一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?br /> 1. 了解電測法的基本原理和方法。
2. 了解電阻應(yīng)變儀和應(yīng)變片的工作原理，掌握電阻英表演的使用方法。
3. 測定等強(qiáng)度梁上的應(yīng)變；驗(yàn)證等強(qiáng)度梁各截面上應(yīng)變（應(yīng)力）相等理論。
4. 掌握電阻應(yīng)變片在測量電橋中的各種組橋方式。
二、實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備
1. YJ-450A靜態(tài)數(shù)字電阻應(yīng)變儀。
2. 等強(qiáng)度梁實(shí)驗(yàn)裝置一臺。
3. 溫度補(bǔ)償塊。
三、實(shí)驗(yàn)原理及步驟
1. 實(shí)驗(yàn)原理
懸臂梁一端固定在支座上，一端自由，并且自由端受益集中載荷F的作用。通過理論分析，可以得到等強(qiáng)度梁各橫截面出的應(yīng)力計(jì)算公式為：
（4-1）其中，
；b，h為橫截面寬度和高度。利用公式：
（4-2）可以計(jì)算實(shí)驗(yàn)應(yīng)力值。
2. 實(shí)驗(yàn)步驟
等強(qiáng)度梁的布片方案如下：
在等強(qiáng)度梁的上下表面沿縱向粘貼了四個電阻應(yīng)變片，用于測定該四點(diǎn)處的應(yīng)變，它們分別是R1，R2，R3， R4，如圖4-1所示。
圖4-1 布片示意圖
總過有六個組橋方案，做實(shí)驗(yàn)的時候依次連接電阻應(yīng)變片進(jìn)行相應(yīng)的組橋即可。
1. 單臂（多點(diǎn)）半橋測量，采用公共溫度補(bǔ)償片
接線方法為，將四個應(yīng)變片的接線依次接到應(yīng)變儀的四個AB通道內(nèi)，在
處接入溫度補(bǔ)償片，并把所接個通道的C處與短接片連接。2. 雙臂半橋測量
接線方法為，在AB通道內(nèi)接入R1，BC通道內(nèi)接入R3。
3. 四臂全橋測量
接線方法為，在AB，BC，CD，DA通道內(nèi)一次接入R1，R3，R2，R4。
4. 對臂全橋測量
接線方法為，在AB，CD內(nèi)分別接入R1和R2，在BC和AD內(nèi)分別接入兩個溫度補(bǔ)償片。
5. 串聯(lián)半橋測量
接線方法為，R1的一端與R2的一端連接，R1的另一端接入A接口，R2的另一端接入B接口；R3的一端與R4的一端連接，R3的另一端接入B接口，R4的另一端接入C接口。
6. 并聯(lián)半橋測量
接線方法為，R1的一端與R2的一端連接，R1的另一端與R2的另一端連接，將得到的兩個接頭分別接入應(yīng)變儀的A和B接口上去；R3的一端與R4的一端連接，R3的另一端與R4的另一端連接，將得到的兩個接頭分別接入應(yīng)變儀的B和C接口上去。
實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的步驟為：
1. 打開應(yīng)變儀電源后，選擇與組橋方式一致的測量方式。
2. 將電阻應(yīng)變儀的靈敏系數(shù)設(shè)定為應(yīng)變片的K一致。
3. 按照上述接線方法接線。
4. 將個通道反復(fù)置零。
5. 從5N開始加載，每次加載5N，至20N結(jié)束，期間每次加載后記錄應(yīng)變儀讀數(shù)。
四、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)
表4-1 單臂多點(diǎn)測量數(shù)據(jù)表
|
載荷 應(yīng)變片 |
單臂多點(diǎn)半橋測量 | |||||||||
 |
 |
 |
 |
|||||||
| F(N) |
 F(N) |
讀數(shù) | 增量 | 讀數(shù) | 增量 | 讀數(shù) | 增量 | 讀數(shù) | 增量 | |
| 5 | 50 | 51 | -52 | -51 | ||||||
| 5 | 52 | 52 | -52 | -51 | ||||||
| 10 | 102 | 103 | -104 | -102 | ||||||
