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tgah——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=2ε16．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。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