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3.1实训的目的要求3.1.1 实训目的1.通过实训使同学们更好地理解电阻应变式传感器的实际应用；2.通过本次实训使同学们更全面地掌握各种测量电路的具体应用特点；3.通过本次实训使学生更好地掌握测量电桥、差动放大器及各种电路模块的调节；4.通过这次实训使学生了解实用电子装置的基本组成情况；5.通过本次实训使同学们在动手能力得到锻炼的同时充分发挥自己的创新潜能，充分调动他们的学习主动性，培养他们的创新能力；3.1.2 实训要求1.首先要充分掌握前面两次实训的有关内容，弄清电阻应变式传感器的基本工作原理及性能特点；掌握半桥、全桥和交流全桥这三种基本测量电路的性能特点；2.其次要根据老师提出的测量要求来自主设计测量电路，可以参考本教程所提供的电路图；也可以采用另外的方法实现，另配元件或自制电路板，只要能达到测量要求就行；3.自主设计的实训方案应先由指导教师审查同意后才可实施；4.测量要求为：称重精度0.1g，称重范围为10g到1000g；3.2 实训的基本原理本次实训的基本原理是利用电阻应变式传感器的输出与应变成正比，通过一定的机械结构将被称物体的重量转换成与之成一定比例关系的应变，然后再由传感器将这一应变变成电阻的变化输出到测量电路，通过测量电路变成电压信号输出到显示表头。通过一定的计算就可得到输出电压每毫伏代表多少克，再通过测量找出传感器的线性范围，就能确定这一电子称重装置的称重范围。它的称重精度可通过调节放大器的放大倍数来调整，也可通过采用不同的显示装置来调整。例如：采用毫伏级的显示表头时读数到毫伏为止，而当采用毫伏级表头时可读到十分之一毫伏，其精度就可提高十倍。称重装置的称重灵敏度主要取决于该装置的机械结构部分及电阻应变片的应变灵敏度两个方面，机械结构部分的刚度决定了同等重量的物体作用下能产生的应变大小，而应变的大水又决定了电阻应变片输出量的大小。因此，要达到一定的称重分辨力，应要求装置机械部分的刚度不宜太大，理论分析刚度越小分辨力越高。但刚度也不能过小，因为应变片的线性范围很小。刚度过小会使它的重范围变得非常小，失去实用价值。例如：某一应变片的线性范围是应变量变化在万分之一到百分之一。如果一克作用之下使之产生万分之一的应变，那么，它的分辨力就是一克；如果它在一百千克作用下产生百分之一的应变，则其称重范围是一克到一百千克。若其刚度过小，在几克重物作用下应变就超过百分之一，则其称重范围显得太小，没多少实用价值。故应变片的选择要根据称重装置的称重范围和精度要求而定。另外，实用的测量电桥必须考虑其温度漂移问题。测量电桥的温度漂移是指测量装置的工作温度发生变化时所得的测量结果有所不同。引起温度漂移的原因主要有两方面：一是应变片的电阻丝本身存在一定的温度系数；二是应变片的敏感元件与测试机构的传力构件两者的线膨胀系数不尽相同；为了保证测量精度，必须对测量电路进行温度补偿。补偿的方法有：一是应变片温度自适应补偿法；二是电路补偿法；
&&& 所谓自适应补偿[4]是指在应变片的自身结构上有取特定的措施，使其输出不受温度的影响。具体的结构类型有单丝自补偿应变片和双丝组合式自补偿应变片两种；单丝补偿主要是通过选用合适温度系数的电阻材料，作为应变片的敏感栅，使其在某种相匹配的受力构件上使用时，由温度变化产生的电阻变化量，由于它们的线膨胀系数不同而产生的电阻变化量相抵消，以达到消除温度变化所引起的电阻变化。此种自补偿形式无需改变应变片的结构，简便易行，但它必须在特定材料的受力构件上才能使用，也就是存在匹配问题，故使其应用受到了很大的限制。双丝组合式自补偿应变片主要是利用两种不同电阻温度系数（一种是正温度系数、另一种为负）的材料串联组成应变片的敏感栅，以达到在某一温度范围内自动实现温度的补偿。结构原理如图3.1 所示，图中的应变片分成A和B两段，这两段敏感栅随温度变化所产生的电阻增量大小相等、符号相反，即：
