测试技术实验指导书(实验三悬臂梁应变综合实验)

实验三悬臂梁应变综合实验

一、试验目的

1)掌握电阻应变片的粘贴工艺过程及方法。

2)掌握应变传感单元（电桥）测量的工作原理。

3)通过对悬臂梁的应变测量，掌握动静态应变测量的基本方法。

二、实验原理

电阻应变测量技术是一种确定构件表面应力状态的实验应力分析方法。其原理是将电阻应变片粘贴在被测构件表面上，当构件受力变形时．应变片的电阻值发生相应的变化。通过电阻应变仪测定应变片中电阻值的改变，井换算成应变值或者输出与应变成正比的电信号，用模拟或数字记录设备记录信号，就可得到被测量的应变或应力。目前，电阻应变测量技术已成为实验应力分析中广泛应用的一种方法，具有如下特点：

●应变片尺寸小、重量轻．一股不影响构件的工作状态和应力分布。

●测量灵敏度、精度高。应变最小分辨率可达1微应变。

●测量应变的范围广。可由1微应变到几万微应变。

●频率响应好。可测量0 ～10万赫的动应变。

●可在高温、低温、高速旋转及强磁场等环境下进行测量。

●由于测量过程中输出的是电信号，因此容易实现自动化、数字化，并能进行远距离测量

和无线电遥测。

●通用性好。不但适用于测量应变，而且可制成各种高精度传感器，用于测量载荷、位移、

加速度、扭矩等力学量。

不过该测量方法也有它的缺点，主要表现在只能测量构件表面某一方向的应变，应变计有一定栅长，只能测定栅长范围内的平均应变。在应力集中的部位，若应力梯皮很陡，则测量误差较大。

电阻应变片由于构件变形而发生的电阻变化ΔR用惠斯顿电桥来测量，如图所示。电阻应变片是将被测点的应变量转换为电阻变化率ΔR/R（以应变片的灵敏度S g来衡量）。电阻应变仪是将这电参量，经放大处理后再转换成应变量。电阻应变测量分析系统（仪），主要由传感单元（应变计与电桥）、信号放大/调理器、数据采集和输出（显示/记录）三部分所组成。

电桥的输出电压u y与各桥臂上应变片的应变（ε1、ε2、ε3、ε4）代数和成线性关系,计算

公式如下：

其中：S g — 应变片的灵敏度

u 0 — 供桥电压(V) 上式表明：相邻桥臂的电阻变化率（或应变）相减，相对桥臂的电阻变化率（或应变）相加。在电测应力实验分析中利用这一性质，可以通过合理的粘贴应变片，提高测量灵敏度，降低

测量误差。在弹性范围内，电测误差低于0.5％。这关系建立了以电桥电路测量应变的理论基础。

三、实验仪器

1) 电阻应变计（1片）

2) 悬臂梁

3) 丙酮、502粘接剂、万用表等。

4) 计算机软硬件系统（WINDOWS2000操作系统）

5) 多参数动态信号处理分析系统（CMAS-T ）

6) CMAS-T 信号调理采集装置（1个）

7) 砝码（2个）

8) 打印机（1台，共享）

四、实验步骤

第一阶段：电阻应变片的粘贴

1） 目测电阻应变片有无折痕。断丝等缺陷，有缺陷的应变片不能粘贴

注意：不要用手或不干净的物品直接接触应变片基底。

2） 试件表面处理

[1] 实验所用试件为等宽度梁，为了粘贴牢固，必须对试件表面进行处理。处理方法

如下：

在梁的贴片位置(已画出的十字线位置如图所示，也是后续的贴片坐标)，用细

纱纸打磨干净，要求打磨成45度交叉线，如果梁上已贴有应变片，先用小刀

铲掉。应变片为一次性消耗材)(4

43210εεεε-+-=g y S u u

y u 0

料，粘贴牢固后不能再重复使用。

用丙酮棉球反复擦洗贴处，直到棉球无黑迹为止。

3）应变片粘贴

在502粘贴剂瓶口打一小细孔（用大头针），以便只流出少量胶液，一手捏住应变片的引出线，一手拿502，瓶口向下，在应变片基底上挤一小滴胶水，并用瓶口轻轻涂抹均匀，将多余的胶水甩去，立即把应变片贴到试件上，盖上一小张聚四氟乙烯薄膜，用大拇指轻轻按压，挤出气泡和多余的粘结剂，持续一分钟左右即可。

注意：手指不能直接接触502胶水,否则粘手。注意不要擦到眼睛或衣服上.

4）粘贴质量的检查

[1]目测应变片是否粘牢,有无气泡、翘起等现象。

[2]用万用表检查电阻值。正常情况下，阻值与未贴片前的相差无几。

5）用兆欧表检查应变片与试件之间的绝缘组织，应大于500M欧。（实验室不做，了解）6）应变片保护。用704硅橡胶覆于应变片上，防止受潮。（实验室不做，了解）

第二阶段：悬臂梁应变动静态测试

7）启动计算机，进入MATLAB5.3图标，自动启动CMAS-T系统。

8）选择并点击下拉菜单项目‘信号采集调理|信号采集’后系统弹出窗口《动态信号监测与采集》，采用双域监视。

9）点击控件‘参数设置’，弹出窗口《信号通道采样参数设置》。点击控件‘调用设置参数’，选择文件名‘strainS’。

10）检查信号调理采集装置的电源线和通讯线连接是否正常。确认正常后打开电源。然后连接标准源输出至通道CH2，调整红色选钮，设定为1。然后点击控件‘频率调整’,系统自动进行采样频率的调整，

直至完毕。

11）设定采样长度（1200～1500，约

有30秒采样时间），灵敏度

（2.19）和测量单位（10-6,记为

线号：X Y Z με）,以及当前的工作路径（存

储测量数据用）。确认全部采样

参数设置正确后，点击‘退出’

后关闭窗口《信号通道采样参数设置》，并击活窗口《动态信号监测与采集》。

12）将贴好应变片的等宽度梁固定在支架上，连接好工作应变片的接线以及半桥连接线至通道CH8（X线接a端、Y线接b端、Z线接c，如图所示）。

13）卸下悬臂梁上的所有砝码，等悬臂梁处于静止状态时调节上下两个调零按钮直至只有中间一个黄灯亮。

14）在《动态信号监测与采集》窗口的右下角点击‘开始采样’，CMAS-T系统立刻记录动态应变信号。整个实验工况要求是：首先在悬臂梁一端用手下摁使悬臂梁产生变形，

松手后悬臂梁产生振动；等待悬臂梁振动衰减至平稳后，按冲击方式加一个砝码，悬

臂梁再次振动；等待悬臂梁振动衰减至平稳后，按冲击方式再加一个砝码。数据采集

完毕后在CH8窗自动显示悬臂梁在不同冲击载荷下自由振动时的应变/应力载荷波形

图。

15）在《动态信号监测与采集》窗口中点击‘处理分析’，可对信号进行数据的测读，并记录如下参数：

[1]在时域波形中测读三种载荷（空载、一个砝码、二个砝码）作用下的静态应变和

最大的动态应变；

[2]在频谱图上测读三种载荷作用下的最大振幅及其频率。

16）计算一个砝码和二个砝码的载荷应力（MPa），取E=206 GPa。

17）点击‘打印输出’，对其中的打印格式进行设置后，即可进行打印。

18）完成实验报告。

五、思考题

1)简述贴片质量对测量精度的影响。

2)为什么存在初读数？应变的初读数对测量数据有何影响，如何消除？

3)通过实验，分析比较悬臂梁加速度振动频率和振幅与动态应变的振动频率和振幅有何关

系？