机械式仪表和应变片电测方法实验
实验四：弯曲正应力电测实验
实验四：弯曲正应力电测实验一、实验目的和要求1．学习使用应变片和电阻应变仪测定静态应力的基本原理和方法。
2．用电测法测定纯弯曲钢梁横截面不同位置的正应力。
3．绘制正应力沿其横截面高度的的分布图，观察正应变（正应力）分布规律，验证纯弯曲梁的正应力计算公式。
二、实验设备、仪器和试件1.CLDS-2000型材料力学多功能实验台。
2.YJZ —8型智能数字静态电阻应变仪。
3.LY —5型拉力传感器。
4.直尺和游标卡尺。
三、实验原理和方法（1）理论公式：本实验的测试对象为低碳钢制矩形截面简支梁，实验台如图4-1所示，加载方式如图4-2所示。
图4-1 图4-2由材料力学可知，钢梁中段将产生纯弯曲，其弯矩大小为c PM 2∆=（1） 横截面上弯曲正应力公式为ZI My=σ （2） 式中y 为被测点到中性轴z 的距离，I z 为梁截面对z 轴的惯性矩。
123bh I Z =（3）横截面上各点正应力沿截面高度按线性规律变化，沿截面宽度均匀分布，中性轴上各点的正应力为零。
截面的上、下边缘上各点正应力为最大，最大值为WM =max σ。
（2）实测公式：实验采用螺旋推进和机械加载方法，可以连续加载，荷载大小可由电子测力仪读出。
当增加压力P ∆时，梁的四个点受力分别增加作用力2/P ∆，如图4-2所示。
为了测量梁纯弯曲时横截面上应变分布规律，在梁的纯弯曲段侧面布置了5片应变片，如4-2所示，各应变片的粘贴高度见梁上各点标注。
此外，在梁的上表面沿横向粘贴了第6片应变片，用以测定材料的泊松比μ；在梁的端部上表面零应力处粘贴了第7片温度补偿应变片，可对以上各应变片进行温度补偿。
在弹性范围内，如果测得纯弯曲梁在纯弯曲时沿横截面高度上的轴向应变，则由单向应力状态的胡克定律，即：σε=E （4） 由上式可求出各点处的应力实验值。
将应力实验值σε=E 与理论值ZI My=σ进行比较，以验证弯曲正应力公式。
如果测得应变片4和6的应变满足μεε=46/则证明梁弯曲时近似为单向应力状态，即梁的纵向纤维间无挤压的假设成立。
应变测量_实验报告
一、实验目的1. 理解应变测量的基本原理和实验方法。
2. 掌握电阻应变片的工作原理及其在应变测量中的应用。
3. 学习电桥电路在应变测量中的作用和调试方法。
4. 培养实验操作能力和数据分析能力。
二、实验原理应变测量是研究材料在受力后产生的变形程度的重要方法。
本实验主要利用电阻应变片和电桥电路进行应变测量。
电阻应变片是一种将机械应变转换为电阻变化的传感器，其基本原理是电阻应变效应。
当电阻应变片受到拉伸或压缩时，其电阻值会发生变化，从而将应变信号转换为电阻信号。
电桥电路是一种常用的测量电路，其基本原理是将电阻应变片接入电桥电路中，通过测量电桥的输出电压来反映应变片电阻的变化。
本实验采用半桥接法，即只将一个应变片接入电桥电路中。
三、实验仪器1. 电阻应变片：将应变片粘贴在被测物体表面，用于感受物体的应变。
2. 电桥电路：由四个电阻组成，用于将应变片的电阻变化转换为电压信号。
3. 数字多用表：用于测量电桥的输出电压。
4. 拉伸装置：用于施加拉伸力，使被测物体产生应变。
5. 计算机及数据采集软件：用于实时采集和记录实验数据。
四、实验步骤1. 将电阻应变片粘贴在被测物体表面，确保粘贴牢固且无气泡。
2. 将电阻应变片接入电桥电路中，采用半桥接法。
3. 连接好电桥电路，并连接数字多用表。
4. 打开计算机，启动数据采集软件，设置采样频率和采集时间。
5. 在拉伸装置上施加拉伸力，使被测物体产生应变。
6. 观察数字多用表的读数，记录电桥的输出电压。
7. 改变拉伸力的大小，重复步骤5和6，记录不同拉伸力下的电桥输出电压。
8. 利用数据采集软件分析实验数据，绘制应变-电压曲线。
五、实验结果与分析1. 实验结果如图所示，显示了不同拉伸力下电桥的输出电压。
2. 根据实验数据，绘制应变-电压曲线，分析应变与电压之间的关系。
3. 通过比较不同拉伸力下的应变-电压曲线，可以发现应变与电压之间存在线性关系。
六、实验结论1. 电阻应变片能够有效地将应变转换为电阻信号，实现应变测量。
应变电测法实习报告
一、实习目的本次实习旨在通过实际操作，了解应变电测法的基本原理和操作步骤，掌握电阻应变片、电阻应变仪、记录仪等设备的使用方法，提高对构件表面应力状态测定的能力，为今后从事相关领域的工作打下基础。
二、实习内容1. 实验原理应变电测法是一种通过测量电阻应变片电阻值的变化来确定构件表面应力的方法。
当构件受力变形时，电阻应变片的电阻值将发生相应的变化，通过电阻应变仪将电阻变化转换成电压（或电流）的变化，再换算成应变值或输出与应变成正比的电压（或电流）的信号，由记录仪进行记录。