（3——1）&&&这种补偿法的优点是在制造应变片时可以通过调节两段敏感栅的长度之比来适应不同的受力元件，以获得在一定温度范围内具有良好的温度自适应性。这种方法虽有较好的补偿效果，但应变片的结构较复杂。&&&电路补偿是指在测量电路中采取一定的措施来消除温度变化的影响。具体方法有差动电路法和热敏电阻法两种。差动电路法是将相同温度系数的两片或四片电阻应变片接成双臂或四臂工作的差动电路。这种方法最简单实用，但对应变片的自身性能和贴片工艺要求较高；热敏电阻法是利用热敏电阻随温度而改变的值来抵消应变片随温度变化而改变的电阻值，从而达到补偿的方法。其原理电路图如图所示。只要合理选择分流电阻R5和热敏电阻RT的阻值，就能补偿由于温度的改变而引起的输出误差，达到保证测量精度的要求。3.3实训的具体内容&&& 本次自主性实训所做的称重装置要求达到的称重精度为0.1 克，称重范围为10克——1000&克。同学们可根据测量要求自行设计实现方案。方案最好以YL—CG实训台为依托，尽量少采用其它的元器件、电路模块或设备，这样便于更方便地实施。这里给出两种方案供参考：方案一是建立在实训一的基础上，产用一个测量应变片来进行检测；此方案简单易行，所用模块少，但精度较低，不一定能满足测量要求；方案二是建立在实训二的基础上，产用交流全桥测量电路，用到四个电阻应变片。可以获得较高的测量精度和足够的测量范围；但所用电路模块较多，结构较复杂，实现起来较困难。3.3.1 方案一 该电子称重装置如图3.3所示，由称重托盘、电阻应变片、应变梁、伏直流稳压电源、测量电路、差动放大器模块、输出显示模块和±15伏直流稳压电源 8组成。称重原理是：应变梁在被称重物的重力作用下产生一应变，此应变引起电阻应变片的电阻发生改变，由测量电路把这一电阻变化转换成电压变化，再由显示装置将电压显示出来，根据电压的不同就可知被称物的重量。当然，先必须经过标准砝码测出该装置的线性范围和标定系数（这也是本实训的主要任务），然后就可以称各种重物了，同学们可以试试自己设计的装置精度如何。3.3.2方案二此方案的原理如图3.4所示，基本组成与方案一相似，主要区别在于此处用了四个性质完全相同的电阻应变片来组
成交流全桥测量电路，对传感器的输出信号进行更为全面的处理，故能达到较好的使用效果。称重原理与方案一类似，不再重复。图3.4 中2为四个应变电阻，4为音频信号发生器，7为移相器，8为相敏整流器、9为低通滤波器。3.4操作步骤1.先对差动放大器和应变电桥进行调零；2.按所设计的原理图进行接线；3.用标准砝码对称重装置进行标定和线性范围的确定；4.调整各参数使得到的参数符合要求；5.进行实际称重，检验此装置是否合理，对存在的
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blogTitle:'第3章 电阻应变片的应用——电子秤重装置的设计',
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应变测量方法要点.ppt119页
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（三）未知主应力方向的二向应力状态 对于薄壁筒受压力加扭转作用表面任一点应力状态如何呢？ 这种复杂受力状态，被测点两个主应力值未知，主应力方向也是未知的，即存在 三个未知量。从数学角度：需沿三个方向线应变，根据测得应变值换算成主应力值。 1、平面应变状态分析 设从x，y方向取出被测点单元体，讨论应变发生在同一平面（xy平面）内的平面应变状态。该单元体的应变可用线应变 和 来表示。 研究中规定： 1）伸长的线应变为正； 2）使直角（如xoy角）增大的剪应变为正； 3）
角逆时针为正； 4）新坐标系中沿x方向的线应变用
表示，剪 应变用
表示。 （1）确定
和 设图中单元体的 和
均为正量，坐标系xoy逆时针旋转
角后，得到新坐标系 。讨论沿
方向的线应变
。由于是小变形，分别讨论 和 各自对
方向微分线段
长度变化的影响，再叠加起来。 得
的伸长量为： 沿
方向的线应变为： 把关系式 代入上式 （a） 用类似方法求得 角的剪应变 ：是指直角 的角度改变量， 若假设
方向微分线段的角度改变为 若假设
方向微分线段的角度改变为 则直角 的角度改变量为： 由 和
方向微分线段
的角度改变分别为： 叠加以上结果，
使直角 增大，而
