实验5静态电阻应变仪的使用与桥路连接

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1、实验 静态电阻应变仪的使用与桥路连接一、实验目的1. 掌握在静载荷下，使用静态电阻应变仪单点应变和多点应变测量的方法。2. 熟悉电阻应变片半桥、全桥的接线方法并测立等强度梁逐级加载的应变值。二、试验设备及仪器1. 等强度梁2. 静态电阻应变仪3. 数字万用表、游表卡尺三、实验原理L等强度梁的应力等强度梁如图3-1所示，英截面为矩形：髙为A；宽度6,随J的变化而变化, 有效长度段的斜率为tga由材料力学可知，距加载点t处截面上的正应力为M(jt) 3P其中MCr)离加载点距离工处的截面弯矩；WCr)离加载点距离x处的截面抗弯模量； 绘a等强度梁有效长度段的斜率；h一一等强度梁截面高度；在等强度梁

2、的上表面粘贴纵向电阻应变片，用电阻应仪可以测得在外力户作用下 的应变值，根据虎克定律可得到应力实验值，即可将实验测得的应力值实与理论应力值 dg加以比较分析。四、电阻应变法电阻应变法测量主要由电阻应变片和电阻应变仪组成。1, 电阻应变片电阻应变片(简称应变片)是由很细的电阻丝绕成栅状或用很薄的金属箔腐蚀成栅状， 并用胶水粘在两层绝缘薄片中制成的，如图21所示。栅的两端各焊一小段引线，以 供试验时与导线联接。实验时，将应变片用专门的胶水牢固地粘贴在构件表而需测应变片。当该部位沿 应变片L方向产生线变形时，应变片亦随之一起变形，应变片的电阻值也产生了相应的变 化。英中R应变片的初始电阻值： R一应

3、变片电阻变化值；晋应变片处纵轴方向构件的应变值；K应变片的灵敏系数，表示每单位应变所造成的相对电阻变化。由制造厂家抽 样标宦给出的，一般K值在2. 0左右。2. 电阻应变仪由电阻应变片将构件应变转换成电阻片的电阻变化AR,而应变片所产生的电阻变 化是很微小的。通常用惠斯顿电桥方法来测量，如图3-2所示。电阻乩、尺2很3和R构 成电桥的四个桥壁。在对角节点AC上接上电桥工作电压正，另一对角点BD为电桥输出端, 输岀端电压Uco。当四个桥臂上电阻值满足一左关系时，电桥输出电压为零，此时，称电桥 平衡。由电工原理可知，电桥的平衡条件为jR.jR” = 尺：2八4（3-4）若电桥的四个桥臂为粘贴在构件

4、上的四个应变片，其初始电阻都相等，即R1 ,R2 ,R3和心构件受力前，电桥保持平衡，即UBD。构 件受力后，应变片各自受到应变后分别有微小电阻图3-2变化和AR4这时，电桥的输岀电压将有增MAUbd即若四个电阻应变片的灵敏系数K都相同，则一 2 + 3 - 2上式表明，应变片感受到的应变通过电桥可以线性转变为电压（或电流）信号，将此信号 进一步放大，处理就可用应变仪应变读数仪表示岀来。即此式为电阻应变仪的基本工作原理。若四个桥臂都接入应变片，称“全桥接法”。若只在AB和BC上接入应变片，而 另外两个桥臂CD.DA利用仪器内部的标准电阻，则称“半桥接法S这时，应变仪读数与测量电桥两应变片的应变

5、为 仅=5 一 5应变片的电阻值对温度的变化十分敏感，在测量过程中若温度有变化，将彫响测试 精度。在半桥测试中，将应变片只：，贴在被测试件表而，而R：为温度补偿片。电阻应变 片R】粘贴在与被测试件材料相同的小试块上，放置在被测试件附近，但其不受力。由式(3 6)可知，电阻应变片&与R2由于温度变化而产生的温度影响将相互抵消，从而使应变仪 测量结果e仪为由加载引起的应变。为简便起见，以上讨论中，假设R.=R2 =R3=R4实际上，四个电阻片的电阻值是不 可能完全相等的；电桥工作电源亦为交流电。所以，设有电阻平衡，电容平衡调石装巻。在 未加载之前，预调平衡后，方可进行测量。常用的静态电阻应变仪有Y

6、J9-25型、YJ-28 型等。在等强度梁的上下表而粘贴四枚应变片Ri .Rz .R3和R#在温度补偿块上粘贴二枚应 变片Rs和如图33所示。图33a,半桥接线法接线方式如图3-4(d)所示。朋桥臂接上Ri和心.3.4, BC桥臂接上温度补偿片，R,或 R6.DC.AD桥臂为应变仪内部的电阻R。由式(35)可知，英输出只有应变5,即应变仪读数5二仪。若梁上表面应变片R】与 梁下表而应变片心接成半桥，如图3-4(b)所示。此时输出为 - :即E仪=2 5D图3-46.全桥接线法若将试件上表面的电阻应变片&和R3和温度补偿片R,和&，组成全桥，如图3 4(f)所示，其输出为1+5,即应变仪读数2