2. 实验设备（1）电阻应变片：用于测量构件表面的线应变。
（2）电阻应变仪：将电阻应变片的电阻变化转换成电压（或电流）的变化。
（3）记录仪：记录应变值或输出与应变成正比的电压（或电流）的信号。
（4）悬臂梁：用于模拟实际构件，观察应变电测法的应用。
3. 实验步骤（1）搭建实验电路：将电阻应变片粘贴在悬臂梁表面，将电阻应变仪、记录仪与电路连接。
（2）调整电路参数：根据实际需求调整电路参数，确保测量精度。
（3）加载力：对悬臂梁施加预定的载荷，使构件发生变形。
（4）观察应变电测法效果：通过电阻应变仪、记录仪观察应变值或输出与应变成正比的电压（或电流）的信号。
（5）分析数据：根据实验数据，分析构件表面应力状态。
三、实习结果与分析1. 实验结果通过本次实习，成功搭建了应变电测法实验电路，观察到了应变电测法的实际应用效果。
在施加预定的载荷后，悬臂梁表面应变值与电阻应变片电阻值的变化呈正相关关系，验证了应变电测法的有效性。
2. 数据分析（1）根据实验数据，计算出悬臂梁表面的应力状态，包括最大应力、最小应力、平均应力等。
（2）分析悬臂梁表面应力分布情况，判断构件的受力特点。
（3）对比不同加载方式下的应力状态，探讨应变电测法的适用范围。
四、实习总结通过本次实习，我对应变电测法有了更深入的了解，掌握了电阻应变片、电阻应变仪、记录仪等设备的使用方法。
以下是我对本次实习的总结：1. 理论与实践相结合：本次实习使我认识到，理论知识与实践操作相辅相成，只有将二者结合起来，才能更好地掌握应变电测法。
电测法实验报告——电阻应变片的粘贴
实验一电阻应变片的粘贴
一、实验目的
初步掌握常温用电阻应变片的粘贴技术
二、实验设备和器材
1、常温用电阻应变片，接线端子，测量导线
2、电烙铁，焊锡，助焊剂
3、纱布，502，镊子，丙酮，药棉，聚四氟乙烯薄膜，吸耳球
4、万用欧姆表
三、实验步骤
1，检查和分选应变片：检查有无锈斑，基地和盖层有无破损，引线是否牢固，阻值是否正常。
2，粘贴表面的准备：除去粘贴表面的油污、漆、锈斑、电镀层等，用胶布交叉打磨出细纹以增加粘结力，接着用浸有酒精的脱脂棉球擦
洗，并用钢针画出贴片定位线。
最后再次擦洗，直至不见油污
3，贴片：在应变面的地面和处理过的粘贴表面上，各涂上一层薄而均匀的502，用镊子将应变片放上并调好位置，盖上聚四氟乙烯薄膜，
用手指柔和滚压，挤出多余的胶，并排出应变片下的气泡，使应变片和
试件完全贴合，揭掉薄膜。
4，固化
5，测量导线的焊接与固定：将接线端子的用502粘贴在粘贴表面上，将应变片的引出线焊接在端子片上，再焊接导线。
6，检查：观察贴片方位是否正确，用万用欧姆表测量导线端的电阻，以检查有无短路断路。
四、实验心得
本实验让我熟悉了粘贴应变片的全过程，贴片需要心细，认真，小小的差池都会导致最后应变片的测量结果有问题。
实验一应变片单臂电桥性能实验
实验一应变片单臂电桥性能实验一、实验目的：了解电阻应变片的工作原理与应用并掌握应变片测量电路。
二、基本原理：电阻应变式传感器是在弹性元件上通过特定工艺粘贴电阻应变片来组成。
一种利用电阻材料的应变效应将工程结构件的内部变形转换为电阻变化的传感器。
此类传感器主要是通过一定的机械装置将被测量转化成弹性元件的变形，然后由电阻应变片将弹性元件的变形转换成电阻的变化，再通过测量电路将电阻的变化转换成电压或电流变化信号输出。
它可用于能转化成变形的各种非电物理量的检测，如力、压力、加速度、力矩、重量等，在机械加工、计量、建筑测量等行业应用十分广泛。
1、应变片的电阻应变效应 所谓电阻应变效应是指具有规则外形的金属导体或半导体材料在外力作用下产生应变而其电阻值也会产生相应地改变，这一物理现象称为“电阻应变效应”。
以圆柱形导体为例：设其长为：L、半径为r、材料的电阻率为ρ时，根据电阻的定义式得（1—1）当导体因某种原因产生应变时，其长度L、截面积A和电阻率ρ的变化为dL、dA、dρ相应的电阻变化为dR。
对式（1—1）全微分得电阻变化率 dR/R为：（1—2）式中：dL/L为导体的轴向应变量εL; dr/r为导体的横向应变量εr由材料力学得：εL= - μεr (1—3)式中：μ为材料的泊松比，大多数金属材料的泊松比为0.3～0.5左右；负号表示两者的变化方向相反。
将式（1—3）代入式（1—2）得：（1—4）式（1—4）说明电阻应变效应主要取决于它的几何应变（几何效应）和本身特有的导电性能（压阻效应）。
2、应变灵敏度它是指电阻应变片在单位应变作用下所产生的电阻的相对变化量。
(1)、金属导体的应变灵敏度K：主要取决于其几何效应；可取（1—5）其灵敏度系数为：K=金属导体在受到应变作用时将产生电阻的变化，拉伸时电阻增大，压缩时电阻减小，且与其轴向应变成正比。
金属导体的电阻应变灵敏度一般在2左右。
