教學設(shè)備

 橋路接法
一、實驗目的
1. 了解電測法的基本原理和方法。
2. 了解電阻應變儀和應變片的工作原理，掌握電阻英表演的使用方法。
3. 測定等強度梁上的應變；驗證等強度梁各截面上應變（應力）相等理論。
4. 掌握電阻應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變片，用于測定該四點處的應變，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變片進行相應的組橋即可。
1. 單臂（多點）半橋測量，采用公共溫度補償片
接線方法為，將四個應變片的接線依次接到應變儀的四個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變儀的B和C接口上去。
實驗進行的步驟為：
1. 打開應變儀電源后，選擇與組橋方式一致的測量方式。
2. 將電阻應變儀的靈敏系數(shù)設(shè)定為應變片的K一致。
3. 按照上述接線方法接線。
4. 將個通道反復置零。
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

表4-2 組橋測量數(shù)據(jù)表

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

五、數(shù)據(jù)處理
應變增量平均值的計算：
由公式

可以計算出各種方法下應變增量的平均值，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變。雖然這些橋路方法不同，但是它們都消除了溫度應變的影響，達到了測試的目的。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) 應變值	靈敏度	理 論 應變值	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%

通過表4-3可得，此六種橋路接法均能如實得反映工作片處的應變值，但是它們各有優(yōu)缺點：單臂（多點）半橋測量，采用公共補償片法最為簡便，并且可以進行多點測量，但是測量靈敏度最低；半橋自補接法較簡單，靈敏度高；全橋外補接法較復雜，但靈敏度較高；全橋自補接法最復雜，但靈敏度很高。串聯(lián)雙臂半橋和并聯(lián)雙臂半橋測法對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)點和缺點？
答：半橋：優(yōu)點，線性性、準確性很高，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：使用應變片多，操作復雜；根據(jù)測量要求適當選用。
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。