一、實驗?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. 測定等強度梁上的應(yīng)變；驗證等強度梁各截面上應(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、實驗儀器和設(shè)備
1. YJ-450A靜態(tài)數(shù)字電阻應(yīng)變儀。
2. 等強度梁實驗裝置一臺。
3. 溫度補償塊。
三、實驗原理及步驟
1. 實驗原理
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，可以得到等強度梁各橫截面出的應(yīng)力計算公式為：
（4-1）其中，
；b，h為橫截面寬度和高度。利用公式：
（4-2）可以計算實驗應(yīng)力值。
2. 實驗步驟
等強度梁的布片方案如下：
在等強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，做實驗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）半橋測量，采用公共溫度補償片
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。
實驗進(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、實驗數(shù)據(jù)
表4-1 單臂多點測量數(shù)據(jù)表
|
載荷 應(yīng)變片 |
單臂多點半橋測量 | |||||||||
 |
 |
 |
 |
|||||||
| 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)變增量平均值的計算：
由公式
可以計算出各種方法下應(yīng)變增量的平均值，具體數(shù)值見上表。
理論值計算：
有公式（4-1）與（4-2）得
Pa
六、實驗結(jié)果
本次實驗通過了六種橋路方法來直接或間接的測量了等強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)點和缺點？
答：半橋：優(yōu)點，線性性、準(zhǔn)確性很高，使用簡單，適用于大多數(shù)測量；缺點：不適用于某些特殊測量，如外接全橋傳感器。全橋：優(yōu)點，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：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償?shù)姆椒ā?br /> 答：單臂半橋、對臂全橋均由溫度補償片實現(xiàn)溫度補償；雙臂半橋、四臂全橋、串、并聯(lián)半橋組橋均由工作片實現(xiàn)溫度自補償。