(2)、半导体的应变灵敏度：主要取决于其压阻效应；dR/R<≈dρ⁄ρ。
应变片实验报告
应变片实验报告引言：应变片是一种常见的用于测量物体应变的传感器。
它们可以在各种领域中应用，如结构工程、材料研究和机械设计等。
本实验旨在通过进行一系列实验，探究应变片的基本原理、测量方法以及应用前景。
实验一：应变片的基本原理应变片是一种金属薄膜传感器，利用金属材料在受力作用下发生应变的特性来进行测量。
在实验中我们选取了常见的金属材料，如铜和铝，制备了应变片，并在实验设备中对其施加压力，观察应变片的变化。
实验结果显示，当应变片受到受力作用时，其形状发生微小变化，从而引起电阻值的变化。
这是因为金属材料的应变会改变其电阻值，进而反映在应变片中，我们可以通过测量电阻值的变化来间接获取物体的应变情况。
实验二：应变片的测量方法在实验二中，我们探究了应变片的测量方法，并尝试使用应变片测量不同物体在受力情况下的应变程度。
实验中我们选取了不同形状和材质的物体，如横梁和钢筋，通过将应变片粘贴在物体的特定位置，再施加一定的受力，以模拟真实工况。
实验结果表明，应变片对物体的应变情况具有高度的灵敏度和准确性。
通过测量应变片的电阻变化，我们可以获取物体在受力作用下的应变变化情况。
同时，不同形状和材质的物体在受力情况下会有不同的应变响应，这为我们在实际工程中的应用提供了一定的参考。
实验三：应变片的应用前景应变片因其高灵敏度和广泛的应用领域，在工程和科研中有着广泛的前景。
在实验三中，我们重点探讨了应变片在结构工程中的应用。
实验结果显示，通过将应变片粘贴到各种结构物上，我们可以实时监测物体在受力情况下的应变情况，从而评估结构物的稳定性和安全性。
这对于桥梁、建筑物和航天器等关键设施的设计和维护具有重要意义。
同时，应变片还可用于材料研究和机械设计中，帮助科学家和工程师更好地了解材料的变形行为和机械受力情况。
结论：本实验通过一系列的实验研究，系统探究了应变片的基本原理、测量方法以及应用前景。
实验结果表明，应变片是一种准确、灵敏且广泛应用于工程和科研领域的传感器。
结构实验_实验报告【1】
结构实验实验报告【1】机械式仪表及加载设备的应用、采用应变片的电测方法实验2011-3-12实验报告【1】——实验一、二，机械式仪表及加载设备的应用、采用应变片的电测方法实验实验（一）、机械式仪表及加载设备的应用 一、实验目的：a) 掌握结构试验常用的几种机械式量测仪表及传感器的工作原理、构造及安装和测读方法；b) 认识各类实验室加载设备的构造原理 二、等强度钢悬臂梁的承载能力计算：等强度梁理论平面应为三角形，考虑到在悬臂梁端部加载，梁端部需有一定的承载力，因此在梁端部加宽，但不影响梁其它部分的性质，仍按照如下三角形计算。
假设作用在端点处集中荷载为F ，则距端点x 处位置：()33/1212M Fxb l x h bh I x l =⎧⎪⎨⨯⨯==⎪⎩，则有：3331212112M Fl y y I bh Fl y E Ebh M FlEI Ebh σσερ⎧==⎪⎪⎪==⎨⎪⎪==⎪⎩由此可知，等强度梁曲率为常数，可知其挠曲线为圆，由且其左侧切线水平，此时可计算梁任意点挠度如下：w ρ=现计算本悬臂梁承载能力：[][][]max 322max4max 3maxmax max max 126200252.3469.521016801227Fl h FlMPa bh bh bh F N l E Ebh mm F lw mmσσσσερρ-========⨯====端部思考题：①结构试验中主要量测哪些物理量？静力结构试验中，所需要量测的物理量有：试件的位移（挠度）、应力、应变、曲率、外加的荷载等。
动力结构试验中，所需要量测的物理量有：试件的振幅、频率、周期、外加的荷载参数等。
②选用量测仪表时应考虑哪些方面？1.量程及精度。
选用的量测仪表应符合实验中的所测物理量的最值及精度要求。
一般应使最大波测值在仪表的2/3量程范围附近，在充分利用仪表量程的同时防止因估算值不准而引起仪表的损坏。
此外，也要保证精度，应使最小刻度值不大于5%的最大被测值。
应变测量的意义及方法
应变测量的方法主要有：
01 应变机测法 02 应变电测法 03 应变光测法
应变机测法
01 手持应变仪：接触式千分表应变仪 02 单杠杆应变仪：杠焊式应变仪 03 双杠杆引伸仪
机测法的原理是利用机械式仪表，测量结 构上两点之间的相对线位移，然后再
根据转换为应变值。实际上，利用位移传 感器测量两点之间的位移，均可将其转换为应 变。与电测法相比，机测法具有试验操作简单、 数据可靠、不受电磁干扰等优点。
02 应变片必须牢固地粘贴在试件表面，才能保证正确地传 递试件的变形，这种粘贴工作技术性强，粘贴工艺复杂， 工作量大；
