電阻應(yīng)變片標(biāo)定P

1、§2-2電阻應(yīng)變片標(biāo)定實(shí)驗(yàn)冃的1. 了解電阻應(yīng)變片靈敏系數(shù)的標(biāo)定方法。2. 掌握電阻應(yīng)變儀的使用方法。二. 實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備C1. YJ-5型靜態(tài)電阻應(yīng)變儀一臺(tái)2. 已貼好電阻應(yīng)變片的懸臂梁一臺(tái)3. 砥碼若干三. 實(shí)驗(yàn)原理A O電阻應(yīng)變片的應(yīng)變效應(yīng)基本關(guān)系式為： =Kxe ,英屮K為電阻內(nèi)變片的靈敏系 R數(shù)，也就是當(dāng)電阻應(yīng)變片粘貼在被測(cè)試件上，在應(yīng)變片軸向的單向應(yīng)力作用下，應(yīng)變片電阻 的相對(duì)變化與試件測(cè)點(diǎn)應(yīng)變片的應(yīng)變的比值。靜態(tài)電阻應(yīng)變儀的測(cè)量電路分為半橋凹路和全橋凹路兩種。被測(cè)試件測(cè)點(diǎn)上的兩個(gè)電 肌應(yīng)變片作為測(cè)屋電路的兩個(gè)橋臂，參加測(cè)呆和補(bǔ)償，電阻應(yīng)變儀內(nèi)部的兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)無(wú)感固定 電阻作

2、為另外兩個(gè)橋臂，這樣構(gòu)成的測(cè)量橋路為半橋回路：將被測(cè)試件測(cè)點(diǎn)上的四個(gè)電阻應(yīng) 變片作為測(cè)量電路的四個(gè)橋臂，用以參加測(cè)量和補(bǔ)償，這樣構(gòu)成的橋路為全橋回路，在-般 則量中多采用半橋測(cè)量，本實(shí)驗(yàn)即采用半橋測(cè)星。 ，“ R e a . 標(biāo)定時(shí)，將電阻應(yīng)變儀的靈敏系數(shù)調(diào)節(jié)為Kt，此時(shí)Kt e «=K eK=Kt 魚(yú)(2-1)£式屮K被測(cè)電阻應(yīng)變片靈敏系數(shù)：Kt電阻應(yīng)變儀調(diào)定的靈敏系數(shù)，本實(shí)驗(yàn)為2；e « e ft.jttk/A,半橋測(cè)量時(shí)A=2,全橋測(cè)量時(shí)A=4：£ 通過(guò)計(jì)算得出的理論應(yīng)變值。四. 實(shí)驗(yàn)步驟1. 在耒接通電源之前將靜態(tài)電阻應(yīng)變儀的表頭、微調(diào)、屮調(diào)、大

3、調(diào)刻度盤(pán)指針都調(diào)整 到零點(diǎn)。將電阻應(yīng)變儀靈敏系數(shù)調(diào)整為202. 將儀器附帶的標(biāo)準(zhǔn)電阻與靜態(tài)電阻應(yīng)變儀連接，組成電橋。3. 打開(kāi)靜態(tài)電阻應(yīng)變儀電源開(kāi)關(guān)并旋轉(zhuǎn)到“BD”位迓，預(yù)熱一分鐘，轉(zhuǎn)動(dòng)微調(diào)刻度 盤(pán)觀察指示儀表指針有無(wú)偏轉(zhuǎn)，如有說(shuō)明儀器能正常丁作。4. 將開(kāi)關(guān)旋鈕轉(zhuǎn)到“阻”上，用螺絲刀調(diào)節(jié)“電阻平衡”電位器，使儀表指示為零； 然后再將開(kāi)關(guān)旋鈕轉(zhuǎn)到“容”上，調(diào)節(jié)''電容平衡”電位器，使儀表指示為零。如此反復(fù)調(diào) 整幾次后，電橋即已預(yù)調(diào)平衡。1. 將開(kāi)關(guān)旋鈕遇于“BD”上，拆下標(biāo)準(zhǔn)電阻，通過(guò)連接導(dǎo)線換接貼在懸臂梁上的 垢?jìng)€(gè)電阻應(yīng)變片，纟口成測(cè)帚半橋回路。2. 將開(kāi)關(guān)旋鈕置于“阻”上，

