实验5 静态电阻应变仪的使用与桥路连接.doc

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定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，其截面为矩形；高为A；宽度6，随J的变化而变化，有效长度段的斜率为tga

h——等强度梁截面高度；
在等强度梁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2—1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面需测应变片。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。
其中R——应变片的初始电阻值；
ΔR——应变片电阻变化值；

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
样标定给出的，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，输出端电压Ueo。当四个桥臂上电阻值满足一定关系时，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
(3-4)
若电桥的四个桥臂为粘贴在构件上的四个应变
片，其初始电阻都相等，即R1,R2,R3和R4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

变化ΔR1,ΔR2,ΔR3和ΔR4这时，电桥的输出电压将有增量ΔUBD，即

若四个电阻应变片的灵敏系数K都相同，则

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ε仪表示出来。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”。这时，应变仪读数与测量电桥两应变片的应变为

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，将影响测试精度。在半桥测试中，将应变片只：，贴在被测试件表面，而R：为温度补偿片。电阻应变片R1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R1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ε仪为由加载引起的应变。
为简便起见，以上讨论中，假设R1=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，电容平衡调节装置。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YJ9—25型、YJ—28型等。
在等强度梁的上下表面粘贴四枚应变片R1,R2,R3和R4。在温度补偿块上粘贴二枚应变片R5和R6如图3—3所示。

a,半桥接线法
接线方式如图3—4(d)所示。朋桥臂接上R1和R2,3,4，BC桥臂接上温度补偿片，R5或R6,DC,AD桥臂为应变仪内部的电阻R。
由式(3—5)可知，其输出只有应变ε1，即应变仪读数ε1=ε仪。若梁上表面应变片R1与梁下表面应变片R2接成半桥，如图3—4(b)所示。此时输出为ε1-ε2即ε仪=2ε1

6．全桥接线法
若将试件上表面的电阻应变片R1和R3和温度补偿片R5和R6，组成全桥，如图3—4(f)所示，其输出为ε1+ε3，即应变仪读数2ε1=ε仪
若应变片R1和R3，(上面受拉)与R2和R4(下面受压)接成全桥，如图3—4(d)所示。
其输出为ε1+ε2+ε3+ε4即应变仪读数4ε1=ε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。

五、等强度梁的应变测量
应变多点测量，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3—4所示的各种接线法接成桥路，测定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。
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