03 电阻应变片不能重复使用；
04 易受电磁干扰。
THANKS
但也存在下列不足，从而限制了机测法的应用：
01 不能实现温度补偿； 02 不能自动记录，容易发生错误；
03 不适合大规模的试验，测点较多 时，测点布置困难，劳动强度大；
04 不适合应变变化较大区域的应 变测量。
应变电测法
在量测过程中， 常某些物理量发生的变 化，先变换为电量的变 化，然后用量电器进行 量测，这种方法称为电 测法或非电量的电测部应力分布情况， 特别是结构危险截面的应力分 布及最大应力值。是评定结构 工作状态的重要指标，也是建 立结构理论的重要依据。
直接测定应力比较困难，目前 还没有较好的方法，一般方法 是先测定应变ε，而后通过应力 应变的关系间接测定应力或由 已知的关系曲线查得应力。
一般是用应变计测出试件在一 定长度范围 内的长度变化 ，再 计算出应变值 。测出的应变值 实际上是标距L内的平均应变， 因此注意 的选择，特别是对结 构应力梯度较大或应力集中的 测点， 应尽量小。
应变电测法的优点
04 变换元件体积小、质量轻，可安装在形状复杂而空间 甚小的区段内，且不影响欲测结构的静态及动态特性;
应变片电桥实验报告
一、实验目的1. 理解应变片电桥的工作原理及组成。
2. 掌握应变片电桥的测量方法及操作步骤。
3. 分析应变片电桥的输出特性，包括灵敏度、非线性误差和温度误差等。
4. 了解应变片在力学测试领域的应用。
二、实验原理应变片电桥是一种将应变信号转换为电信号的传感器。
当应变片受到外力作用时，其电阻值发生变化，通过电桥电路将这种变化转换为电压输出。
电桥电路由四个电阻组成，其中两个电阻为应变片，另外两个电阻为固定电阻。
应变片电桥的输出电压与应变片的电阻变化成正比，其关系式为：\[ U = \frac{R_1}{R_1 + R_2} \times U_{max} \]其中，\( U \) 为输出电压，\( R_1 \) 和 \( R_2 \) 为应变片电阻，\( U_{max} \) 为电源电压。
三、实验仪器与设备1. 应变片电桥传感器2. 电桥电源3. 数据采集系统4. 计算机5. 加载设备（如砝码、力传感器等）四、实验步骤1. 将应变片电桥传感器安装于加载设备上。
2. 将应变片电桥传感器与数据采集系统连接。
3. 启动数据采集系统，设置采样频率和采样时长。
4. 对应变片电桥传感器施加不同大小的力，记录对应的应变值和输出电压。
5. 分析应变片电桥的输出特性，包括灵敏度、非线性误差和温度误差等。
五、实验结果与分析1. 灵敏度：应变片电桥的灵敏度表示单位应变引起的输出电压变化。
通过实验数据计算得到应变片电桥的灵敏度为：\[ S = \frac{ΔU}{Δε} \]其中，\( ΔU \) 为输出电压变化，\( Δε \) 为应变变化。
2. 非线性误差：应变片电桥的输出电压与应变之间存在非线性关系。
通过实验数据绘制输出电压与应变的关系曲线，分析非线性误差。
3. 温度误差：应变片电桥的输出电压受温度影响较大。
通过实验数据绘制输出电压与温度的关系曲线，分析温度误差。
六、实验结论1. 应变片电桥能够将应变信号转换为电信号，具有较高的灵敏度和稳定性。
材力力学实验—应变片粘贴与电测法
动态应变仪
电测法(应变仪)的工作原理3
应变仪的接桥方式:
• ¼ 桥(单臂桥)
桥路中R1 为应变片, R2 为温度补偿片(阻值,型号完全一样, 并贴在相同测试材料上的应变片. 用以抵消温度影响) 其余为固定电阻
• ½ 桥(半桥)
桥路中R1, R2 均为应变片, 其余为固定电阻
• 全桥
桥路中R1~ R4 均为应变片
材力实验注意事项
1、实验占《材料力学》课程考试总成绩的20分。 其中：平时的实验及报告10分, 期末的实验考试占10分。
2、实验完成后，试验机要卸载, 仪器要断电, 整理器 材，保持实验桌面清洁整齐。
3、实验数据需经老师签字方为有效，且须与实验报告 同时上交（课后一周内由课代表收齐交到作业柜中或
任课老师处(主南106)。
应变片粘贴与电测法
• 变形体
应变的概念
l1
l2
(变形体沿L1方向的) 平均正应变: av =(l2l1)/l1
• 变形微体
(变形体在某点沿L1方向的) 正应变: =(dl2-dl1)/dl1
应变片的功能与结构
• 功能:
测量物体表面某一点,沿某个方向的正应变
• 结构:
敏感栅: 具有高电阻率的细金属丝/箔 如:康铜,镍铬等
基底和覆盖层; 胶膜(有机合成物) 固定和保护敏感栅
粘结剂: 将敏感栅固定在基底-覆盖层间
应变片的工作原理与应用局限性
• 工作原理:
应变片牢固地贴在试件表面上并随试件一同变形, 导致R = K
K –---应变片的灵敏度系数
• 应变片在电测法中的角色:
传感器: 将物体变形信号转化为电信号.
