机械测试技术实验

1、机械测试技术实验指导书测控技术与仪器教研室2003年9月实验一：应变片的粘贴、实验目的：1 熟悉应变片的工作原理2. 掌握应变片的粘贴工艺3. 加深对传感器结构的认识实验仪器:锯条、导线、电阻应变片、丙酮、药棉、502胶水、铁砂布、绝缘胶布、电烙铁、万用表等。三、实验原理:1.金属的电阻应变效应当金属丝在外力作用下方式机械变形时， 其电阻值将发生变化，这种现象 称为属的电阻应变效应。设有一根长度为I、截面积为S、电阻率为的金属丝，在未受力时，原始电阻为： R -S当金属电阻丝受到轴向拉力(1 1)F作用时，将伸长I，横截面积相应减小S，电阻率因晶格变化等因素的影响而改变，故引起电阻值的变化R。

2、对式(1 1 )全微分,并用相对变化量来表示，则有：RIS(1 2)RIS式中的 为电阻丝的轴向应变，用表示，常用单位(11 10 6mm/mm)。r若径向应变为 ，电阻丝的纵向伸长和横向收缩的关系用泊松比 表示为:rr(| )，因为Sc r可以写成：2 -，贝 U( 1 2 )式rSrRR|l (1 2 ) (12 I、I - I )ko I II(1 3)式(1 3 )为“应变效应”的表达式。ko称金属电阻的灵敏系数，从式(1 3)可见，ko受两个因素影响，一个是 (12 )，它是材料的几何尺寸变化引起的，另一个是，是材料的电阻率随应变引起的(称“压阻效应”)。对于金属材料而言，以前者为主

3、，则ko 12 ，对半导体，ko值主要是由电阻率相对变化所决定。实验也表明，在金属电阻丝拉伸比例极限内，电阻相对变化欲轴向应变成正比。通常金属丝的灵敏系数 k0 2 左右。2应变片的测量原理用应变片测量受力应变时， 将应变片粘贴于被测对象表面上。 在外力作用下， 被测对象表明产生微小机械变形时，应变片也随同变形，其电阻值发生相应变化。 通过转换电路转换为相应的电压或电流的变化， 根据式（ 13），可以得到被测对象的 应变值 ，而根据引力应变关系： E（ 14）式中一一测试的应力；E材料弹性模量。可以测得应力值 。通过弹性敏感元件，将位移、力、力矩、加速度、压力等物理量转 换为应变，因此可以用应

4、变片测量上述各量，从而做成各种应变式传感器。四、实验内容：把电阻应变片粘贴到锯条上，并焊接上引线。完成之后用万用表分别测量锯 条不弯曲时从电阻应变片两端引出的两引线间的电阻值、锯条分别往两边弯曲使 得应变片发生形变时从电阻应变片两端引出的两引线间的两个电阻值。五、实验步骤：1将锯条上粘贴的应变片拆除；2用铁砂布把锯条打磨干净；3用药棉粘上丙酮，将锯条打磨光滑；4用 502 胶水将电阻应变片平整的粘贴到打磨光滑的锯条上；5用电烙铁把两根导线分别焊接到电阻应变片的两条引线上； 6绝缘：将两根导线之间用绝缘胶布绝缘、 将导线与锯条之间也用绝缘胶布 绝缘。7用万用表分别测量应变片未发生形变及发生正形变

5、和负形变时的电阻值 变化情况。六、实验报告： 要求如下格式详细记录整个实验的过程，并要求有实验结论和对实验进行分 析和总结，达到别人根据你的实验报告能把实验重复做出来的要求。一、实验目的二、实验仪器三、实验原理四、实验步骤五、实验结论六、实验分析及误差分析实验二：电桥特性一、实验目的:1 掌握半桥、全桥组桥方法2 熟悉电阻应变片的原理、使用方法3 掌握半桥、全桥组桥原理及其应用二、实验仪器：BZ2206静态电阻应变仪等。电桥盒、应变片、砝码、三、实验原理：1 电桥原理电桥是将电阻、电感、电容等参量的变化变成电压或电流输出的一种测量 电路，其输出既可用指示仪表直接测量，也可以送入放大器进行放大。

6、桥式测量电路简单，并具有较高精确度盒灵敏度，因此在测量装置中广泛 应用。电桥电路如下图所示。测量电路有多种，最常用的是桥式测量电路。 R、R、R、R四个电阻依次接在A、B、C、D （或1、2、3、4）之间，构成电桥的四桥臂。电桥的对角AC接电源，电源电压为E；对角BD为电桥的输出端，其输出电压用 UDb表示。可以证 明UDb与桥臂电阻有如下关系：Udb = e C -：）若4个桥臂电阻由贴在构件上的4枚电阻片组成，而且初始电阻R仁R2= R3 =R4，当输出电压UDb = 0时，电桥处于平衡状态。构件变形时，各电阻的变化 量分别为R、AR2、AR3、AR4。输出电压的相应变化为：UDb+ AU

