电阻应变片的粘贴技术与电桥电路实验

电电阻阻应应变变片片的的粘粘贴贴技技术术与与电电桥桥电电路路 实实验验 一 实验目的 1 初步掌握常温用电阻应变片的粘贴技术 2 为后续电测实验做好在试件上粘贴应变片 接线 检查等准备工作 3 比较全桥 半桥的不同性能 了解其特点 4 学会用电测法测量等强度悬臂梁的应力应变 并与理论值进行比较 二 实验设备和器材 1 常温用电阻应变片 电阻应变花 2 万用表 游标卡尺 3 等强度粱试件 动态电阻应变仪 应变测试系统 4 电烙铁 502 粘合剂 胶带 丙酮 脱脂棉等清洗器材 5 测量导线 接线端子若干 三 电阻应变片的工作原理 1 电阻应变片是能将测试件的应变转换成电阻变化的敏感元件 它由敏感 栅 基底 覆盖层和引线四部分组成 其中敏感栅是金属丝制成的应变 转换元件 是构成电阻应变片的主要部分 引线作为测量敏感栅电阻值 时与外部导线连接之用 基底 的作用是保持敏感栅的几何形状和相对位 置 覆盖层是用来保护敏感元件的 粘贴剂用来将敏感栅固结在覆盖层 和基底之间 2 电阻应变片的工作原理是基于金属导体的应变效应 即金属导体在外力 作用下发生机械变形时 其电阻值随着所受机械变形的变化而发生变化 的现象 3 当试件受力在该处沿电阻丝方向发生线变形时 电阻丝也随着一起变形 伸长或缩短 因而使电阻丝的电阻发生改变 增大或缩小 四 电桥电路工作原理 1 把不同受力方向的两只应变片接入电桥作为邻边 电桥输出有效高灵 敏度和较好的非线性 当应变片阻值和应变量相同时 其桥路输出电 压 UBD U 均为电桥供电电压 4 21 AC KU 2 全桥测量电路中 将受力性质相同的两个应变片接入电桥对边 当应变 片初始值 R1 R2 R3 R4 其变化值 R1 R2 R3 R4时 其桥路输 出电压为 UBD 4 4321 AC KU 五 温度补偿和温度补偿片 贴有应变片的构件总是处于某一温度场中 但温度变化时 应变片敏感 栅的电阻会发生变化 另外 由于电阻丝栅的线膨胀系数与构件的线膨 胀系数不一定相同 温度改变时 应变片也会产生附加应变 显然 这 些都是虚假应变 应当排除 排除的措施叫温度补偿 补偿的办法是 用另一片相同的应变片作为补偿片 把它粘在与被测构件材料相同但不 受力的试件上 将该试件与被测构件放在一起 使它们处于同一温度场 中 贴在被测构件上的应变片叫工作片 在电桥连接上 使工作片和补 偿片处于相邻桥臂中 由于相邻桥臂应变读数为两者之差 这样的温度 变化并不会造成电桥输出电压的变化 也就是不会造成读数应变的变 化 这样便自动消除了温度效应的影响 六 应变片粘贴技术实验方法和步骤 本实验是在等强度粱及温度补偿块上粘贴应变片 应变花 为后续试验 做准备 贴片质量的好坏直接影响到后续试验成败 所以贴片的每一个 环节都要认真仔细 1 试件准备 等强度粱试件及温度补偿块及应变片分布 经老师指导操作 1 先用锉刀 纱布等工具将试件待贴位置进行打磨 仔细的除去锈斑 氧化皮 污垢等覆盖层 到表面平整有光泽 2 用脱脂棉球蘸丙酮清洗待贴表面以除去油脂 灰尘等 表面清洗应至 棉球没有污迹为止 2 应变片的准备 1 检查应变片的外观 剔除那些敏感栅有形状缺陷 片内夹有 锈点的 应变片 2 用万用表测量各应变片的电阻值 3 贴片 1 一手捏住应变片引出线 一手拿 502 粘合剂小瓶 在应变片底面抹一 层粘合剂 然后将应变片底面向下平放在试件贴片部位上 并使应变 片底基准线与试件上的定位线对齐 将一小片玻璃纸盖在应变片上 用手指挤压出多余粘合剂 按压时应变片不要移动 一分钟后再放开 手 揭开玻璃纸膜 检查有无气泡 脱胶现象 2 将应变片的引出线轻轻提起 使之与时间脱离 3 用万用表检查应变片两引线间电阻是否良好 如属焊点与引线脱开可 补焊 4 接线 1 在应变片引出线下方的试件上粘贴胶带 使引线与试件绝缘 2 将浮铜板制成的接线端子用胶水粘在各应变片引出线的前方 在接线 端子上焊好焊锡 用镊子轻轻将应变片引出线与接线端子靠近 再用 电烙铁把引出线焊在端子上 焊接要迅速 时间不能太长 焊点要光 滑 不能虚焊 多余的引出线可剪断 5 检查与防护 主要是看应变片的绝缘情况和确保试件与应变片的机械损坏 6 确定半桥及全桥接线柱 半桥 由于半桥是两个垂直的电阻片 只有三根接线柱 先用万用表测 1 阻值 确定 R1与 R2中间的输出线接到半桥桥盒 2 号接线柱 另外两根 分 别接到 1 3 接线柱 全桥 全桥共四根接线柱及四根线 用万用表分别测阻值 阻值为350 2 的两个作为对边分别接在桥盒的 2 4 位置上 其余接在 1 3 上 7 使用电阻应变仪测值 1 按相应的桥路接入应变梁 2 打开软件操作 作相应的准备工作 并预热10 分钟 3 进行调试及调节工作 并做相应的试验参数设定 4 加减砝码进行测量并记录相关实验数据 