• 对桥
桥路中R1, R3 为应变片, R2, R4为温度补偿片
机械工程测试技术拓展实训实验教案实验二应变传感器性能实验
实验二：应变传感器性能实验实验2.1 金属箔式应变片——单臂电桥性能实验一、实验目的1、了解金属箔式应变片的应变效应，应变式传感器的工作原理；2、掌握单臂测量电路的工作原理。
二、实验内容1、记录所加重量与电桥电压输出数据；2、计算灵敏度、非线性误差δ。
三、实验原理、方法和手段电阻丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值发生变化，这就是电阻应变效应，描述电阻应变效应的关系式为：。
式中：为电阻丝电阻相对变化，K 为应变灵敏系数，为电阻丝长度相对变化。
金属箔式应变片就是通过光刻、腐蚀等工艺制成的应变敏感元件，通过它转换被测部位受力状态变化。
电桥的作用完成电阻到电压的比例变化，电桥的输出电压反映了相应的受力状态。
对单臂电桥输出电压。
四、实验条件主机箱（±4V 、±15V 、电压表）、应变式传感器实验模板、托盘、砝码、数显万用表。
五、实验步骤应变传感器实验模板说明：实验模板中的R 1、R 2、R 3、R 4为应变片，没有文字标记的5个电阻符号下面是空的，其中4个组成电桥模型是为实验者组成电桥方便而设，图中的粗黑曲线表示连接线。
εK R R =∆/R R /∆L L /∆=ε4/01εEK U =图 2-1应变式传感器单臂电桥实验安装、接线示意图1、根据图2-1安装、接线。
应变式传感器已装于应变传感器模板上。
传感器中4片应变片和加热电阻已连接在实验模板左上方的、、、和加热器上。
传感器左上角应变片为；右下角为；右上角为；左下角为。
当传感器托盘支点受压时，、阻值增加，、阻值减小，可用数显万用表进行测量判别。
常态时应变片阻值＝＝＝＝，加热丝阻值为左右。
2、放大器输出调零：将图2-1实验模板上放大器的两输入端口引线暂时脱开，再用导线将两输入端短接（V i ＝0），调节入放大器的增益电位器大约到中间位置（先逆时针旋到底，再顺时针旋转2圈），将主机箱电压表的量程切换开关到2V 档，合上主机箱电源开关；调节实验模板放大器的调零电位器，使主机箱电压表显示为零。
电测实验报告
电测实验报告电测实验报告电测实验报告电测法就是将物理量、力学量、机械量等非电量通过敏感元件转换成电量来进行测量的一种方法，是实验应力分析的重要方法之一。
电测法以测量精度高、传感元件小和测量范围广等优点，在民用建筑，医学，道路，桥梁等工程实践中得到广泛应用。
一、实验目的1.了解电测法的基本原理；2.熟悉悬臂梁的结构及应变特性；3.学会用电测法测量。
4.制作一电子秤，并确定其量程，计算线性度和灵敏度。
二、实验仪器、设备和工具等强度悬臂梁实验仪，精密数字测量仪，砝码，砝码盘，数据线，游标卡尺，钢板尺。
三、实验原理1.主要仪器介绍以弯曲为主要变形的杆件称为梁。
一端固定，另一端自由的梁为悬臂梁。
为了使悬臂梁各个截面的弯曲应力相同,随着弯矩的大小相应地改变截面尺寸,以保持相同强度，这样的悬臂梁称为等强度悬臂梁。
等强度悬臂梁实验仪由已粘贴好电阻应变片的等强度梁、支座、水平仪、调节螺钉和加载砝码等组成，如图1所示。
本实验用电测法测量等强度悬臂梁的应力、应变。
电阻应变片是能将被测试件的应变转换成电阻变化的敏感元件。
它由敏感栅、基片、覆盖层、引线四部分组成，如图2所示。
其中，敏感栅是用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；覆盖层是用来护敏感栅的；粘贴剂用来将敏感栅固结在覆盖层和基底之间。
精密数字测量仪是常用的应变传感器测量仪。
当电阻应变片将电阻值的变化转化为电压的变化后，经过精密数字测量仪放大器的放大处理，最后换算成输出与应变成正比的模拟电信号。
再经放大处理，经A/D转换，将模拟信号转换成数字信号输出。
2.电测法基本原理电测法基本原理，是将金属丝等制成的电阻应变片贴在构件待测应变处，当构件受力变形时，金属丝亦随之伸缩，因而其电阻也随之改变。
电阻改变量与金属丝的线应变之间存在一定的关系。
通过电阻应变仪将电阻改变量测出，进而可得到构件所测部位的应变。
应变测试方法
测量的基本概念
线性度 －要求输入与输出的关系是线性； 灵敏度 －输出的变化量与输入变化量的比值； 滞后现象 －输入量增、减时，输出量不同，出明显滞后现象； 灵敏度与分辨率 －当输入量由零增大时，能够测量到的最小值称为灵
敏度； 零飘与温飘 －输入量不变，环境温度不变，输出量随时间变化成
为零飘；外界温度变化所引起的变化成为温飘；
将应变片贴于平面应变场中．若沿应变片轴线方
向的应变记为 x，垂直于轴线方向的横向应变记
为 ， 剪y 应变记为 ，则 x y应变片敏感栅的电阻相
对变化可表示为下式：
பைடு நூலகம்
R RKxxKyyKxyxy
RRKxx Kyy
H Ky 100% Kx