7、 db = E（）AR在小应变- >>1的条件下，可以证明桥路输出电压为：E 当呂 生AU DB =（: 一二 + 二如果AR仅由机械变形引起、与温度影响无关，而且4枚电阻片的灵敏系数Ks相等时，根据，可以写成：£AUdb=4 Ks ( £ 1 £ 2+ £ 3 £ 4)如果供桥电压E不变，那么构件变形引起的电压输出 AUdb与4个桥臂的应 变值£ 1、£ 2、£ 3、£ 4成线性关系。式中各£是代数值，其符号由变形方向决定。一般拉应变为"正"、压应变为"

8、;负"。根据这一特性：相邻两桥臂的 £ （ £ 1、 £ 3或 £ 2、 £ 4）符号一致时，两应变相抵消；如符号相反， 则两应变的绝对值相加。相对两桥臂的£ （ £ 1、 £ 2或 £ 3、 £ 4）符号一致时，两应变的 绝对值相加；如符号相反，则两应变相抵消。实验如果能很好地利用电桥的这一特性，合理布片、灵活组桥，将直接影响 电桥输出电压的大小，从而有效地提高测量灵敏度、并减少测量误差。这种作用 称做桥路的加减特性。电阻应变仪是测量应变的专用仪器，桥路输出电压 AUdb 的大小，是

9、按应变直接标定来显示的。因此与AUdb对应的应变值£仪可由应变 仪直接读出来。2 组桥方式一般贴在构件上参与机械变形的电阻片称做工作片， 在不考虑温度影响的前提下，应变片接入各桥臂的组桥方式不同、 与工作片相应的输出电压也不同。 几种典型的组桥方式如下：“单臂测量只有一枚工作片R接在AB桥臂上。其它3个桥臂的电阻片都不参与变形应变e为零。这时电桥的输出电压为：E込EAU DB ：=(；)=Ks ( £ 1)单臂测量的结果AUb代表被测点的真实工作应变。汁半桥测量两枚工作片R、R2分别接在相邻两个桥臂 AB BC上。其它两个桥臂是应变仪的内接电阻。这时电桥的输出电压为：E当隅

10、EAU DB = 4(冷-尽)=Ks (£ 1-£ 2)汕对臂测量两枚工作片R、R3分别接在对臂AB CD上。温度补偿片R、R4分别接在其它两对臂BC AD上。这时：AUDB £ 3)一般贴在构件上参与机械变形的电阻片称做工作片，在不考虑温度影响的 前提下，应变片接入各桥臂的组桥方式不同、与工作片相应的输出电压也不同。 几种典型的组桥方式如下：汕单臂串联测量两枚串联的工作片2R接AB臂。而两枚串联的温度补偿片2R接BC臂。其他两个桥臂接仪器的内接电阻这时:E_ 扛& U DE=C -)工作片串联后Ri = 2R ,同样4Ri二2 R，因此%的测量结果不变，

11、与两枚 阻片电阻变化率的平均值成正比。图表1典型的组桥方式组桥方式输出电压AUdb桥臂系数B温度补偿单臂测量孑 Ks( £ 1)1BC臂需接一枚补偿片R半桥测量4 K>( £ 1- £ 2)£=- £ 时 B=2不需接补偿片温度影响自动消除对臂测量EA K>( £ 1+ £ 3)£ £ 时 B=2非工作对臂接补偿片全桥测量E7Ks( £ 1- £ 3+ £ 1- £ 3)£1=- £= £3=- £ 时B=4不接补

12、偿片，温度影响可自动消除串联测量E 醪珥瓦）B=1阻值与工作片相会地补偿片串联后接 BC臂四、实验内容:从实验一中所做的电阻应变片中取两个，加上电桥盒里的两个固定电阻组成 半桥，并通过电桥盒把相应的应变输入到 BZ2206静态电阻应变仪，并逐步的增加 砝码使其发生应变，记录下每加一次的砝码重量和 BZ2206静态电阻应变仪中显示 的应变；同样，取四个实验一中所做的电阻应变片组成全桥，并通过电桥盒把相 应的应变输入到BZ2206静态电阻应变仪，并逐步的增加砝码使其发生应变， 记录 下每加一次的砝码重量和 BZ2206静态电阻应变仪中显示的应变。最后以增加的砝 码重量为横轴，应变为纵轴，做图。五、实验步骤：1 在电桥盒上组建半桥；2 把 BZ2206 静态电阻应变仪调零；3 逐步增减砝码，并记录砝码重量和4 在电桥盒上组建全