悬臂梁的应力测试应变片课程设计

题目：应变片课程设计

悬臂梁的应力测试

2015 年 1 月

一、力学篇应变实验课程设计细则 ------------------- 3

二、实验器材 ------------------------------------- 4

三、实验预想步骤 --------------------------------- 4

四、实验操作步 ----------------------------------- 5

五、实验数据及分析 ------------------------------- 8

六、电阻应变片的选择 ----------------------------- 8

七、电阻应变片的粘贴工艺 ------------------------ 18

八、实验心得 ------------------------------------ 20

前言

应变式传感器可以用来检测：位移压力力矩应变温度湿度光强辐射热加速度液体流量等物理参数。目前是国内外应用量最为广泛的一种传感器，它在世界上占各类传感器80%以上。

本次课程设计根据实验室条件和应变式传感器的特点，从应变片粘贴工艺要求设计机械结构测点布置应变片电源电路应变片补偿电路检测误差分析构建圆筒偏载试验等为题，使学生从简单受力结构分析入手，运用计算机模拟软件确定测点布置，结合动手具体粘贴应变片，对应变片实测数据校准整定；从而完成一个完整的测试工作。

一、任务设计与要求

1 应用力学知识（理论力学材料力学），运用软件ansys分析简支梁受力集中区，确定测点布置位置，采用钢板尺作为测试对象，验证理论分析和仿真分析及实验分析的结果一致性；

2 应用力学知识（理论力学材料力学），运用软件ansys分析悬臂梁受力集中区，确定测点布置位置，采用钢板尺作为测试对象，验证理论分析和仿真分析及实验分析的结果一致性；

3 应用力学知识（理论力学材料力学），运用软件ansys分析传动轴受力集中区，确定测点布置位置，采用钢板尺作为测试对象，验证理论分析和仿真分析及实验分析的结果一致性；

以上力学分析，结构分析需回答并完成以下问题：

（1）应变片的种类及选取问题；

（2）每位学生需要利用AUTOCAD绘制一副应变片的2D图；（3）运用proE或其它软件绘制测试对象3D图；

（4）运用力学理论分析其受力情况；

（5）将3D图导入ansys分析软件进行仿真分析；

（6）并运用应变片粘贴工艺知识，选取相应的粘合剂；

（7）完成相应的应变片粘贴过程，并进行粘贴质量检查；

（8）导线的连接与固定，并对粘贴后的应变片进行标定；

（9）布线和组桥方法，多个应变片误差的计算；

（10）根据上述测试过程，针对起重机电机传动选取国内外标准传感器，构建实验，并注明相应的参数选取原因。

二、实验器材

电阻应变片2个、钢尺板1个、塑料直尺2个、502胶水一管、胶带若干、导线若干、100欧电阻两个、干净电路板一个、蜡烛一支、万用表、5V电源。其它辅助工具及器材皆取自实验室。

三、实验预想步骤

1、用ansys软件将悬臂梁形变时的应力变化并确定最大应力点，然后截图。

2、在钢尺板上确定应变片粘贴点并用砂纸打磨干净。

3、选取相应的胶水将应变片粘贴在钢尺板两面的粘贴点上，然后蜡封，最后用万用表检验应变片是否存在短路现象，如果短路，重新实

验，如果没有短路，则进行以下步骤。

4、在干净的电路板上建立电路桥。

5、将应变片、电路板及电源连接起来。用万用表测量起始电压、应变片的电阻。

6、给悬臂梁施加力，测量悬臂梁变性后两应变片的阻值和电路电压。

7、整理并分析数据，得出实验结果。

四、实验操作步

1、运用ansys软件仿真

钢尺碳素工具钢弹性模量2.00-2.20 e11 泊松比0.24-0.28 拉伸强度600MPa 屈服强度355MPa

得到结果最大应力472MPa 最大应变6.36cm

经过力学理论与ANSYS仿真比较，确定粘贴位置。

2、在钢尺板的粘贴点上用砂纸打磨干净。

3、用选定的502胶水将应变片粘贴在钢尺板两面的粘贴点上，然后蜡封，最后用万用表检验应变片是否存在短路现象，如果短路，重新实验，如果没有短路，则进行以下步骤。得出两个应变电阻值为121.4欧。

4、应变片结构俯视图

5、在干净的电路板上建立电路桥。

6、连接电路，测的电源电压为4.78V。U01=2.08V。

给悬臂梁施加4N力使之发生形变，待形变稳定后，测得应变片阻值R1=122欧，R2=120.8欧，U02=2.17V。

五、实验数据及分析

R1 R2 R3 R4 E U0 应变片

压力值

0 N 100 100 121.4 121.4 4.78 2.08

4 N 100 100 122 120.8 4.78 2.17

六、电阻应变片的选择

1、电阻应变片的工作原理：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

程结构件的内部形变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，在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。

2、电阻应变片的分类：电阻应变片应用最多的是金属电阻应变片和半导体应变片两种。金属电阻应变片又有丝状应变片和金属箔状应变片两种。通常是将应变片通过特殊的粘和剂紧密的粘合在产生力学应变基体上，当基体受力发生应力变化时，电阻应变片也一起产生形变，使应变片的阻值发生改变，从而使加在电阻上的电压发生变化。这种应变片在受力时产生的阻值变化通常较小，一般这种应变片都组成应变电桥，并通过后续的仪表放大器进行放大，再传输给处理电路（通常是A/D转换和CPU）显示或执行机构。

3、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的改变，这一物理现象称为“电阻应变效应”。

4、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）、金属导体在受到应变作用时将产生电阻的变化，拉伸时电阻变大，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。

6、半导体的应变灵敏度：半导体材料之所以具有较大的电阻变化率，