电阻应变片的性能参数
温度效应： - 当电阻应变片安装在无外力作用、无约束的构件表面上时，
电阻应变片的构造
电阻应变片的性能参数
横向效应系数(H): 通常要求应变片的指示应变值只反映构件b 表面的应变片轴线方向上的应变。然而， 应变片的敏感栅中除了有纵栅外，还有圆 弧形或直线形的横栅，横栅的电阻变化是 由于构件表面轴向应变和横向应变共同作 用的结果，因此应变片具有横向效应H。
电阻应变片的参数－H
电阻应变片的性能参数
稳定性
电阻应变片的稳定性是指在工作条件恒定的情下， 经历规定的时间后，仍能保持原有性能参数的能 力。它是反映电阻应变片长期静态工作能力的重 要性能。通常，电阻应变片的稳定性用应变片的 电阻值漂移和蠕变大小来表示。
应变片的分类：
应变片的分类：
应变片的分类：
－1953年．P·杰克逊利用光刻技术，首次制成了箔式应 变片，随着微光刻技术的进展，这种应变计的栅长可 短至0.178mm
机械测试技术实验
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：应变片的粘贴一、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二、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l 、截面积为S 、电阻率为ρ的金属丝，在未受力时，原始电阻为： lR Sρ= （1－1） 当金属电阻丝受到轴向拉力F 作用时，将伸长l ∆，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ρ∆，故引起电阻值的变化R ∆。
对式（1－1）全微分，并用相对变化量来表示，则有：R l S R l S ρρ∆∆∆∆=-+ （1－2） 式中的l l∆为电阻丝的轴向应变，用ε表示，常用单位με（61110/mm mm με-=⨯）。
若径向应变为rr∆，电阻丝的纵向伸长和横向收缩的关系用泊松比μ表示为：()r l r l μ∆∆=-，因为2S rS r∆∆=，则（1－2）式可以写成：0(12)(12)R l l l l k R l l l lρρμμρρ∆∆∆∆∆∆∆=++=++÷= （1－3） 式（1－3）为“应变效应”的表达式。
0k 称金属电阻的灵敏系数，从式（1－3）可见，0k 受两个因素影响，一个是(12)μ+，它是材料的几何尺寸变化引起的，另一个是ρρε∆，是材料的电阻率ρ随应变引起的（称“压阻效应”）。
对于金属材料而言，以前者为主，则012k μ≈+，对半导体，0k 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02k =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。
应变片实验报告
一、实验目的1. 了解应变片的工作原理和性能特点。
2. 掌握应变片在电桥电路中的应用。
3. 学习如何通过电桥电路测量应变片的电阻变化。
4. 分析应变片的线性度、灵敏度等性能指标。
二、实验原理应变片是一种将力学量（如应力、应变等）转换为电阻变化的传感器。
其工作原理基于应变片材料的电阻应变效应，即当材料受到外力作用时，其电阻值会发生相应的变化。
本实验采用金属箔式应变片，通过电桥电路将应变片的电阻变化转换为电压输出。
三、实验器材1. 金属箔式应变片2. 电桥电路3. 测量电路4. 稳压电源5. 数字多用表6. 负载（砝码）7. 支架四、实验步骤1. 将金属箔式应变片粘贴在支架上，确保其受力均匀。
2. 搭建电桥电路，将应变片接入电桥电路中。
3. 调整电桥电路，使电桥处于平衡状态。
4. 在应变片上施加不同大小的力，观察电桥电路输出电压的变化。
5. 记录不同力值下电桥电路的输出电压。
6. 分析应变片的线性度、灵敏度等性能指标。
五、实验结果与分析1. 线性度分析通过实验数据，绘制应变片电阻值与应变值的关系曲线，观察曲线的线性度。
实验结果表明，金属箔式应变片的线性度较好，满足实际应用需求。
2. 灵敏度分析计算应变片在不同应变值下的电阻变化率，即灵敏度。
实验结果表明，金属箔式应变片的灵敏度较高，能够有效地将力学量转换为电阻变化。
3. 温度影响分析观察应变片在不同温度下的电阻变化，分析温度对应变片性能的影响。
实验结果表明，金属箔式应变片对温度的敏感性较高，需要考虑温度补偿。
六、实验结论1. 金属箔式应变片是一种将力学量转换为电阻变化的传感器，具有较好的线性度和灵敏度。
2. 电桥电路能够有效地将应变片的电阻变化转换为电压输出，适用于实际应用。
3. 需要考虑温度对应变片性能的影响，采取相应的补偿措施。
七、实验拓展1. 研究不同类型应变片的性能特点，比较其优缺点。
2. 探讨应变片在不同领域的应用，如力传感器、位移传感器等。
测试的技术实验指导
