文档介绍：实验三十六金属箔式应变实验
练习一金属箔式应变片——单臂电桥性能实验
实验目的
了解金属箔式应变片的应变效应,单臂电桥工作原理和性能。
基本原理:
金属丝在外力作用下发生机械形变时,其电阻值会发生变化,这就是金属的电阻应变效应。
金属的电阻表达式为: (1)
当金属电阻丝受到轴向拉力F作用时,将伸长,横截面积相应减小,电阻率因晶格变化等因素的影响而改变,故引起电阻值变化。对式(1)全微分,并用相对变化量来表示,则有:
(2)
式中的为电阻丝的轴向应变,用ε表示,常用单位(1=1×)。若径向应变为,电阻丝的纵向伸长和横向收缩的关系用泊松比表示为,因为=2(),则(2)式可以写成:
(3)
式(3)为“应变效应”的表达式。称金属电阻的灵敏系数,从式(3)可见,受两个因素影响,一个是(1+),它是材料的几何尺寸变化引起的,另一个是,是材料的电阻率随应变引起的(称“压阻效应”)。对于金属材料而言,以前者为主,则,对半导体,值主要是由电阻率相对变化所决定。实验也表明,在金属丝拉伸比例极限内,电阻相对变化与轴向应变成比例。通常金属丝的灵敏系数=2左右。
用应变片测量受力时,将应变片粘贴于被测对象表面上。在外力作用下,被测对象表面产生微小机械变形时,应变片敏感栅也随同变形,其电阻值发生相应变化。通过转换电路转换为相应的电压或电流的变化,根据(3)式,可以得到被测对象的应变值ε,而根据应力应变关系(4)
式中σ——测试的应力;
E——材料弹性模量。
可以测得应力值σ。通过弹性敏感元件,将位移、力、力矩、加速度、压力等物理量转换为应变,因此可以用应变片测量上述各量,从而做成各种应变式传感器。电阻应变片可分为金属丝式应变片,金属箔式应变片,金属薄膜应变片。
三、需用器件与单元:
应变式传感器实验模板、砝码、数显表、±15V电源、±5V电源、万用表(自备)。
四、实验内容与步骤:
1、应变片的安装位置如图(1)所示,应变式传感器已装到应变传感器模块上。传感器中各应变片已接入模板的左上方的R1、R2、R3、R4。可用万用表进行测量,R1=R2=R3=R4=350Ω。
图1 应变式传感器安装示意图
2、接入模板电源±15V(从主控箱引入),检查无误后,合上主控箱电源开关,顺时针调节Rw2使之大致位于中间位置,再进行差动放大器调零,方法为:将差放的正、负输入端与地短接,输出端与主控箱面板上数显电压表输入端Vi相连,调节实验模板上调零电位器Rw3,使数显表显示为零,(数显表的切换开关打到2V档)。关闭主控箱电源。(注意:当Rw2的位置一旦确定,就不能改变。)
图2 应变式传感器单臂电桥实验接线图
3、按图2将应变式传感器的其中一个应变片R1(即模板左上方的R1)接入电桥作为一个桥臂与R5、R6、R7接成直流电桥, R5、R6、R7模块内已接好,接好电桥调零电位器Rw1,接上桥路电源±5V,此时应将±5V地与±15V地短接(因为不共地)如图2所示。检查接线无误后,合上主控箱电源开关。调节Rw1,使数显表显示为零。
4、在砝码盘上放置一只砝码,读取数显表数值,以后每次增加一个砝码并读取相应的数显表值,直到200g砝码加完。记下实验结果填入表1,关闭电源。
表1单臂电桥输出电压与所加负载重量值
重量(g)
电压(mv