结构试验指导书

实验一应变片的选择和应变仪的使用一、应变片的选择和粘贴1、实验目的①掌握电阻应变片的筛选原则和方法。

②学习常温电阻应变片的粘贴技术。

2、实验仪表及器材电桥，兆欧表，万用表，黏结剂（502胶），等强度梁试件和补偿块，常温应变片及接线端子，电烙铁，镊子，砂布，锉，聚乙烯塑料薄膜，酒精棉，丙酮，钢尺，划针，引线若干和蜂蜡。

3、实验方法和步骤（1）)电阻应变片的筛选①剔除丝栅有形状缺陷、断栅和缺少引线、片内有气泡、霉斑、锈点等的应变片。

②用电桥或高精度的数字万用表测量应变片的电阻阻值，进行分组，每组应变片的阻值相差最大不得超过应变仪可调平衡的允许范围之半，一般按0.2Ω级差分组；选择其中一组的应变片进行试验。

③记录应变片的灵敏系数K=__________________。

（2）电阻应变片的粘贴①在等强度梁上的应变测试位置用钢尺和划针划出应变片的定位线（应变片的粘贴位置由试验课老师确定），再用0号砂布打磨平整，最后用镊子夹住酒精棉蘸丙酮沿一个方向反复擦拭，直至擦拭的酒精棉干净为止。

②待测点的丙酮挥发后打开502胶的瓶盖，左手捏住应变片的引线，右手向应变片的基底面涂抹胶水，胶水要涂抹的匀而薄（使用502胶时要特别注意安全），校正好应变片的粘贴方向并将其摆放好，马上在应变片的上面铺盖聚乙烯塑料薄膜，用手指稍加力沿应变片的一个方向连续滚压挤出多余的胶水和粘接层中的气泡，使应变片粘贴得更加牢固，待502胶固化后将聚乙烯塑料薄膜反折180°轻轻扯下。

③粘贴好应变片后轻轻地将应变片的两个引出线从胶层中拨离出来，然后用502胶将接线端子紧贴应变片基底的边缘粘贴好。

用电烙铁在接线端子上挂锡，再将应变片的引出线与接线端子焊接牢固，并剪掉多余的引出线。

（3）应变片粘贴质量检验①首先进行外观检查。

观察粘接层是否有气泡存在及粘贴应变片的方向与应变测量的方向是否重合。

若粘接层存在气泡应铲除应变片重新粘贴，方向误差过大也应重新粘贴。

②利用万用表对应变片粘贴的内在质量进行检查。

将万用表拨到电阻档选择与应变片电阻值高一档电阻测量位置，测量应变片的电阻阻值，如果测量阻值与应变片原电阻值相差较大，则视为不合格，需铲除后重新粘贴。

再用兆欧表测量应变片栅线与结构间的绝缘电阻，测量的绝缘电阻阻值应大于20 MΩ为合格，否则应变片应铲掉重新粘贴。

（4）固定测量导线将导线焊接在接线端子上，然后用不锈钢薄片做卡子，使用手提式点焊机将其牢固地点焊在接线端子附近的结构上。

（5）应变片的防护在应变片、接线端子和导线的裸露部分上熔滴一层蜂蜡作为保护层。

4、实验报告要求①记述应变片粘贴过程。

②记录粘贴不合格的应变片的情况。

二、应变仪的使用1、实验目的①掌握静态电阻应变仪的操作规程。

②掌握静态电阻应变仪进行单点应变测量的基本原理。

③学会应变片半桥和全桥测量应变的接线方法。

2、实验仪器和设备静态电阻应变仪、已粘贴好应变片的等强度梁和补偿块。

（1）静态电阻应变仪静态电阻应变仪主要由电桥和放大器组成。

其主要作用是配合应变片组成测量电桥，并对桥路的输出信号进行放大，以便显示器进行正常的工作。

静态电阻应变仪的测量桥路采用惠斯顿电桥。

惠斯顿电桥四个电阻中任何一个都可以是应变片电阻，当四个电阻相等时，电桥输出为零，称之为“电桥平衡”。

事实上，实际的应变仪电路是比较复杂的，以YJR一5A型静态应变仪为例，当使用60～600 Ω不同阻值的应变片时，对测量的影响极小，一般测量误差在0.11％以内。

当采用半桥测量应变时，应变仪显示的应变ε=ε1-ε 2 （实-1）式中：ε——应变仪显示的应变值；ε1——测量应变片R。

的测量应变值；ε2——补偿应变片R：的测量应变值。

当应变片组成全桥应变测量桥路时，应变仪显示的应变ε=ε1-ε2+ε3-ε 4 （实-2）式中：ε1，ε2，ε3，ε4——应变片R1、R2、R3、R4上测量的应变值；ε——应变仪显示的应变值。