使直角 减小，故沿
方向微分线段
的角度改变为： 以 代替上式中的
，便可得沿
方向微分线段的角度改变为： 得剪应变
（2）确定主应变及其方向 将（a）式对
取导数可得： 若 时，恰好
方向线应变必有最大值或最小值。 将
代入 ，则有 有两个值 它们是两个相互垂直的方向，一个方向上有最大线应变，一个方向上有最小线应变， 线应变取得极值的方向上，剪应变为
正在加载中，请稍后...导读：建筑结构试验，建筑结构试验实验指导，实验一电阻应变片的粘贴一、试验目的，三、试验步骤1．选择应变片，或者应变片贴在试验周期较长的试件上使用时，3．了解结构静力试验的荷载分级方法和加载制度，试验装置、测点布置及测点编号如图2-1所示，图2-1试验装置测点布置及编号图，标准钢梁试验的加荷程序按如图2-3所示，每级荷载间的间歇时间根据结构变形知是否稳定、以及测量读数是否完成而确定定，建筑结构试验建筑
建筑结构试验
建筑结构试验实验指导
实验一 电阻应变片的粘贴 一、试验目的
1．了解应变片的选取原则及质量鉴别方法。 2．掌握应变片的粘贴工艺与粘贴技术。
三、试验步骤 1．选择应变片
（1）选择应变片的形式和规格时，应注意所测试件的材料性质和试件所处的受力状态。针对匀质材料制成的试件，一般选用普通型小标距应变片；对于非匀质材料制成的试件，应该选用大、中型标距的应变片；试件处于平面应变状态时应选用应变花片。
（2）分选应变片时，首先应对选定的应变片逐片进行外观检查，要求应变片丝删平直，片内无气泡、霉变、锈点等缺陷，否则应以剔除。然后用万用表逐片测定其电阻值，并依据电阻值得大小分组。同一组应变片的阻值偏差不得超过应变仪可调平的允许范围，一般为±0.6Ω左右。 2．选择粘合剂
粘合剂分为两大类，即胶剂粘合剂和水剂粘合剂。具体选用应视应变片基底材料和试件材质的不同而异。通常要求粘合剂具有足够的抗拉和抗剪强度，蠕变小，绝缘性能好等特点。目前在匀质材料试件上粘贴应变片时，较多地采用氰基丙烯酸类水剂粘合剂，如KH501、KH502快速胶。在混凝土等非匀质材料试件上贴片时，常采用环氧树脂胶。 3．测点表面整理
为了使应变片与测点表面粘贴牢固，测点表面必须清理擦洗干净。对于匀质材料试件的表面，先用工具或化学试剂清除贴片处的漆皮、油污、锈层等污垢，然后用锉刀锉平表面，用80#砂纸初次打磨光洁，再用120#砂纸将表面打磨成与测量方向成450的细斜纹。吹去浮尘后用脱脂棉球蘸上丙酮、甲苯或四氯化碳等溶剂擦洗试件表面，直至棉球不沾灰为止。此后，在试件处理完的表面上画出测点定向标记，等待贴片。
4．应变片的粘贴与干燥
当选用KH502胶粘贴应变片时，应准备薄膜若干片；薄膜材料应不溶解于KH502胶，常用的有聚乙烯薄膜。使用时将聚乙烯薄膜裁成小块，每块面积约为应变片基底面积的三倍左右。贴片时，先在试件表面的定向标记处及应变片基底上分别均匀地涂抹一薄层粘贴胶，稍等片刻胶层即开始发粘，此时迅速将应变片按正确的方向位置贴上，然后取一块聚乙烯薄膜盖在粘贴了的应变片上，用手指稍加压力后，等待干燥。当在混凝土表面贴片时，一般应先用环氧树脂胶作找平层处理，待找平胶层完全固化后再用砂纸打磨光滑，擦净后用502胶水或环氧树脂均可粘贴电阻应变片。 当室温高于15℃和相对湿度低于60%时可采用自然干燥法，干燥时间一般为24～48小时。室温低于15℃或相对湿度大于60%应采用人工干燥法，但是在人工干燥前必须经过8小时自然干燥。人工干燥常用红外线烘烤的方法，且控制烘烤时的温度不得高于60℃，一般烘烤8小时即可达到要求。 5．焊接导线
先在离开应变片引出线3～5mm处粘贴接线片，接线片粘贴牢固后再将引出线焊接与接线片上，最后把测量导线的一端与接线片连接，另一端与应变仪测量桥路连接。 6．应变片的粘贴质量检查
（1）用兆欧表量测应变片的绝缘电阻。静态测量的绝缘电阻应大于200兆欧。
（2）观察应变片的零点漂移。将应变片接入电阻应变仪，三分钟之后观察应变片的零点漂移情况，若漂移小于5μξ认为合格。
