(zuo)片接到通道端子上(shang)的“+Eg”“Vi+”端子上,补偿应变计Rd接到(dao)“Vi+”和“-Eg”端(duan)子上。
半(ban)桥接线(xian)(方式3和方式(shi)4):参见图(tu)7
图7 半桥接线图(tu)
应变(bian)计接线方法:将(jiang)工(gong)作(zuo)(zuo)端Vi+端子处(chu)的铜片(pian)断(duan)开;将(jiang)补偿(chang)端1/4处(chu)铜片(pian)断(duan)开,半(ban)桥处(chu)短接铜片(pian)推入;工(gong)作(zuo)(zuo)端+Eg和(he)Vi+接工(gong)作(zuo)(zuo)应(ying)变计(ji)Rg,Vi+和(he)-Eg接补偿(chang)应(ying)变计(ji)Rd。
传(chuan)感器接线方法:将工作端(duan)(duan)Vi+端(duan)(duan)子与下(xia)面一个(ge)端(duan)(duan)子的铜(tong)(tong)片(pian)断开;将补偿端(duan)(duan)1/4处铜(tong)(tong)片(pian)断开,半桥处短(duan)接铜(tong)(tong)片(pian)推入;将半桥传感器的“正电源输入端(duan)”接(jie)到(dao)仪器的“+Eg”上;传感器的(de)“负电源输入端”接到仪器的(de)“-Eg”上;传感(gan)器的“正信号输(shu)出端”接到(dao)仪器的“Vi+”上。
全桥接线(方(fang)式5和(he)方式(shi)6):参(can)见图8
图8 全桥接线图
应变(bian)计接线方(fang)法:将(jiang)接(jie)(jie)线端子上的(de)铜片全部断开,工(gong)(gong)作端+Eg和Vi+,Vi+和-Eg,-Eg和Vi-,+Eg和Vi-各接(jie)(jie)一个工(gong)(gong)作片。
传感器接线方法(fa):将接(jie)(jie)线(xian)端(duan)子上的铜片全部(bu)断开,将全桥传(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器(qi)(qi)的“正(zheng)电源输(shu)入(ru)端(duan)”接(jie)(jie)到仪(yi)器(qi)(qi)的“+Eg”上;传(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器(qi)(qi)的“负(fu)电源输(shu)入(ru)端(duan)”接(jie)(jie)到仪(yi)器(qi)(qi)的“-Eg”上;传(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器(qi)(qi)的“正(zheng)信号(hao)(hao)输(shu)出(chu)端(duan)”接(jie)(jie)到仪(yi)器(qi)(qi)的“Vi+”上;传(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器(qi)(qi)的“负(fu)信号(hao)(hao)输(shu)出(chu)端(duan)”接(jie)(jie)到仪(yi)器(qi)(qi)的“V-“上。
4)面(mian)板操作(zuo)流程图
根据实际测(ce)量要求 合(he)理连(lian)接相应桥(qiao)路 (1/4桥(qiao)、半桥(qiao)、全桥) |
(图9)
仪器(qi)通电预热半小时 |
查看修正系(xi)数(shu):测(ce)点数字---确认(ren)---小数点---显示修正系数 若未设置修正系(xi)数:设置---需要设置的系数---确认 |
单点监控 |
多点监控 |
所有(you)测点采集一次:平衡 |
采集(ji) |
查看数据:输入对应(ying)测点(dian)数字后 按确认 |
单点连(lian)续采样:输入需要测量(liang)的测点数(shu)字 |
平衡(heng) |
采集(ji) |
直接观(guan)察数据 |
图(tu)9面板(ban)操作流程图
根(gen)据实际测(ce)量要求(qiu) 合(he)理(li)连(lian)接相应桥路 |
5)软件(jian)操作流(liu)程(cheng)图(tu)(tu)(图(tu)(tu)10)
仪器通电(dian)预热半小时 |
设置通道参数 设置工(gong)程参数 |
打开电(dian)脑软(ruan)件(jian) 查找仪(yi)器,新建工程 |
平衡清(qing)零,采样(yang) |
实时观察(cha)数据 完成后数据可导出(chu)
|
图(tu)10
六.系统(tong)扩展框图(tu)
TST3822型采集箱(xiang) |
TST3822型(xing)采集箱 |
TST3822型采(cai)集箱 |
n=1 n=2 n=64
计算机(ji) |
……
USB口(kou) RS485 RS485
图(tu)11系(xi)统(tong)扩展(zhan)框图
注:一台计算机zui多扩(kuo)展到(dao)六(liu)十四(si)台仪器(qi)
七.测(ce)试(shi)结果修正
测(ce)试结果大致有如下几个常用的修正内容(rong):
1.长导线电阻(Rl)的修正
(1)将电阻应(ying)变计接(jie)成1/4桥(公用补偿应变计)电(dian)路(lu), 然后(hou)用二(er)根长导线引至系统,可按(an)(4)式(shi)计算。
ε=[1+2(Rl/R)]εi (4)
