教學(xué)設(shè)備

 橋路接法
一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?br /> 1. 了解電測(cè)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(cè)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(cè)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(tái)。
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(gè)電阻應(yīng)變片，用于測(cè)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(gè)組橋方案，做實(shí)驗(yàn)的時(shí)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(cè)量，采用公共溫度補(bǔ)償片
接線方法為，將四個(gè)應(yīng)變片的接線依次接到應(yīng)變儀的四個(gè)AB通道內(nèi)，在處接入溫度補(bǔ)償片，并把所接個(gè)通道的C處與短接片連接。
2. 雙臂半橋測(cè)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(cè)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(duì)臂全橋測(cè)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(gè)溫度補(bǔ)償片。
5. 串聯(lián)半橋測(cè)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(cè)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(gè)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(gè)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(cè)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(gè)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(cè)量數(shù)據(jù)表

載荷 應(yīng)變片		單臂多點(diǎn)半橋測(cè)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

表4-2 組橋測(cè)量數(shù)據(jù)表

載荷 測(cè)量方法		雙 臂 半橋測(cè)量		對(duì) 臂 全橋測(cè)量		四 臂 全橋測(cè)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(cè)量方法		串聯(lián)雙臂 半橋測(cè)量		并聯(lián)雙臂 半橋測(cè)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

五、數(shù)據(jù)處理
應(yīng)變?cè)隽科骄�值的�?jì)算：
由公式

可以計(jì)算出各種方法下應(yīng)變?cè)隽康钠骄�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(cè)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(cè)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(cè) 量 方 法	讀 數(shù) 應(yīng)變值	靈敏度	理 論 應(yīng)變值	相 對(duì) 誤 差
單臂半橋	51.2	1	57.5	10.96%
雙臂半橋	103.3	2		10.43%
對(duì)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%

通過表4-3可得，此六種橋路接法均能如實(shí)得反映工作片處的應(yīng)變值，但是它們各有優(yōu)缺點(diǎn)：?jiǎn)伪郏ǘ帱c(diǎn)）半橋測(cè)量，采用公共補(bǔ)償片法最為簡(jiǎn)便，并且可以進(jìn)行多點(diǎn)測(cè)量，但是測(cè)量靈敏度最低；半橋自補(bǔ)接法較簡(jiǎn)單，靈敏度高；全橋外補(bǔ)接法較復(fù)雜，但靈敏度較高；全橋自補(bǔ)接法最復(fù)雜，但靈敏度很高。串聯(lián)雙臂半橋和并聯(lián)雙臂半橋測(cè)法對(duì)于提高精度沒太大幫助。
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(jiǎn)單，適用于大多數(shù)測(cè)量；缺點(diǎn)：不適用于某些特殊測(cè)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(cè)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(cè)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：?jiǎn)伪郯霕颉��?duì)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。