4、調(diào)節(jié)微、屮調(diào)使指示儀表為零，記下此初始儀器讀 數(shù)。3用祛碼給懸科梁加載，每加載一個(gè)重量，記下一個(gè)儀器讀數(shù)。最后注意測(cè)量并 記錄懸怦梁的有關(guān)數(shù)據(jù)。五.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理1. 計(jì)算出斛等于加載一個(gè)重量后的儀器讀數(shù)和沒(méi)加載時(shí)的初始儀器 讀數(shù)之差。2. 根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算出電阻應(yīng)變片的靈敏系數(shù)。三、測(cè)試裝靈敏系數(shù)K值是應(yīng)變片的主要技術(shù)指標(biāo)之一，K值誤差的大小直接影響應(yīng)變測(cè)運(yùn)結(jié)果。K值的大小與應(yīng)變 片敬感柵的材料（金屈絲柵）、幾何形狀.測(cè)定時(shí)的試件材料及應(yīng)力狀態(tài)有關(guān).并與應(yīng)變片的組成材料和 粘貼劑等有關(guān)。因此.K值是應(yīng)變片的一個(gè)綜合指標(biāo) 一般需用實(shí)驗(yàn)方法確定1. 測(cè)定裝置測(cè)定是在單向應(yīng)力狀態(tài)下進(jìn)行的，通?？捎眉?/p>

5、彎曲梁或等強(qiáng)度梁來(lái)測(cè)定，本實(shí)驗(yàn)采用等強(qiáng)度梁裝査.在梁的懸臂端點(diǎn)A處加力P.梁截面上產(chǎn)生彎曲應(yīng)力為單向應(yīng)力狀態(tài)c梁上表面受拉伸.軸向應(yīng)變勺為正值。因是等強(qiáng)度梁，空在梁的主要部分都相等見(jiàn)圖注意：為滿(mǎn)足梁等應(yīng)力的要求.加力點(diǎn)A必須為應(yīng)變片與梁中線相垂合n2. 勺值的確定©值是梁在單向應(yīng)力狀態(tài)下軸向拉伸或壓縮應(yīng)變，可用下述方法確定：用測(cè)定梁的撓度確定空尊強(qiáng)度梁表面上的應(yīng)變J為撓度f(wàn)之間的關(guān)系用下試表示：九hia2fa 百分表測(cè)點(diǎn)處梁的撓度，伽。h 等強(qiáng)度梁厚度，唄。 等強(qiáng)度梁固定端到百分表測(cè)點(diǎn)之距離，血。測(cè)定時(shí)將百分表置于等強(qiáng)度梁加力點(diǎn)A處，在八點(diǎn)處加力時(shí)，"處撓度可由百分表讀出用

6、此法求應(yīng)變£一可避免梁材料的彈性模量E值所帶來(lái)的誤差，但梁的撓度f(wàn)不易測(cè)準(zhǔn)工作段1rn rr 工作嵐 * 1 、A Ia用公式計(jì)算空由材料力學(xué)彎曲應(yīng)力計(jì)算公式，梁任一截面表面應(yīng)力為:MP=M 貼片處截面的彎矩（kg cm）Wz貼片處截面的抗彎截面模量（cm3 ）WzEE等強(qiáng)度梁材料的彈性模量用此法受等強(qiáng)度梁尺寸和材料彈性模雖的測(cè)量精度影響較大。3. 應(yīng)變片電阻相對(duì)變化R/R的測(cè)定 電阻應(yīng)變儀測(cè)定法本法利用精虜較高的應(yīng)駕儀.將工作片加補(bǔ)償片接入應(yīng)彎儀.杷儀器的靈敏系數(shù)於鈕對(duì)準(zhǔn)仟童值Ks（K館 是應(yīng)變儀指示的靈敏系數(shù)，為計(jì)算方便，一般取K儀=2）.將儀器調(diào)平衡，然后在等強(qiáng)度梁上加載P,由

7、應(yīng)變儀上即可讀得£儀等時(shí)對(duì)應(yīng)的電阻相對(duì)變化為：A/?卩=A tt£儀R 并聯(lián)電阻測(cè)定法俗待測(cè)定的電阻應(yīng)變片與補(bǔ)償片接入電阻應(yīng)變儀.調(diào)整好應(yīng)變儀的平衡：給梁加載P,這時(shí)應(yīng)變片上讀出 陽(yáng)應(yīng)的應(yīng)變值£讀去掉載荷.使應(yīng)變儀回到初始的平衡.在待測(cè)K的應(yīng)變片上井聯(lián)一電阻.可調(diào)節(jié)電阻 箱改變并聯(lián)電阻值.使電阻應(yīng)變儀讀數(shù)在數(shù)值上與加載所產(chǎn)生的£讀相同.在電阻箱占可讀岀并聯(lián)R并的計(jì)算如下:大小，由此可算岀對(duì)應(yīng)于C的電阻應(yīng)變片的AR值刁（Rb = R 井）片）RRb 二 R：十心« + Rr圖13工作片與補(bǔ)償片所以AZ? Rr本實(shí)驗(yàn)采用（D法。4. K值的確定此時(shí)

