实验5 静态电阻应变仪的使用与桥路连接讲课讲稿.docx
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实验5静态电阻应变仪的使用与桥路连接讲课讲稿
实验5静态电阻应变仪的使用与桥路连接
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。
3.电阻应变仪的操作程序
YJABA-P10R型静态电阻应变仪,如图3—5所示。
(1)调整灵敏系数K
在YJ28A—P10R静态电阻应变仪的前面板的A、B、C接线柱上接上标准电阻,此时后面板的两位开关处在“测量”,用起子调节前面板R0,使示值为零,即预调平衡。
将后面板的两位开关拨向“标定”,调节后面板灵敏度旋钮,使显示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。
取下前面板上的标准电阻,将后面板的两位开关拨向“测量”,电阻应变仪的灵敏系数已
调整好,可接线准备测量。
(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“R。
”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静态电阻应变仪后面板上有A1、B1、C1、D1至A10、B10、C10、D10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。
将应变仪前面板右上部旋钮置在“厂位,用起子调节左下部“广位,使显示数为零,则表示A1、B1、C1、D1组成的电桥平衡。
同理依次将右上部旋置于“2”……“10"位,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,前面板右上方旋钮置在“1”位,显示数为第一点的应变读数;旋钮置在哪位,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。
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.半桥多点测量,将4枚应变片分别接到应变仪上,平稳逐级加载,ΔP=4.9N测定相应的应变值。
4.分别按图3—5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ΔP下的应力理论值Δσ理。
6.计算不同应变片不同组桥时测定的等强度梁的应力实验值Δσ实。
实,并与应力理论值比较分析误差。
七,实验数据记
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