第二部分基本实验指导1 机械参数综合测试系统的组成一、实验目的1、建立对机械参数电测技术的感性认识，了解测试系统的基本组成。
2、了解计算机测试系统的组成。
3、巩固和加深理解电阻应变片测量原理。
4、认识常用的各类传感器，了解其工作原理及应用。
二、实验原理1、实验装臵的组成：由一自由端受动载荷激振的等强度梁，并在其上安装了各种类型的传感器如图1所示。
图1 实验装臵组成2、典型的测试系统：3、信号变换：悬臂梁在动载激振力的作用下，其力学、运动学参数分别由各类传感器将这些待测的非电参数的变化转换成电量的变化。
应变（ε）——电阻应变片的阻值变化(ΔR/R)-——电压变化位移（S）——差动变压器传感器的电压变化速度（V）——磁电式速度传感器的电压变化加速度（a）——压电式加速度传感器的电荷的变化频率（f）——光电转速传感器的光电流的变化4、信号测量：由于经传感器转换所得的电量一般都是很微弱的，不能直接显示或记录下来，必须经过测量电路将这些微弱信号进行放大处理，其测量所用的仪器如下：5、信号分析悬臂梁在受迫振动下，由上述方法测得的五个参数，根据示波图可进行计算、分析。
6、包含信号处理功能的测试系统用典型的CRAS采集、分析处理系统，对信号测试过程的各个环节进行计算机采集、分析处理实验。
三、主要仪器及耗材静态数字电阻应变仪、悬臂梁实验台、压电式加速度传感器、电荷放大器、ＹＤ２８－Ａ型动态电阻应变仪、DRVI虚拟仪器、计算机。
四、实验内容和步骤1、利用金属材料的特性，将非电量的变化转换成电量的变化，应变测量的转换元件为应变片，用粘结剂将应变片牢固地贴在试件上，当被测试件受到外力作用长度发生变化时，粘贴在试件上的应变片也发生相应变化，应变片的电阻值也随着发生了变化，这样就把机械量——变形，转换成电量——电阻值的变化。
用灵敏的电阻测量仪器——电桥，测出电阻值的变化，就可以换算出相应的应变，如果这个电桥用应变来刻度，就可以直接读出应变，完成非电量的电测。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
结构试验报告
实验（一）
机械式仪表和应变片电测方法实验
一、实验目的
1、掌握结构试验常用的几种机械式量测仪表及传感器的工作原理、构造及安装和测读方法；
2、掌握电阻应变片的选择、粘贴、检验和引线焊接等工艺；
3、掌握静态电阻应变仪的使用方法、标定和常见故障的排除；
4、为实验二的试件作贴片准备。
二、实验用具及设备
1、等强度悬臂钢梁一套，含砝码（1*3+0.5*4=5公斤）；
2、百分表二块；
3、磁性百分表支座一套；
4、曲率仪支架一套；
5、短标距电阻应变片，各3-5片，作贴片练习和试验用，另有3-5片长标距电阻片为准备试验（二）所用；
6、工具箱一个：钢尺一把、镊子、电烙铁、棉花、砂布、丙酮、松香、导线等；
7、仪器设备：数字万用表一个、静态电阻应变仪一台；
8、试验二用混凝土棱柱体试件一块。
三、试验步骤
小组讨论实验加载和测量方案，之后开始实验；
1、粘贴电阻应变片：
①在等强度梁上按试验测量应变的需要标出贴电阻片的数量和位置：
②用数字万用表，测应变片阻值，进行分类编组，选出工作片、补偿片；
③严格按照操作工艺，在钢材或混凝土表面进行贴片工作；
④检查电阻应变片粘贴质量，包括外观及量测电阻片阻值和绝缘电阻；
⑤焊接引线，之后重复上述测量。
2、电阻应变仪的使用：
①熟悉静态电阻应变仪的使用及读数；
②测量等强度悬臂钢梁上，各应变片的应变值初读数；
3、在等强度悬臂钢梁上安装百分表、曲率仪（杠杆应变仪）；
4、记录仪表所在位置的X值；
5、根据预习报告的计算结果设计试验记录表格，并记录各仪表初读数；
6、按预习报告的计划对等强度悬臂钢梁进行分级加载，分级卸载，记录读数；卸载分级与加载分级相同，共分（3-5）级，记录并校核各仪表读数；
7、整理记录资料，全组同学清点并整理试验用设备和工具，请任课老师检查后离开实验室；
8、核对实验之后编写实验报告的信息是否完整；
9、试验记录要求：
①记录各量测仪表在等强度钢梁上的位置，画出示意图；
②试验原始记录需要记录在事先编制的记录表格中，试验加载数据记录过程中边记录、边计算；
③每级荷载施加完成后，计算每个测点量测值的增量，比较数据的发展变化规律；
④第一遍加载卸载结束后计算试验值与理论值之间的对比关系；
⑤试验原始记录只能杠改，不得用橡皮涂改；
⑥有两组有效数据，即小组成员在试验过程中虽有分工，但要及时轮换，为每位同学提供动手试验的机会。
小组讨论实验二的应变片布置方案，按照小组确定的贴片方案，在试件上贴片为实验二做准备。
四、试验数据记录与处理
1、原始数据记录
本组在使用应变片进行电测时使用方案二（应变仪读数是实际应变的2倍）。
挠度测量位置：两次加载离固端位置均为196mm
应变测量位置：两次加载离固端位置均为120mm
曲率测量位置：两次加载离固端位置均为104mm
测量前对等强度梁尺寸复测量：l=300mm、b=46m、bo=9mm、h=3.5mm