（3）检查应变片的稳定性。这时对接入应变仪测量桥路的应变片进行电阻调平，若使用非直流电桥的应变仪时，还需进行电容调平。当电阻电容均调平衡后，用手指接触应变片敏感栅部位，此时应变仪的表头指针将偏离零点；当手指离开后应变仪的表头指针时应该回零，此时则认为该应变片工作稳定。若检查的结果是绝缘电阻低、零点漂移大或工作不稳定时，则说明该应变片测定工作状态不良，该将此应变片铲除重新粘贴。 7．防潮防水处理
如果应变片处于湿度较大的使用环境下，或者应变片贴在试验周期较长的试件上使用时，都需要对应变片采取防潮措施。防潮措施必须在检查应变片粘贴质量合格后马上进行。防潮处理的简便方法是用松香、石蜡或凡士林涂于应变片表面，使测片与空气完全隔离，达到防潮的目的。防水处理一般采用环氧树脂胶遮盖的方法。常用的环氧树脂胶配方：环氧树脂：邻苯二甲酸二丁脂：乙二氨=1：（0.1～0.15）：（0.06～0.09）。 四、思考题
1．简述选择电阻应变片的形式和规格与试件材料性能和构件受力状态的关系。 2．简述粘贴电阻应变片的工艺流程，并指出各工序应注意的事项。
实验二 常用机械式仪表的使用技术
一、试验目的
1．了解各种机械式仪表的构造原理和安装调试方法。
2．掌握机械式仪表的测试方法，熟悉仪表刻度、量程与测量精度的关系，标距与应变的关系。 3．了解结构静力试验的荷载分级方法和加载制度。
注：以上为每组实验时的1整套装置。 三、仪表的安装与调试
试验装置、测点布置及测点编号如图2-1所示。
1、3、4测点百分表2测点为千分表5测点为手持应变仪6测点为附着式应变仪
图2-1 试验装置测点布置及编号图
1．百分表与千分表
百分表与千分表均用与测量位移和挠度变形。必须将表身固定在磁性表座上，并将磁性表座固定于不动的工作平台上以作为定点，将仪表的测杆与被测试件始终紧密接触以作为动点。安装仪表时，应注意必须使仪表测杆与试件表面垂直，仪表的颈轴夹在表座上的松紧程度要适中，测点表面处处理平整光滑。在测量读数时，表读数应读至最小刻度后再估读一位数，并以mm为单位记录。 2．手持应变仪
使用手持应变仪时，应首先在试件表面上安装标脚，标脚的间距视手持应变仪的标距而定。数据测量时，将仪器的两个插轴安放于标脚的锥形小穴中，注意此时插轴必须与试件表面垂直，然后读取仪表示值。读书方法与百分表、千分表相同。 3．附着式应变计
附着式应变计是由一块千分表（或百分表）、一个侧杆及两个固定的标脚所组成。仪表和测杆通过两个标脚按一定的标距固定在被测试件的表面上。当固定的标脚随着被测试件发生变形时，标距间的距离即发生了变化，仪表的读数也随之发生改变。设两次仪表读数的差值为ΔL’，两固定标脚之间的初始标准距离为L，则应变值为：ε’=ΔL’/L。仪器安装时，根据测试标距的要求，先
将两固定标脚粘贴于被测试试件的表面；然后分别将仪表和测杆安装在两个固定标脚的固定孔中，并使标杆顶着测杆的一头。安装时注意，应根据测点变形的大小和方向，预估表杆顶入的深浅，以确保在整个测量过程中表杆始终与测杆接触良好。测量读数方法与千分表、百分表的读数方法相同。
由于手持应变仪和附着式应变仪的标脚有一定的厚度，使仪表测量时离构件表面均有一个距离a（如图2-1），造成测量的ΔL’值大于（受拉面）或小于（受压面）构件表面实际的伸长量或缩短量。所以应对实测值进行必要的修正。假定受弯构件界面的应变符合平截面假定，修正后的应变ε为：
ε=（2-1）
式中：h―试件截面积
a―试件表面距标脚孔的圆心位置的距离（附着式应变计）；试件表面至空穴底心的距离（手持应变仪）。
ΔL’―在高度a处的位移示值，见图2-1所示； L―仪器标距。 4．数显位移表
按仪器编号连接测杆与数显位仪表，其连接位置在数显位仪表后端，连接完毕之后开通电源，电源开关在数显位移表的前端，摁下电源开关即可。根据测试的数据可在数显位仪表的窗口读出。
弯曲变形变形
图2-2 弯曲平面内的△L’
四、确定加荷制度
标准钢梁试验的加荷程序按如图2-3所示，分三级加载，每级在梁的两端各加49N荷重砝码，每级荷载间的间歇时间根据结构变形知是否稳定、以及测量读数是否完成而确定定，每增一级荷载
包含总结汇报、文档下载、人文社科、资格考试、党团工作、旅游景点、教学研究、外语学习、办公文档以及建筑结构试验论文等内容。本文共3页
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