式中: εi —— 测量应变量 ; ε —— 实际应变量;
R —— 电阻应变计的阻值; Rl —— 单根长导线的阻(zu)值。
(2)将电阻应(ying)变计接成(cheng)半桥电路,然后(hou)用三根长导线(xian)引(yin)至系统,可按(5)计算。
ε=[1+(Rl/R)]εi (5)
式中: εi —— 测量应变量 ; ε —— 实际应变量 ;
R —— 电阻应变计的阻值 ; Rl —— 单根长导线的(de)阻值。
注(zhu):同上,如用四根(gen)长导(dao)(dao)线直接引(yin)至系统电桥接线端处,此时(shi)R1应为(wei)二(er)根(gen)长导(dao)(dao)线的阻值之和。
(3)将电阻应变(bian)计(ji)接(jie)成全桥电路(lu),然后用四根长(zhang)导(dao)线引至系统,可按(an)(6)计(ji)箅。
ε=[1+2(Rl/R)]εi (6)
式中: εi —— 测量应变量; ε —— 实际应变量;
R —— 电阻应变计的阻值 ; Rl —— 单(dan)根长导(dao)线的阻值(zhi)。
2.电(dian)阻应(ying)变计灵敏度系数(shu)(K)的修(xiu)正
电阻应(ying)变计灵敏(min)度系数(Ks)值,一般由(you)用(yong)户选用(yong)某(mou)一应变计生产(chan)(chan)厂商的产(chan)(chan)品而已(yi)确定,但(k)值(zhi)均不全相同,在进行电阻应(ying)变测试中应(ying)加以修正,一般
可由公式(7)加以修正
ε=-K/Kiεi (7) 式中:
εi —— 测量应变量 ; ε —— 实际应变量(liang);
K i—— 电阻应变计灵敏度系数; K—— 测试系统灵敏度系数。
5-5-3电阻应变计(ji)电阻值(Rr)的修(xiu)正(zheng)
(1)半桥(qiao)和(he)全桥(qiao)接(jie)线状态,因为(wei)电(dian)桥(qiao)桥(qiao)路(lu)为(wei)卧式(shi)电(dian)桥(qiao),测试结(jie)果(guo)和(he)等臂桥(qiao)租同,因为(wei)低漂移差动(dong)放(fang)大器的输入阻抗很大,为(wei)此不必作(zuo)应变计电(dian)阻值的修正(zheng)。
(2)1/4桥(公用补偿应变(bian)计)状态,电(dian)桥(qiao)桥(qiao)路(lu)为立式电(dian)桥(qiao)。则可由(8)式修正:
ε=(R/120+120/R+2)/4 (8)
式中(zhong)
εi —— 测(ce)量(liang)应(ying)变量(liang) ; ε—— 实际应(ying)变量; R——电阻应变计电阻值。
注(zhu):从公式(8)可看出(chu), 当在测(ce)试时选用的(de)电(dian)阻(zu)应变(bian)(bian)计(ji)(ji)电(dian)阻(zu)值(zhi)与R=120欧姆十分接近时其影(ying)响狠(hen)小,如桥臂电(dian)阻(zu)阻(zu)值(zhi)成倍增减敌话则必须考(kao)虑(lv)应变(bian)(bian)计(ji)(ji)电(dian)阻(zu)阻(zu)值(zhi)的(de)修正!
5-5-4综合修正系(xi)数(shu)的修正
ε=Kεi
式中(zhong):
εi —— 测量(liang)应变(bian)量(liang); ε —— 实际应变(bian)量(liang); K —— 综合(he)修正系(xi)数 ;
综(zong)合(he)修正系数K包含如(ru)下几个内容:
1, 不同线径不同长度连接导线,电阻阻值的(de)修(xiu)正(zheng)系数(Kl) ;
2, 不同电(dian)阻(zu)应变(bian)计,灵敏度系数(K)的(de)修(xiu)正系数(Ks);
3, 不同电阻应变计,电阻阻值的修正(zheng)系数(Kr);
4, 不同接(jie)桥(qiao)桥(qiao)臂系(xi)(xi)数修正系(xi)(xi)数(Kn),修正(zheng)系数(Kn)值,可(ke)从本(ben)说明书桥路(lu)接线(xian)方式表1中可以查到。
用(yong)户如(ru)采(cai)用(yong)综合修正(zheng)系数K的修正(zheng)方法,只要事先根据上述(shu)修正内容计(ji)算(suan)出一个综合修(xiu)正系数K值(zhi),然后设置到测试(shi)系统中,就(jiu)会直接自动测试(shi)出实际应变结果数(shu)值(zhi),这样设置方(fang)法(fa)显得十分(fen)简(jian)单方(fang)便。
用户如采用传感(gan)(gan)器设置方式接入(ru)系(xi)统(tong)时,系(xi)统(tong)设置传感(gan)(gan)器的输出灵敏(min)度(S),如为(wei)应变计式位移传感器,出厂输出灵敏度S=1000με/mm时,其测试结果就直接为被测试的位移量值(mm)。
用(yong)(yong)户(hu)如选用(yong)(yong)应变(bian)计测试方(fang)式(shi)进行时,例如选用(yong)(yong)工(gong)具(ju)式(shi)应变(bian)传感器,则此时所(suo)选用(yong)(yong)的传感器不论是全桥还是半桥,一律设(she)置成为方(fang)式(shi)2,再把测(ce)试结果(guo)值,除(chu)以传感器灵敏(min)度S(με/mm ),和标距L(mm),即为被测(ce)实际应变(bian)值。