电桥实验

静态电阻应变仪操作及应变片组桥实验

1 实验目的

⑴掌握静态电阻应变仪的使用方法；

⑵了解电测应力原理，掌握直流测量电桥的加减特性；

⑶分析应变片组桥与梁受力变形的关系，加深对等强度梁概念的理解。

2 设备仪器

⑴50KN电子万能试验机一台；

⑵静态电阻应变仪一台；

⑶等强度测试梁一套。

3 实验原理

图2－１实验装置图

实验装置如图2－1，梁的厚h=11.65mm 、宽b（X）=X/9 ，在X=200mm和X=300mm 处梁的上下表面沿对称轴方向粘贴了四片电阻应变片Ｄ1、Ｄ2、Ｄ3、Ｄ4。电阻片阻值：120Ω，灵敏度系数：2.12，电阻片长：5mm。由这四个电阻片在静态电阻应变仪上接成不同的测量桥路进行测量可以熟练掌握应变仪的使用。

实验中，要明确电阻应变片和静态电阻应变仪的测量原理：

⑴电阻应变片测量原理

目前常用的箔式电阻应变片是用0.003~0.01mm高阻抗镍铜箔材经化学腐蚀等工序制成电阻箔栅，然后焊接引出线，涂上绝缘胶粘固到塑料基膜上。使用时，只须把基膜面用特制胶水

牢固粘贴到构件的测点处。这样当构件受力变形时电阻应变片亦随之变形，则电阻应变片的电阻值将发生改变。其特性关系为：

ΔR/R 0∕ΔL/L 0=K

即是说，应变片电阻的改变率与长度的改变率的比为一常数K ，而长度的改变率ΔL/L 0=ε。 常数K 也称电阻应变片的灵敏系数，电阻应变片作为产品出厂时会给出K 、R 0、L 0 。 因此，只要有专门的电子仪器能测出应变片的电阻改变率ΔR/R 0，即可完成应力测量σ=E ε 这种专门的电子仪器已广泛应用，就是静态电阻应变仪。 ⑵静态电阻应变仪测量原理

静态电阻应变仪是依据惠斯顿电桥原理进行测量的。 惠斯顿电桥如图2－2所示：

图2—2 惠斯顿电桥

若在节点A 、C 之间给一直流电压V AC ，则B 、D 之间有电压输出V BD ，且V BD =（R 1R 3-R 2R 4）V AC /（R 1+R 2）（R 3+R 4），当R 1R 3=R 2R 4时，称电桥满足平衡条件，此时V BD =0，且由该电桥特性知当 R 1=R 2=R 3=R 4=R 时，电桥为全等臂电桥。

dV BD =

4

AC

V （ΔR 1/R-ΔR 2/R+ΔR 3/R-ΔR 4/R ） 由于电阻应变片有ΔR/R=K ε，上式可写成：

dV BD =K

4

AC

V （ε1-ε2+ε3-ε4） 即是说电桥输出电压与四个桥臂上电阻应变片所产生应变的代数和成正比。即

4 dV BD /K V AB =（ε1-ε2+ε3-ε4）

令4 dV BD /K V AB =ε 则ε=（ε1-ε2+ε3-ε4）。

这便是静态电阻应变仪测量原理。同时，也表明了测量电桥的加减特性。利用电桥的加减特性可以根据不同的测量需求实现单臂、半桥、全桥等测量。要记住的是静态电阻应变仪

BD

的显示值是微应变（με），ε=106

με。

4 实验步骤：

（一） 单臂测量

⑴把等强度测试梁上四个电阻应变片Ｄ1Ｄ2、Ｄ3、Ｄ4分别接入静态电阻应变仪的四路电桥的A B 两点；四路电桥的B 点短接连通，即可用一个电阻应变片进行温度补偿。把它接入一路电桥的B 、C 两点，形成公共补偿、实现多点测量。每个电桥的R 3、R 4两个桥臂电阻在应变仪内已接好，四路电桥各自形成一个测量回路。打开某路电桥，静态电阻应变仪显示窗即显示该路电桥所测的微应变值。温度补偿用电阻应变片是粘贴在与被测构件相同的材料块上，不受载、置于测试点附近的电阻应变片。其作用是补偿测试点环境温度变化对测量结果造成的误差，测量桥路如图2－3。此时，应变仪测量方式选择键应选“半桥测量”。

图2－３ 测量桥路

⑵开启电子万能试验机，按等量加载程序对试验梁加载。当F=0时，将静态电阻应变仪上四路电桥的输出值调为0。然后，当F 依次每增加500N 时，分别记录各路电桥测出的微应变值，直至加载程序结束。

附：实验数据记录表（表2-1）

A 1

A 2

A 3

A 4

B

C

测量片

（二）半桥测量

⑴在静态电阻应变仪某个测量电桥的A、B、C接点上按图2-4方法接入Ｄ1Ｄ2；Ｄ1Ｄ3；Ｄ1Ｄ4两个电阻应变片所进行的应变测量，称半桥测量。由电桥特性知：半桥测量可放大或抵消应变输出值。

B

C

D

A

B

C

D

A

B

C

D

图2-4

⑵开启电子万能试验机，按等量加载程序对试验梁加载。当F=0时，将静态电阻应变仪上所接电桥的输出值调为0。然后，当F依次每增加500N时，分别记录各电桥测出的微应变值于表

2—2，直至加载程序结束。

附：实验数据记录表（表2-2）

（三）全桥测量

⑴在静态电阻应变仪某个测量电桥的A、B、C、D接点上按图2－5方法接入Ｄ1、Ｄ2、Ｄ3、Ｄ4四个电阻应变片所进行的应变测量，称全桥测量。此时，静态电阻应变仪上测量方式选择键应取“全桥测量”。全桥测量可进一步放大或抵消应变输出值。

A

B

C

D

图2－５

⑵开启电子万能试验机，按等量加载程序对试验梁加载。当F=0时，将静态电阻应变仪上所接电桥的输出值调为0。然后，当F 依次每增加500N 时，分别记录该电桥测出的微应变值，直至加载程序结束。

5 实验结果处理

先求理论计算值：根据弯曲理论可知Ｄ1、 Ｄ3、测点受拉； Ｄ2、Ｄ4测点受压，并且为单向应力状态。其应力大小σ=6FX/bh 2

，又由虎克定律σ=E ε，在E=200Gpa 时，知：ε=6FX/Ebh 2

；此为被测点应变的理论计算值。

再求实验测量值：把各次实验数据记录表中F 每增加500N 时ε的增加值求出，应有5个ε的增加值。然后计算它们的算术平均值ε；此为被测点应变的实验测量值。理论计算值与实验测量值进行比较，可以验证和分析本次实验的成果，并写出试验报告。

6 思考题：

⑴单臂、半桥、全桥测量各有何特点？如何在实际测量中加以利用？ ⑵被测梁有何特点？试举出工程中的应用实例。