河海大学实验力学实验指导书

六、实验报告
1、实验装置示意图及桥路图 2、纯弯曲梁及实验装置的几何尺寸 3、实验记录 4、整理实验记录，编写实验报告 5、 本次实验存在的问题及改进意见。
4
实验三 应变式压力传感器的标定
一、 实验目的与要求
1、了解应变式压力传感器的工作原理及其特点； 2、熟悉应变式压力传感器的测量方法； 3、 掌握应变式压力传感器灵敏系数的标定方法，并进行实验误差分析。
料参数及尺寸有关，ε—应变仪读数。 二、标定方法 压力表
油路控制阀 4 压力传感器
油路控制阀 3
油路控制阀 2
油路控制阀 1
采用活塞式压力装置对应变式压力传感器进行灵敏系数标定。
5
1、调节活塞式压力装置。关闭阀门 1、3、4，打开阀门 2，逆时针转动活塞手轮，使 活塞内及管路中充盈液压油。顺时针转动活塞手轮，排出活塞内及管路中的空气，再逆时针 转动活塞手轮，使活塞内及管路中充盈液压油，使压力表读数为零，关闭油路控制阀 2。 2、打开阀门 3、4，关闭阀门 2，转动活塞手轮使校准托盘下的刻度线一致，此时压力 表读数为 0.4，再置一个 1Kg 砝码于托盘上，顺时针转动活塞手轮至刻度线一致时，此时压 力表读数因为 1.4Kg，压力装置校准完毕。 3、转动活塞手轮，使压力表读数为零，关闭油路控制阀 4。安装传感器到压力装置， 将输出端与应变仪连接，按应变仪操作规程调试仪器。顺时针转动活塞手轮，对传感器进行 分级标定。 4、标定时，严格按照应变计的量程范围要求进行，最大压力不超过 4Kg（0.4MPa） ， 严禁超范围。转动手轮逐级分档进行上行或下行的标定,每级 0.02～0.04MPa。 5、重复三次，分别测读压力、应变值。 6、标定完毕，各部件回零，整理实验台。 7、整理实验数据，编写实验报告。
全桥接法每个应变片的应变为： i 4
Ki K 指 i
其中 为应变仪测试的读数。
4、 应变片的平均灵敏系数及标准误差
K Ki n
（2.3）
式中
K—应变片的平均灵敏系数； n—抽样测定的片数。

