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微小形变的电测法 青岛科技大学 【实验简介】 电学测量方法具有灵敏度高，响应速度快，便于自动控制与处理等特点。电学测量方法一般直接测量的是电学量，如电阻、电动势、电流、电容、电感等，因此，要用电学测量方法去测非电学量，就必须将非电学量转换成电学量，其转换器件称为传感器。本实验用电阻应变片作为传感器，将微小的形变转换成电阻的变化来测量悬臂梁的主应变。通过本实验了解电阻应变片（传感器）的结构及工作原理，掌握电桥测电阻的方法，理解灵敏度对测量的影响，用电桥测量应变片电阻的微小变化，进而测定悬臂梁的应变,从而得出顶端位移。 【实验目的】 用电测法测量微小的形变；来做到4mm量程的测量,分辨率0.001mm. 进一步掌握对静态测量系统的选择和系统的建立. 学生根据给定的测量范围和分辨率要求,自行设计确定方案. 了解传感器的制作过程. 【实验仪器】 开关，，水平等强度悬臂梁(E=210GPa, =0.28)，多片应变片,静态电阻应变测量系统,导线若干,五个相同质量的砝码。 【实验原理】 1.等强度梁弯曲原理 等强度梁如图(等强度梁式力传感器)所示，梁厚为h，梁长为l，固定端宽为b0，自由端宽为b。梁的截面成等腰三角形，集中力F作用在三角形顶点。梁内各横截面产生的应力是相等的，表面上任意位置的应变也相等，因此称为等强度梁，其应变为: 设计时根据最大载荷F和材料的允许应力σb确定梁的尺寸。用梁式弹性元件制作的力传感器适于测量5,000N以下的载荷，最小可测几克重的力。这种传感器结构简单，加工容易，灵敏度高，常用于小压力测量中。 弯曲应力分析: 1-1截面最大应力为： 截面抗弯截面模量： 2-2截面最大应力为： 抗弯截面模量为： 计算两截面的最大应力为: 等强度梁两截面最大应力相同： 得到梁的几何关系： 即 窗体顶端 窗体底端 2．电桥测电阻原理 3．测量应变原理 4.应变片的温度误差及补偿 梁表面的应力为: 2.结构设计 设计成两个悬臂梁相对 将被测试件一端夹持在稳固的基座上，其主体悬空，构成一悬臂梁。在悬臂梁变形端B处贴四片(上下两面,顺着梁的方向各一片)同型号同规格的应变片，在C端加载。B处的应变片作为传感器测量应变，当C处加载时，悬臂梁将向下弯曲，B处产生变形，贴在B处的应变片亦发生变形，其电阻值发生变化，此电阻值的变化可通过电桥测量出来，从而测定悬臂梁B处的形变。 四片片应变片的贴法: B 桥路连接:全桥法. 3.测量应变 以R2为应变片的初始值，然后加一个砝码，由于应变导致应变片阻值变化，电桥失去平衡，记录此时的电阻变化ΔR。依次将三个砝码加完，记录数据，即加砝码测量。然后取下砝码，调节电桥平衡，记下相应的ΔR，依次将砝码取完，得到减法码测量。将所得数据取平均，利用逐差法处理。即可得加载1N时应变片的阻值变化量ΔR，然后利用相应公式求出应变。 数据处理与结论 实验值计算: 可得ΔL1 理论值计算: 由悬臂梁某点处的弯矩公式，惯性矩公式， 计算出ΔL2 误差计算,检验是否合理 3.求模拟刻度 求模拟刻度小格：根据题目要求，量程为4mm，分度值0.001mm n=4/0.001=4000，所以需要4000个模拟小格 找出分度值对应示数 在A端施加一个力F，使A端产生变形，当A端的变形为0时，记下仪器读数X0,；当A端变形为4mm时，记下仪器读数X1。 则，则分度值对应示数为：（X1-X0）/4000 当进行实验时，我们测的实验数值为X2，被测物品的实际长度为L=X2*（X1-X0）/4000 至此，就可以实现实验要求提供的长度测量 40Cr 应变片