（2）YJR-5A型静态应变仪主要技术指标应变测量范围：0～±19 999 με分辨率：1με零点漂移： 2 h内不大于±3με电阻平衡范围：应变片阻值120 Ω时为±0.6Ω供桥电压：直流2.5V（3）YJR-5A应变仪正常的工作条件①环境温度：20±5℃，温度变化速度不超过1℃／h：②环境湿度：相对湿度不超过85％；③环境无腐蚀性气体；④环境无工频强磁场干扰，电源电压波动范围不超过额定值的3％；⑤预热30 min。

YJR-5A应变仪允许使用的环境温度：0～40℃；允许电源电压波动范围为-10％～+5％。

（4）YJR．5A应变仪的使用①将应变仪前面板上的电源、标定等开关按钮按出，这时电源开关置于关闭状态，标定开关置于无标定状态，把选择开关置于“0”。

②将应变仪的后面板D1、D2、D3三接线柱用三点连接片连接起来，并将接线柱旋紧，把标准电阻接到其下面的A、B、c接线柱上并旋紧，再将切换开关置于平衡，此时可以进行应变仪校准的工作。

应变仪校准时后面板上的接线板上不可接任何应变片和电阻，否则会影响应变仪标定的精度。

③接通220 V电源，开启电源开关，显示为“00000”。

将前面板的选择开关置于“1”，这时显示的数字是电桥不平衡的分量，调节前面板平衡电位器“1”使显示的应变值为0。

④应变仪平衡后就可以进行仪器的灵敏系数的调整，将标定开关按下，用调幅电位器进行调节，应变仪的灵敏系数K=2.0，当调节调幅电位器使应变显示5000 με，此时表示测量桥路中的应变片的灵敏系数K=2.0，根据使用应变片的灵敏系数调整应变仪的灵敏度。

⑤应变仪前面板的选择开关1~10与电位器1～10是一一对应的，与后面板接线柱1～10测点也是一一对应的。

如果测点数不超过10，使用本机就可以了；若测点数多于10，可配用P20R-5平衡箱，平衡箱每台测点数为20。

⑥进行半桥测量。

把标准电阻从A、B、C接线柱拆下（测量时A、B、C接线柱上不能接任何电阻和应变片），再把应变片接到后面板10点接线板上，A、B接测量应变片，B、C接补偿应变片，调节应变片接点所对应的平衡电位器调平衡即可。

以此类推，调好每一测量点，就可以进行应变测量。

⑦进行全桥测量。

把标准电阻拆下，取下D1、D2、D3上的连接片，用4片应变片组成测量电桥，接到后面板的接线板上，其中A、B和C、D接测量应变片，B、C和D、A接补偿应变片，调节平衡电位器，使其达平衡状态，以此调好每一测点，就可以进行应变测量了。