1 2 ( Ki K ) n 1
（2.4）
式中 σ—灵敏系数的标准误差。
四、进行方法
1、 应变片在使用前进行以下几项基本性能的检验 （1）几何尺寸及外观 几何尺寸应一致，标距长度符合要求。丝栅平直，排列整齐， 无锈斑。 （2）初始电阻 应逐片量测应变片的初始电阻。为便于应变仪的调平，接在同一台 应变仪的应变片，阻值差不得大于 0.5Ω。否则不易调平。 （3）灵敏系数值 接在同一台仪器上的应变片，灵敏系数 K 值应相等，这样可减少 量测值的换算。
3
7、重复步骤 3～5 8、将应变片并联后接成半桥，使应变仪灵敏系数 K=2.00（选定其他值也可） 。 9、重复步骤 3～5 10、将一组应变片接上长导线后接成半桥，观测应变读数的变化。
五、计算公式
1、纯弯曲梁中点挠度（同实验一） 2、 纯弯曲梁上、下表面的应变与梁中点挠度的关系（同实验一） 3、 单个应变片的灵敏系数
实验二 应变片灵敏系数的标定（二）
一、目的与要求
1、熟悉应变片全桥的连接方法，并测出各种桥路应变与输出电压间的关系 2、熟悉应变片串联、并联后接成半桥、全桥的方法，并与单片测得的应变与输出电压 间的关系进行比较 3、了解长导线对应变量测的影响 4、掌握应变片灵敏系数的标定方法，并确定其误差。
二、应变片灵敏系数的标定原理（同实验一） 三、标定设备与布置（同实验一）
6
实验五
ZK-4VIC 型振动测试与控制
实验装置的组成、功能与使用方法
一、实验目的
1． 了解振动与控制实验装置的组成、安装和调整方法。 2． 学会激振器、传感器与测振仪的操作、使用方法。
3．学习了解虚拟式测试仪器的组成和使用。 二、ZK-4CZ2 型双通道测振仪的主要功能与使用
（一） 主要功能及技术指标 1. 信号发生器及功率放大器 内部信号发生器频率范围：1Hz～1kHz 频率精度：10Hz 以上：≤5%±1 字 功率放大器最大输出功率:>5W(当和内阻为 4Ω的激振器相配用时) 输出电流:>500mA(和 JZ-1 型激振器相配用,JZ-1 激振器的线圈电阻约 8Ω)。 读数精度:≤5%±1 字 2. 测量通道：工作频率范围: 10Hz~1kHz) 2 加速度: 0.01～199.9mm/s (单峰值) 读数精度: ≤5%±1 字 速 度: 0.01～199.9mm/s (有效值) 读数精度: ≤5%±1 字 位 移: 0.1～1999μm (峰-峰值) 读数精度: ≤5%±1 字 （二）使用说明
全桥桥路图：
四、进行方法
1、量测纯弯曲梁的几何尺寸，在梁的中点安装百分表，为保证接触良好，应有一定的 初读数。 2、将应变片接成全桥，使应变仪灵敏系数 K=2.00（选定其他值也可） 。 3、在两个砝码盘上逐级增加荷载，每次加载ΔP=5N，记录应变仪及百分表的读数，直 至 P=25N。 4、加载与卸载共三次，取三次平均值来计算每片的 Ki 值。 5、 根据单个应变片的灵敏系数 Ki，计算该批应变片灵敏系数的平均值 K，计算表示 灵敏系数分散程度的标准误差σ。 6、将应变片串联后接成半桥，使应变仪灵敏系数 K=2.00（选定其他值也可） 。
ZK-4CZ2 型双通道测振仪
振动幅值 a v d ×1
×10
振动幅值 a v d
×1 ×10
功能选择
量程选择
功能选择
量程选择
功率幅度调节 粗调
显示选择 功率输出 A 阿A
灵敏度调节 传感器输入
灵敏度调节
传感器输入信号幅度调节 微调 功率输出选择 功率输出 B
通道 1
通道 2
7
通道 2
通道 1
电压输出 信号源选择 外部信号输入
电压输出
ON OFF 功率波形 信号波形
Βιβλιοθήκη Baidu
1．信号发生器及功率放大器: 功率放大器的输出可分别驱动 A,B 两口，由”功率输出选择”钮子开关完成选择。 该部分的读数显示可通过“显示选择” 开关钮分别切换成信号发生器的频率显示或功 率放大器的输出电流显示。 信号发生器的频率可由“频率粗调”和 “频率细调”两旋钮来调整。 前面板的“功率幅度调节”旋钮用于调节功率放大器输出信号的大小。功率信号的波形 可由后面板的“功率波形”输出口来获得。 前面板的“信号幅度调节” 旋钮仅用于调节后面板的“信号波形”插座的信号输出大 小，不影响功率幅度的大小。该信号即为内部信号源的波形。 当后面板的 “信号源选择” 开关打到“外”时， 可接入外部信号输入来驱动功率放大器。 2．测量通道 测量通道正式工作前，首先要输入加速度计的电荷灵敏度，以使输出归一化。例如：一 2,， 压电式加速度计的电荷灵敏度为 4.67pc/m/ s 先将信号源的频率调到 80Hz（本机是以内 部信号发射器作为标信源，由于信号发生器的频率是可调的，为保证精度，一般以 80Hz 作 为标定点） 。在将“灵敏度调节”钮子开关扳向下方，用改锥调整适调电位器，使面板表的 读数为“0467” （此时不必考虑小数点的位置或“功能选择”开关的位置） 。由于适调电位器 的可调整范围为 0100～1000， 所以， 加速度计的电荷灵敏度范围也应在 01.00～10.00pc/m/ 2 s 之间。 灵敏度设置完毕，将“灵敏度调节”钮子开关扳向上方，就可进行正式测量。 每个测量通道在后面板都有一个模拟信号输出口（电压输出） 。
实验四、钢弦式应变计的标定
三、 实验目的与要求
1、了解弦式应变计的工作原理及其特点； 2、熟悉弦式应变计的测量方法； 3、掌握弦式应变计灵敏系数的标定方法，并进行实验误差分析。 四、使用方法 1、根据需标定的应变计规格大小来调换标定台拉杆。 （实验时已调好，无须变动） 弦式应变计的主要技术参数： 型号：EBJ-51 型 传感器标距：100mm; 拉压测量范围：±800με 2、在装夹应变计时，用扳手把螺钉上紧，以防标定时应变计产生滑动； 3、在装千分表时，先把千分表固定在标定台的尺座上，再细心调整尺座与应变计前端 座之间的距离，使千分表的测头顶在应变计的前端座上，并使千分表指针处在 0.5mm 左右 为佳。 4、标定时，严格按照应变计的量程范围要求进行（最大位移不超过±0.1mm） ，严禁超 范围。转动手摇把逐级分档进行上行或下行的标定。(拉压各十级) 5、重复三次，分别测读位移、频率值。 6、标定完毕，各部件回零，整理实验台。
五、计算公式
1、 纯弯曲梁中点挠度
fc PaL3 (3 4 2 ) 24 EJ
（1.4）
式中
J
bh 3 , 12