电测中电阻阻值合格：
第一次加、卸载
第二次加、卸载
经过对比：第二次加卸载试验数据比较理想，故后面分析以第二次加、卸载测量数值为基础。
2、计算出各级荷载下的实测应变、曲率及挠度
实测挠度可通过仪器直接读出，应变可经简单换算得出，而曲率仪上的读数设为i ，则可计算出实测的曲率半径为：
12500
()2i i ρ=+
计算结果：
(
(
3、比较由实测应变值推算的曲率和由实测挠度值推算的曲率
由应变值推算曲率
根据理论推导的结果，
，
由此可得：（式中，y = 1.75mm ）
由挠度值推算曲率
根据理论推导的结果，
因此，(根据实验记录，L – x =196 mm)
理论曲率
结果分析：
由上述表格可以读出，由实测应变推算的曲率与理论值较为接近，而由挠度推算的曲率与理论值相差较大。
原因分析：
应变是通过电桥测得，挠度则是通过机械仪器测得，这两者测量的原理完全不同，不过一般来说，电测方法与机测方法相比更为准确，在使用挠度仪的过程中外部轻微的扰动就可能对结果产生一定的误差，且使用挠度仪本身的精度就比使用电桥要低。
所以使用应变计算得到的曲率值要比使用挠度计算得到的曲率值更加接近理论值。
4、比较应变、挠度的理论值与实际值 理论应变：2
6Pl
Ebh
ε=
理论挠度： （L-x=196mm ）
(
) (
误差原因分析：
（1）挠度产生误差的原因：1）挠度与测量点有关，进行挠度理论值计算时需测量测点到悬臂端的距离，测量读数可能存在误差；2）使用挠度仪的过程中外部轻微的扰动，如桌子的晃动等，就可能对结果产生一定的误差。
（2）应变产生误差的原因：应变是通过电桥测得。
应变片的测量受很多因素的影响，电路中阻值的测量并非精准会导致测量误差；而且在测量的过程中应变片与钢梁必须紧密粘结，才能真实反映应变，如果粘结不紧密，可能会使测量值偏小，这可能是实验值偏小的原因。
（3）理论值计算误差：实际情况与理论计算存在一定的误差。
理论计算中使用了等强度梁的理想模型，将梁看做三角形进行计算，但是为了加载的方便梁端并非是尖的，这使得纯理论结果和实际有一定的偏差。
5、画出悬臂端的荷载一挠度曲线
悬臂端挠度表如下：
五、总结
简述机测及电测应变的优缺点和各自适用的环境
① 机测：
优点：测量器材较为便宜，测量过程简单易操作，适于复杂恶劣的测试环境，且适合用于长期的检测。
缺点：测量结果的精度较低，无法动态测量应变。
适用环境：常用于现场测量，适于测量实际结构的应变，且适用于恶劣环境下精度要求较低的应变测量。
② 电测：
优点：测量精度高，最小可达微应变，常温静态测量精度达1-2%。
尺寸小、重量轻，一般不会干扰构件的应力状态。
常温箔式应变计最小栅长0.2mm ，可测应力集中。
输出电信号，便于数据的储存和处理。
缺点：测量器材较为昂贵，测量的过程操作复杂繁琐，测量方法多为逐点测量，不易得到构件全域应力应变场，一般只能测量构件表面状，因为电子构件在长期使用的过程中阻值等会发生改变，因此其不适合于长期应变的检测。
适用环境：动态应变应力测量，结构构件、金属、非金属材料表面应力测量，高压液下高低温条件下应力测量等。
六、思考题
1、选用量测仪表时应考虑哪些方面？ （1）、测量仪器不应该影响结构的工作，要求仪器自重轻、尺寸小，尤其是对模型结构试验，还要考虑仪器的附加质量和仪器对结构的作用力。
（2）、测量仪器具有合适的灵敏度和量程。
（3）、安装使用方便，稳定性和重复性好。
（4）、价廉耐用，可重复使用，安全可靠，维修容易。
（5）、在达到上述要求条件下，尽量要求多功能，多用途，以适应多方面的需要。
2、温度补偿片的作用，半桥接法时温度补偿片如何接桥臂？
温度补偿片的作用：由于环境温度变化的影响，通过应变片的感受，可引起电阻应变仪指示部分的示值变动，这种变动称为温度效应。
消除温度效应的方法称为温度补偿，具体来说是指运用桥路的加减特性，合理布片、有效利用温度补偿片正确组桥，以消除温度给应变测量带来的影响。
试验时，选一个与试件材质相同的温度补偿块粘贴补偿片（应变片规格、粘贴工艺，温度环境与工作片相同），用相同的导线接在桥路工作臂的邻臂上。
根据电桥邻臂输出相减的原理，达到温度效应所产生的应变得以消除的目的。
半桥接法时温度补偿片接桥臂：
两枚工作片R1、 R2分别接在相邻的两个桥臂AB 、BC 臂上，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：
121212()()44AC AC
BD U R R KU U R R εε∆∆∆=
-=-
R1、R2的温度电阻变化率相等，即：(ΔR1/ R1)T=(ΔR2/ R2)T 。
根据桥路特性，在同样
的温度环境中，它们因温度影响而产生的温度效应是相同的，二者在桥路中相互抵消。
从而不必接温度补偿片就消除了温度的影响。
这时桥路的输出电压为：
1212()4DB E R R U R R ∆∆∆=
-。