| 5 | 51 | 51 | -51 | -51 | ||||||
| 15 | 153 | 154 | -155 | -153 | ||||||
| 5 | 52 | 52 | -49 | -51 | ||||||
| 20 | 205 | 206 | -204 | -204 | ||||||
| 平均增量 | 51.7 | 51.7 | -50.7 | -51 | ||||||
|
載荷 測量方法 |
雙 臂 半橋測量 |
對 臂 全橋測量 |
四 臂 全橋測量 |
|||||
| F(N) |
F(N) |
讀數(shù) | 增量 | 讀數(shù) | 增量 | 讀數(shù) | 增量 | |
| 5 | 110 | 108 | 216 | |||||
| 5 | 104 | 107 | 216 | |||||
| 10 | 214 | 215 | 432 | |||||
| 5 | 102 | 108 | 216 | |||||
| 15 | 316 | 323 | 648 | |||||
| 5 | 104 | 107 | 217 | |||||
| 20 | 420 | 430 | 865 | |||||
| 平均增量 | 103.3 | 107.3 | 216.3 | |||||
|
載荷 測量方法 |
串聯(lián)雙臂 半橋測量 |
并聯(lián)雙臂 半橋測量 |
||||
| F(N) |
F(N) |
讀數(shù) | 增量 | 讀數(shù) | 增量 | |
| 5 | 108 | 108 | ||||
| 5 | 110 | 108 | ||||
| 10 | 218 | 216 | ||||
| 5 | 106 | 104 | ||||
| 15 | 324 | 320 | ||||
| 5 | 108 | 110 | ||||
| 20 | 432 | 430 | ||||
| 平均增量 | 108 | 107.3 | ||||
應(yīng)變增量平均值的計(jì)算：
由公式
可以計(jì)算出各種方法下應(yīng)變增量的平均值，具體數(shù)值見上表。
理論值計(jì)算：
有公式（4-1）與（4-2）得
Pa
六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果
本次實(shí)驗(yàn)通過了六種橋路方法來直接或間接的測量了等強(qiáng)度梁在外載荷作用下梁的中軸線上的應(yīng)變。雖然這些橋路方法不同，但是它們都消除了溫度應(yīng)變的影響，達(dá)到了測試的目的。下面來比較它們的優(yōu)劣，見表4-3。
表4-3 組橋方案比較
|
測 量 方 法 |
讀 數(shù) 應(yīng)變值 |
靈敏度 |
理 論 應(yīng)變值 |
相 對 誤 差 |
| 單臂半橋 | 51.2 | 1 |
57.5 |
10.96% |
| 雙臂半橋 | 103.3 | 2 | 10.43% | |
| 對臂全橋 | 107.3 | 2 | 6.70% | |
| 四臂全橋 | 216.3 | 4 | 5.96% | |
| 串聯(lián)半橋 | 108 | 2 | 6.09% | |
| 并聯(lián)半橋 | 107.3 | 2 | 6.70% |
七、思考題
1. 分析各種橋路接法的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)？
答：半橋：優(yōu)點(diǎn)，線性性、準(zhǔn)確性很高，使用簡單，適用于大多數(shù)測量；缺點(diǎn)：不適用于某些特殊測量，如外接全橋傳感器。全橋：優(yōu)點(diǎn)，線性性、準(zhǔn)確性很高，使用變種全橋還可在特定測量中起到良好的抗干擾作用；缺點(diǎn)：使用應(yīng)變片多，操作復(fù)雜；根據(jù)測量要求適當(dāng)選用。
2. 分析各種組橋方式中溫度補(bǔ)償?shù)姆椒ā?br /> 答：單臂半橋、對臂全橋均由溫度補(bǔ)償片實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償；雙臂半橋、四臂全橋、串、并聯(lián)半橋組橋均由工作片實(shí)現(xiàn)溫度自補(bǔ)償。