a L
2、 纯弯曲梁上、下表面的应变与梁中点挠度的关系
fc
3、 单个应变片的灵敏系数
Ki
12 h L (3 4 2 )
2
（1.5）
K 指 i

2
半桥接法每个应变片的应变为： i
p—压强； h—膜片厚度； r—膜片半径； x—任意点离圆心的距离； E—膜片材料的弹性模量； μ—膜片材料的泊松比。 若采用小栅长的应变片，分别粘贴在中心正应变区和 负应变区，接成半桥或全桥，即可通过测定桥路的输出应 变值计算得到传感器所受的压强值。
p k
式中 k—传感器的灵敏系数， 与膜片材
二、应变片灵敏系数的标定原理
根据灵敏系数的定义
K
R
R R

K
（1.1） （1.2）
R
若能测出被测点的应变ε，再测出应变片相应的电阻变化ΔR/R 便可确定 K 值。但这 需要精度高、量程大的量测电阻 R 的设备。但由式（1.2）可以看出通过量测 仍可量测电 阻的变化ΔR/R。求出单个应变片的灵敏系数后，便可计算抽样应变片灵敏系数的平均值， 可用此平均值来表示这批应变片灵敏系数的标定值。 另方面根据桥路原理：

2
其中 为应变仪测试的读数。
4、 应变片的平均灵敏系数及标准误差
K Ki n
1 2 ( Ki K ) n 1
（1.6）
式中
K—应变片的平均灵敏系数； n—抽样测定的片数。

（1.7）
式中 σ—灵敏系数的标准误差。
六、实验报告
1、 实验装置示意图 2、 纯弯曲梁及实验装置的几何尺寸 3、 实验记录 4、 整理实验记录，编写实验报告 5、 本次实验存在的问题及改进意见。
二、应变式压力传感器的工作原理
这种传感器的弹性元件是一周边固定的圆形平板， 当膜片受压力作用时， 其径向和切向 应变分别为
1 2 r 2 3x 2 8h E 3p 2 1 2 r 2 x 2 8h E
r
3p
2

式中
实 验 力 学 基 础 实验指导书
河海大学土木工程学院力学系 2010 年 12 月
实验一
一、 目的与要求
应变片灵敏系数的标定（一）
1、熟悉应变片质量的检验方法 2、熟悉电阻应变仪的使用与操作技术 3、熟悉应变片 1/4 桥、半桥，并测出各种桥路应变与输出电压间的关系 4、了解应变片灵敏系数的设置对测量值的影响 4、掌握应变片灵敏系数的标定方法，并确定其误差。
K i K 指 i
得：
Ki K 指 i

（1.3）
式中
； K i —单个应变片的灵敏系数片； K 指 —应变仪灵敏系数值（一般取 K 指 =2.00） 。 i —加载或卸载时应变读数值； —构件表面真实应变值（由百分表测出）
三、标定设备与装置
应变片灵敏系数的标定， 通常采用纯弯曲梁或等强度梁。 它们的共同特点是单向应力状 态。在标定工作段内应变相等，而且可用理论式精确计算应变值的大小。 纯弯曲梁标定装置如图 1.1，等截面矩形直梁，简支于两个支座上。荷载通过砝码钩对 称地加在梁上，梁中间部分产生纯弯曲。这时梁上、下表面的应变大小相等，符号相反。在 梁中点处安置百分表，以便量测梁在荷载作用下中点的挠度。根据所测挠度值，就可以计算 对应的应变值。 实验时桥路分别用 1/4 桥、半桥进行多点测量，桥路图如图 1.2 所示。
1
（4）绝缘度 这里是指基底材料与丝栅间的绝缘程度，一般大于 500MΩ。量测绝缘 度只能用 100V 低压高阻表，不得使用摇表，以防击穿。 经过上述检验后的应变片方可正式使用。
图 1.1
2、 灵敏系数的标定方法 （1）仔细阅读应变仪使用说明书，掌握应变仪使用方法 （2）量测纯弯曲梁的几何尺寸，在梁的中点安装百分表，为保证接触良好，应有一定 的初读数。 （3）将应变片接成 1/4 桥、半桥，使应变仪灵敏系数 K=2.00、K=1.8、K=2.2，观察读 数的变化。 （4）在两个砝码盘上逐级增加荷载，每次加载ΔP=5N，记录应变仪及百分表的读数， 直至 P=25N。 （5）加载与卸载共三次，取三次平均值来计算每片的 Ki 值。 （6）根据单个应变片的灵敏系数 Ki，计算该批应变片灵敏系数的平均值 K，计算表示 灵敏系数分散程度的标准误差σ。