5 实验结束 拆下导线 打扫桌面 8 使用应变测试系统 1 确定实验桥路并按相应桥路接入应变梁 2 打开软件操作 作相应的准备工作 并预热10 分钟 3 进行调试及调节工作 并做相应的试验参数设定 4 加减砝码进行测量并记录相关实验数据 5 实验结束 关掉电源 收拾试验台 七 实验结果 测量一组应变片等强度梁的数据得 长度l 14 5 cm 对应的梁的宽度 b 17 40 cm 梁的厚度 h 4 72 mm 取 E 210 GPa 加载 F 10 N 20 N 30N 由等强度梁 应变值的计算公式 2 6 Ebh Fl 代入得 加载量 1 kg 物块 F 10N 时 107 1 kg 物块 F 20N 时 214 1 kg 物块 F 30N 时 321 测量时先加载后减载 即所加物块质量为1kg 2kg 3kg 2kg 1kg 动态应变仪测量数据与理论数据相比较可列表得 其中 1 测量误差 100 1 21 理论值 测量值 1 2 加载质量理论值方式 3方式 4方式 3 误差方式 4 误差 1kg1071151027 48 4 67 2kg2142302027 48 5 61 3kg3213473068 10 4 67 2kg2142302077 84 3 27 1kg1071141046 54 3 73 动态应变仪测应变理论值与测量值对比 0 50 100 150 200 250 300 350 400 1kg2kg3kg2kg1kg 理论值方式3方式4 由上面表格和折线图可以看出方式3 和方式 4 的测量值较 理论值都有一些 偏差 方式 3 的误差更大一些 动态应变仪测量数据与理论值相比较可列表得 2 输出电压 2 V 电压对应的 1000 方式 3 的计算公式为 应变 输出电压 1 3 2 1000 方式 4 的计算公式为 应变 输出电压 2 2 1000 加载质量理论值方式 3 输出电压方式 4 输出电压方式 3 计算应变方式 4 计算应变方式 3 误差方式 4 误差 1kg1070 2660 4121021034 67 3 74 2kg2140 550 8282122070 90 3 27 3kg3210 8051 2233103063 43 4 67 2kg2140 5490 8222112061 40 3 74 1kg1070 2880 4121111033 74 3 74 静态应变仪的理论值与测量值数据相比较可得 3 加载质量理论值方式 3方式 4方式 3 误差方式 4 误差 1kg1071051051 87 1 87 2kg2142122090 93 2 34 3kg3213173071 25 4 36 2kg2142072093 27 2 34 1kg1071061120 93 4 67 静态应变仪测应变理论值与测量值对比 0 50 100 150 200 250 300 350 1kg2kg3kg2kg1kg 理论值方式3方式4 有上面的表格和折线图看出 方式3 和方式 4 的测量值较理论值都有误差 但误差之间又没有明显的规律可循 动 静态试验数据对比可有 4 加载质量理论值动态方式 3动态方式 4静态方式 3静态方式 4 1kg107115102105111 2kg214222202212231 3kg321341306330307 2kg214230207203209 1kg107114104103112 为了容易观察 下面用柱形图对上面的表格数据进行分析 动 静态应变仪测量数据对比 0 50 100 150 200 250 300 350 400 1kg2kg3kg2kg1kg 理论值动态方式3动态方式4静态方式3静态方式4 由上表可以看出动 静态和方式 3 方式 4 的测量值都基本在理论值 附近 没有出现哪一种测量方式出现较其他方式较大的误差 可见4 种方式的准确度在排除干扰的情况下相差不大 八 注意事项 1 再选电阻片和粘贴过程中 不要用手接触片身 要用镊子夹取引线 2 清洗后的被测点不要用手接触 以防粘上油渍和汗渍 3 固化的电阻片及引线要用防潮剂或胶布防护 4 工作片和温度补偿片都是相同的应变片 他们的阻值 灵敏系数和电 阻温度系数都应基本相同 他们的感应温度的效应基本相同 这样才能 达到清除温度应变的影响 补偿片也可以贴在受力构件上 但要保证工 作片和补偿片所测得应变绝对值相等 符号相反 关系已知 这样既可 以排除温度效应 又可以增加电桥的信号输出 提高测量的灵敏度 九 实验心得 车辆测试技术与分析这门课 是我研究生学习实践的第一课 在课堂中 我感受到了研究生实验与本科的不同 由看老师操作到自己动手操作的转 变 使我们的动手实践能力有所提高 也在实践中认识到自己的不足以及 理论与实践的巨大差距 课堂中老师采用分组教学模式 让同学以小组的形式分工合作