7、e := 仪若应变片Ri和R3，(上而受拉)与R2和R|(下而受压)接成全桥，如图34(d)所示。 其输出为 i+ = + e 3+ 即应变仪读数4 5二仪。可见，在实验中采用恰当的布片与接桥方法，可以抵消测量片的温度效应，实行 自动温度补偿，提高应变测量的灵敏度及不同应力的分离。3. 电阻应变仪的操作程序YJABA-P10R型静态电阻应变仪，如图35所示。(1) 调整灵敏系数K在YJ28A-P10R静态电阻应变仪的前而板的A、B、C接线柱上接上标准电阻， 此时后而板的两位开关处在“测量”，用起子调石前而板Ru，使示值为零，即预调平衡。将后而板的两位开关拨向标定”，调石后而板灵敏度旋钮，使显示

8、值为测点应变 片灵敏系数K的对应数值。如应变片的灵敏系数K=2. 0时，显示值为10000。取下前而板上的标准电阻，将后面板的两位开关拨向“测量”，电阻应变仪的灵敏系数已5040302010Di A OOD B OODi COO0090807060YJ28A-P10R 型 静态电阻应变仪 电m*图3-5(a)前面板儿O O小 &O Ob： COOc： dQO6“o o如 b)OOb aOOa mQOaO几 B，O O 从 c0 Oc dO Oa如0 o儿 eOOb c，OOa dOOd/0*2O B 帕 aOOaO DioAttn0保险住廿 电濛& J关图3-5(6)前面板调整好，可接线准备测

9、量。(2) 单点应变测量将电阻应变片分别接到前面板A、B、C、D接线柱上，可实行单点半桥、单点全 桥测量。此时，应变仪前面板上方的旋钮置在 叽”位：用起子调节R-使示数为零，即 电桥平衡。施加荷载，开始应变测量，示值为该点荷载作用下的应变读数。(3) 多点应变测量YJ28-PIOR静态电阻应变仪后而板上有A】、Bi、D至A】。、Bl0. C10. D”)个 接线柱，其分别接上电阻应变片，可实行(1-10)多点半桥、全桥测量。测量前，预调平衡。将应变仪前而板右上部旋钮宜在“厂位，用起子调节左下部“广 位，使显示数为零，则表示AhBhChD.组成的电桥平衡。同理依次将右上部旋置于“2” “10”位

10、，调节对应左下部的“2”“10”，即各点预调平衡。施加载荷开始测量，前而 板右上方旋钮巻在“1”位，显示数为第一点的应变读数：旋钮垃在哪位，显示数则为那一 点的应变读数。五、等强度梁的应变测量应变多点测呈:，此时将等强度梁上四枚应变片及温度补偿片，用半桥连接到应变仪上, 逐级加载时，测定各应变片的应变值。测试数据记录在表一中。分别按图34所示的各种接线法接成桥路，测世等强度梁在各级加载下的应变值，测 试数据记录在表二中。六、实验方法和步骤1 测量等强度梁的几何尺寸，l,b.x,h。2.电阻应变仪的调整。(按调整灵敏系数K,接线平衡及测量等程序进行)3. 半桥多点测虽:，将4枚应变片分别接到应变

11、仪上，平稳逐级加载，A P=4.9N测 定相应的应变值。4. 分別按图35所示各种接线法接成桥路，测定在逐级加载下的应变值。5. 由式(3-1)计算等强度梁在AP下的应力理论值6. 计算不同应变片不同组桥时测泄的等强度梁的应力实验值。如实，并与应 力理论值比较分析误差。七，实验数据记电阻应变仪型号 应变片灵敏系数k =等强度梁的厚度h =(nun) 测点距加载点处的距离工=(mm)等强度梁测点A处的宽度亠二(”)等强度梁的弹性模量E =GPa应变读数记录表(一)读次载荷P(N)载荷增ftaz电阻应变仪读数(严)应变片R,应变片r2应变片R、应变片ASis2as2s412345梁的平均应变(X梁的应力a (MPa)应变读数记录表（二）读次戟荷P(N)(N)电阻应变仪读数（心）半桥（a）半桥Q）全桥（c）全桥2）AS.ScSd12345应变读数平均值（弊）梁的应变（m）T 梁的应力a （MPa）六、思考与分析1. 试分析电测实验中产生实验误差的主要因素。2. 在本实验装置上你还能设计什么实验项目与测试内容。3. 试设计测量荷重、位移的应变式传感器。