8、，與£儀對(duì)應(yīng)的真實(shí)應(yīng)變空，仍用前面方法同時(shí)測(cè)出:K=K 儀 f 儀/£才=21* d£x注意：AD6和應(yīng)同時(shí)測(cè)岀。zR對(duì)每個(gè)應(yīng)變片加、卸載三次，三次循環(huán)所得的三個(gè)靈敏系數(shù)平均值，即為此片的靈敏系數(shù).四.電阻應(yīng)變儀基本原理圖1-4單點(diǎn)半橋結(jié)構(gòu)高精度應(yīng)變儀是一個(gè)具有四個(gè)電阻兩個(gè)補(bǔ)償片） 形成的單點(diǎn)半橋式電橋，當(dāng)四個(gè)電阻達(dá)到某一關(guān)系 時(shí).電橋輸出為零。此時(shí)稱(chēng)電橋平衡.若任意一臂 電阻稍有電阻值變化.則電橋有電壓輸出.平衡即 被破壞.此時(shí)輸出端不等于零。利用電橋這一特性， 將應(yīng)變片電阻變化轉(zhuǎn)換成電壓或電流的變化.大致過(guò)程：構(gòu)件受力f應(yīng)變f電阻變化f補(bǔ)償片f電流（電壓） 變

9、化放大器輸出（記錄兒電阻應(yīng)變儀就是實(shí)現(xiàn)上述轉(zhuǎn)換過(guò)程的一整套儀器. 其中電橋是電阻應(yīng)變儀變化的核心部分。見(jiàn)圖14 （XL21O1B2/B3型數(shù)字靜態(tài)應(yīng)變儀詳見(jiàn)附錄二的 使用說(shuō)明）注念：1）根捱測(cè)試要求，本實(shí)驗(yàn)采用1/4橋測(cè)SB的方法.2）靈敏系數(shù)K值在應(yīng)變儀上的讀數(shù)設(shè)定為“2” 五.計(jì)算結(jié)果襄（卩£ >fa(mm)力(wn)a mmRK儀=K儀e a/£xIIIxZIII平 均六.涙差分析1）系統(tǒng)誤差有：由某些固定不變的因素引起的.原因有：測(cè)量?jī)x器方面的因素（儀器設(shè)計(jì)上的缺陷、 零件制造不標(biāo)準(zhǔn).安裝不正確等）。 環(huán)境因索（外界溫度、溫度及壓力變化引起的誤差）。測(cè)量方 法

10、因素（近似的測(cè)雖方法或近似的計(jì)算公式等引起的誤差）。測(cè)呈人員的習(xí)慣偏向等2）隨機(jī)誤差：由某些不易控制的因素造成的在相同條件下作多次測(cè)量.其誤差數(shù)值和符號(hào)是不確定的. 即時(shí)大時(shí)小，時(shí)正時(shí)負(fù)，無(wú)固定大小和偏向：因此.多次測(cè)量值的算術(shù)平均值接近于真值。3）粗大誤差：與實(shí)際明顯不符的誤差，主要是由于實(shí)驗(yàn)人員粗心大意，如讀數(shù)錯(cuò)誤、記錄錯(cuò)誤、操作失 敗所至"這類(lèi)誤差往往與正常值相差很大，應(yīng)在整理數(shù)據(jù)時(shí)依據(jù)常用的準(zhǔn)則加以剔除.B（2）冋戰(zhàn)測(cè)口止八1卜1紐”必金橋，測(cè)H止釘；果 座被4 I涂*令橋MZ歧測(cè)J電如圖4所示=E P = 1/4 X E u1*1 5金橋丄Ai変測(cè)ht0用電阻應(yīng)變計(jì)測(cè)量工程

