第16章-基于LabVIEW的应变测量实验-最终核验版

CHANG’ANUNIVERSITY第16章基于LabVIEW的应变测量实验长安大学CHANG’ANUNIVERSITY主要内容

16.1工作原理16.2硬件系统设计16.3软件系统设计16.4实验结果CHANG’ANUNIVERSITY16.1工作原理第16章基于LabVIEW的应变测量实验CHANG’ANUNIVERSITY16.1.1电阻应变效应电阻应变效应：应变片是一种测量物体应变的传感器，当应变片在其弹性极限内受外力拉伸时，其不会被拉断或产生永久变形，这种形变导致应变片内导体电阻变大，反之则变小，称为电阻应变效应。CHANG’ANUNIVERSITY16.1.2惠斯通电桥原理将应变电阻引入惠斯通电桥，如下图,电阻R₁、R₂和R₃为已知等值电阻，电阻R₄作为待测应变电阻，当满足时，电桥中线将不会有电流通过。实验时，按照下图搭建测量电路，通过改变砝码质量进行加载，绘制应变片电阻值和应变值随砝码质量变化的曲线图。CHANG’ANUNIVERSITY16.2硬件系统设计第16章基于LabVIEW的应变测量实验CHANG’ANUNIVERSITY16.2.1传感器选型测量应变范围:0-50um。实验所用硬件：应变桥试验模块1个，砝码若干，NIELVISII+平台1个，导线若干。实验所用应变片型号:BF350-3AA80(23)N6-X,其线性可测范围为0-110um,其应变特性曲线如图,斜率k=0.0182,截距b=1000。CHANG’ANUNIVERSITY16.2.2采集电路采集电路的核心原理：通过测量惠斯通电桥输出的微小电压差来计算应变电阻的阻值变化。由于应变电阻的阻值变化量很小，其变化引起的桥路压差变化也会很小,因此必须经过放大处理后，再接入采集端口。设计的测量电路原理图如图,图中1,2为桥路的信号输出，0,3为供电端。CHANG’ANUNIVERSITY惠斯通桥路供电为15V,实验时根据需要可选择不同的桥路组合，若模块的放大倍数是A,供电电压为Vcc,参考电阻R=1kΩ,则测量的电压为：若按照上图单臂测量电路，则前3个电阻的变化值均为0。16.2.2采集电路CHANG’ANUNIVERSITY16.3软件系统设计第16章基于LabVIEW的应变测量实验CHANG’ANUNIVERSITY16.3.1

功能分析与用户界面功能分析：(1)数据采集，包括通道配置和采样率设置等；(2)图形显示：采集电压显示，应变片电阻阻值和应变值显示；(3)数据存储：电压、电阻和应变数据存储；(4)控制按钮。CHANG’ANUNIVERSITY16.3.1

功能分析与用户界面用户界面：根据应变测量系统对各个功能的要求，设计其用户交互界面如图。CHANG’ANUNIVERSITY16.3.2程序设计由于应变的电压结果较小，先将信号放大500倍后再显示，再利

用未放大的电压数据计算电阻值，并显示电阻值。在LabVIEW中完成对数据采集程序的编程如图。实验所用应变片的应变-阻值的关系为：CHANG’ANUNIVERSITY16.3.2程序设计电压-电阻转换子VI在电压-电阻转换子VI程序中，由惠斯通电桥原理，可根据公式将得到的电压数据转换为电阻数据，如图所示：CHANG’ANUNIVERSITY16.3.2程序设计电阻-应变转换子VI在电阻-应变转换子VI中，根据应变片特性公式可设计电阻-应变转换程序如图所示：CHANG’ANUNIVERSITY16.4实验结果第16章基于LabVIEW的应变测量实验CHANG’ANUNIVERSITY16.4.1实验步骤与硬件搭建实验步骤：先在LabVIEW搭建采集程序，再于NIELVISII+平台搭建电路，完成设备连接配置；随后应变桥调零，开展数据采集与显示，采集结束后保存电压、电阻、应变数据并绘图，实验操作流程图如右图所示。CHANG’ANUNIVERSITY16.4.1实验步骤硬件搭建：搭建的应变测量电路的硬件实物图如右图所示。CHANG’ANUNIVERSITY16.4.2结果分析搭建应变桥实验硬件环境后，利用LabVIEW软件对惠斯通电桥进行调零，调零后开始数据采集，通过按压悬臂梁悬空一端，使应变片产生应变，可以观察到应变片电阻和应变桥输出两臂压差曲线随之发生变化，记录实验数据，并将实验数据结果绘制成曲线图，如图所示。CHANG’ANUNIVERSITY本章思考与练习思考与