（5）使用应变仪时的注意事项①要求测量应变片与温度补偿片的阻值尽量相等，灵敏系数相同，测量片与补偿片的连接导线相同，这样便于平衡。

②应变仪尽量远离磁场源（电机、大变压器等），如有较大的磁场源，可改变应变仪的方向，应变仪可靠接地，这样可减少干扰。

③测量片和补偿片不受强阳光暴晒，避免高温辐射和空气剧烈流动的影响，补偿片粘贴在与构件相同的材料上，与测量片保持相同的温度。

应变片对地的绝缘电阻应大于20 M Ω。

利用等强度梁和补偿块的应变片在应变仪上进行半桥和全桥测量的组桥。

三、实验报告要求①写出实验的操作过程，电桥或万能表如何使用。

②你参与了哪些操作，有什么体会。

③简述你使用的电阻应变仪的使用方法。

④说明半桥和全桥连接方法。

实验二半桥、全桥测量等强度梁的应变一、实验目的①进一步熟悉静态电阻应变仪的操作规程。

②掌握静态电阻应变仪单点应变测量的基本原理。

③使用电阻应变仪对等强度梁一点的应变作半桥及全桥测量。

二、实验设备及仪表YJR-5A静态电阻应变仪，等强度标准钢梁，10N砝码（4个），直尺一把。

三、实验原理、方法及步骤1、测量A-A截面尺寸测量等强度梁A-A截面（粘贴测量应变片的截面）的尺寸，包括截面宽B、截面高H、截面到加载点的距离L，填于表A中。

2、调整电阻应变仪按实验一中学习的方法对静态电阻应变仪进行调整（等强度梁上的应变片已粘贴好，应变片的灵敏系数见实验一，按应变片的灵敏系数调整应变仪）。

3、测量A-A截面的应变下面按半桥和全桥两种情况分别进行接桥测量A-A截面应变。

（1）半桥接线与测1）半桥单补测量应变片R1贴在等强度梁A-A截面的接应力区，应变片R1两引线分别接于应变仪A 和B接线柱上，补偿应变片R2贴在补偿块上，应变片R2两引线分别接于应变仪B、C接线柱上，构成半桥单补测量桥路。

此时应变仪读出的应变值为ε=ε1（实-1）式中：ε1——等强度梁A-A截面应变。

半桥单补实验时应变仪显示的应变值填于表B中。

表B 半桥单补应变仪显示的应变测量结果（με）2）半桥互补在等强度梁A-A截面的拉压应力区分别贴应变片R1和R2，应变片R1和R2的引线分别接于A、B和B、C接线柱上。

由于电阻应变片R2既是测量片又是补偿片，称为半桥互补测量桥路，应变仪读出的应变值。

ε=ε1-ε2（实-2）又因为ε1=ε2，所以有ε=2ε1（实-3）半桥互补实验时应变仪显示的应变值填于表C中。

变值高一倍，所以等强度梁的半桥互补测量桥路测量应变的精度高。

（2）全桥接线与测量1）全桥单补在等强度梁A-A截面的拉应力区贴应变片R1和R2，将应变片R1和R3引线分别接于应变仪同一测点A、B和C、D接线柱上，补偿应变片R2和R4贴在补偿块上，分别将引线接于应变仪该测点B、C和D、A接线柱上，组成全桥单补测量电路，应变仪读出的应变ε=ε1-ε2+ε3-ε 4 （实-4）因R2、R4为补偿应变片，测得的应变是温度变化引起的应变，令这个应变为△，则ε2=ε4=△，ε1=ε3=ε1+△故ε=（ε1+△）-△+（ε1+△）-△=2ε 1 （实-5）全桥单补实验时应变仪显示的应变值填于表D 中。

倍，提高了测量应变的精度。

2）全桥互补在等强度梁A-A 截面的拉应力区贴应变片R 1和R 3，其引线分别接于应变仪A 、B 和C 、D 接线柱上，在压应力区贴应变片R 2和R 4，其引线分别接于应变仪B 、C 和D 、A 接线柱上，组成全桥互补测量电路，应变仪读出的应变ε=4ε 1 （实-6） 全桥互补实验时应变仪显示的应变值填于表E 中。

表E 全桥互补应变仪显示的应变测量结果 με对于等强度梁，全桥互补桥路测量应变的精度比半桥单补桥路测量应变的精度高4倍，比半桥互补桥路测量应变的精度高2倍，比全桥单补桥路测量应变的精度高2倍。

这说明针对具体的测试结构进行力学分析，选择适当的测量桥路，可以达到提高测量应变精度的目的。

全桥测量应变的优点是测量精度较高，缺点是组桥所用的应变片数量较多。

4、计算A-A 截面的理论应变值利用下式计算等强度梁A-A 截面的理论应变值26EBHPL L =ε式中：P ——实验荷截；E ——等强度梁材料的弹性模量，分别比较各种测量桥路实验时应变仪显示的应变值与理论计算应变值间是否满足给定的倍数关系，同时计算实验的误差。