11、構(gòu)件表面應(yīng)變的裝置，一般包括調(diào)制應(yīng)變信號(hào)的電橋，放大微弱的調(diào)制電信號(hào)、鑒別正負(fù)極性和濾波的電阻應(yīng)變儀，以及平衡指示器（靜態(tài)）或記錄器（動(dòng)態(tài)） 三部分。靜態(tài)和動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀由測(cè)量 （電）橋、載頻振蕩器、放大器、相敏檢波器、低通濾波器和穩(wěn) 壓電源等單元所組成（見(jiàn)圖）。載頻振蕩器供給電橋一種比應(yīng)變最高頻率高510倍（約5020000赫）的載波信號(hào)，將應(yīng)變信號(hào)調(diào)制成調(diào)幅波，經(jīng)過(guò)交流放大器高增益放大，再由相敏檢波器分辨應(yīng)變信號(hào)的正負(fù)極性，送至平衡指示器顯示靜態(tài)讀數(shù)，或經(jīng)過(guò)低通濾波器濾掉應(yīng)變 信號(hào)的殘余載波成分，然后由記錄器將動(dòng)態(tài)應(yīng)變波形記錄下來(lái)。用人工分析處理，精度和效率都較低。用電阻應(yīng)變計(jì)測(cè)定構(gòu)件的表

12、面應(yīng)變，再根據(jù)應(yīng)力、應(yīng)變的關(guān)系式，確定構(gòu)件表面應(yīng)力狀態(tài)的 一種實(shí)驗(yàn)應(yīng)力分析方法。將電阻應(yīng)變計(jì)固定在被測(cè)構(gòu)件上，構(gòu)件變形時(shí)，應(yīng)變計(jì)的電阻將發(fā)生相應(yīng)變化。用電阻應(yīng)變儀（見(jiàn)電阻應(yīng)變測(cè)量裝置）測(cè)量電阻變化，把它換算成應(yīng)變值；或 輸出與應(yīng)變成正比的模擬電信號(hào)（電壓的或電流的），由記錄器記錄下來(lái)；或用計(jì)算機(jī)按預(yù)定要求進(jìn)行數(shù)據(jù)處理；用上述方法都可得到所測(cè)的應(yīng)力或應(yīng)變。電阻應(yīng)變計(jì)測(cè)量技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是：測(cè)量精度和靈敏度高；頻率響應(yīng)好，可測(cè)量從靜態(tài)到數(shù)十萬(wàn)赫的動(dòng)態(tài)應(yīng)變；測(cè)量數(shù)值范圍廣；易于實(shí)現(xiàn)測(cè)量的數(shù)字化、自動(dòng)化和無(wú)線電遙 測(cè)；可在高溫、低溫、高壓液下、高速旋轉(zhuǎn)、強(qiáng)磁場(chǎng)和核輻射等環(huán)境進(jìn)行測(cè)量；可制成 各種傳感器，測(cè)量

13、力、壓力、位移、加速度等物理量，在工業(yè)過(guò)程和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中用作控制或 監(jiān)視的敏感元件。電阻應(yīng)變計(jì)的主要缺點(diǎn)是：一個(gè)應(yīng)變計(jì)只能測(cè)定構(gòu)件表面一點(diǎn)在某個(gè)方 向的應(yīng)變；只能測(cè)得柵長(zhǎng)范圍內(nèi)的平均應(yīng)變。測(cè)量原理 電阻應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)由電阻應(yīng)變計(jì)、 電阻應(yīng)變儀和記錄器三部分組成， 其工作過(guò) 程如下：電阻應(yīng)變計(jì)可按下式將構(gòu)件的應(yīng)變轉(zhuǎn)換為單位電阻變化：，（1）式中R為初始電阻； R為該電阻的變化；&為軸線方向的應(yīng)變；K為靈敏系數(shù)。電阻應(yīng)變儀采用電橋或電位差計(jì)的測(cè)量線路，將電阻應(yīng)變計(jì)的電阻變化轉(zhuǎn)換為電壓（或電流）的變化，并經(jīng)放大后輸出。動(dòng)態(tài)應(yīng)變測(cè)量工作過(guò)程如下：電阻應(yīng)變計(jì)的頻率響應(yīng)時(shí)間約為10-7秒，半導(dǎo)體應(yīng)變計(jì)可達(dá)10-11秒，構(gòu)件應(yīng)變的變化幾乎立即傳遞給敏感柵， 但由于應(yīng)變計(jì)有一定柵長(zhǎng)，當(dāng)構(gòu)件的應(yīng)變波沿柵長(zhǎng)方向傳播時(shí)，應(yīng)變計(jì)的瞬時(shí)應(yīng)變讀數(shù)為應(yīng)變波在柵長(zhǎng)間距內(nèi)的應(yīng)變平均值。這會(huì)給測(cè)量結(jié)果帶來(lái)誤差。假設(shè)應(yīng)變波為