机械测试技术实验
指导书
测控技术与仪器教研室
2003年9月
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实验一：应变片的粘贴
一、实验目的：
1．熟悉应变片的工作原理 2．掌握应变片的粘贴工艺 3．加深对传感器结构的认识
二、实验仪器：
锯条、导线、电阻应变片、丙酮、药棉、502胶水、铁砂布、绝缘胶布、电烙铁、万用表等。
三、实验原理：
1．金属的电阻应变效应
当金属丝在外力作用下方式机械变形时，其电阻值将发生变化，这种现象称为属的电阻应变效应。
设有一根长度为l、截面积为S、电阻率为?的金属丝，在未受力时，原始电阻
为： R??l （1－1） S当金属电阻丝受到轴向拉力F作用时，将伸长?l，横截面积相应减小?S，电阻率
因晶格变化等因素的影响而改变??，故引起电阻值的变化?R。对式（1－1）全微分，
并用相对变化量来表示，则有：
?R?l?S????? （1－2） RlS??l?6为电阻丝的轴向应变，用?表示，常用单位??（1???1?10mm/mm）。l?r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：
r?r?l?S?r，则（1－2）式可以写成：???()，因为?2rlSr式中的
?R?l?????l?l?l?(1?2?)??(1?2???)?k0 （1－3） Rl??lll式（1－3）为“应变效应”的表达式。k0称金属电阻的灵敏系数，从式（1－3）可见，k0受两个因素影响，一个是(1?2?)，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k0?1?2?，对半导体，k0值主要是由电阻率相对变化所决定。实验也表明，在金属电阻丝拉伸比例极限内，电阻相对变化欲轴向应变成正比。通常金属丝的灵敏系
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数k0?2左右。
2．应变片的测量原理
用应变片测量受力应变时，将应变片粘贴于被测对象表面上。在外力作用下，被测对象表明产生微小机械变形时，应变片也随同变形，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，根据式（1－3），可以得到被测对象的应变值?，而根据引力应变关系：??E? （1－4）
式中 ?——测试的应力； E——材料弹性模量。
可以测得应力值?。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。
四、实验内容：
把电阻应变片粘贴到锯条上，并焊接上引线。完成之后用万用表分别测量锯条不弯曲时从电阻应变片两端引出的两引线间的电阻值、锯条分别往两边弯曲使得应变片发生形变时从电阻应变片两端引出的两引线间的两个电阻值。
五、实验步骤：
1．将锯条上粘贴的应变片拆除； 2．用铁砂布把锯条打磨干净；
3．用药棉粘上丙酮，将锯条打磨光滑；
4．用502胶水将电阻应变片平整的粘贴到打磨光滑的锯条上； 5．用电烙铁把两根导线分别焊接到电阻应变片的两条引线上；
6．绝缘：将两根导线之间用绝缘胶布绝缘、将导线与锯条之间也用绝缘胶布
绝缘。
7．用万用表分别测量应变片未发生形变及发生正形变和负形变时的电阻值
变化情况。
六、实验报告：
要求如下格式详细记录整个实验的过程，并要求有实验结论和对实验进行分析和总结，达到别人根据你的实验报告能把实验重复做出来的要求。
一、实验目的 二、实验仪器 三、实验原理 四、实验步骤 五、实验结论
六、实验分析及误差分析
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实验二：电桥特性
一、实验目的：
1．掌握半桥、全桥组桥方法
2．熟悉电阻应变片的原理、使用方法 3．掌握半桥、全桥组桥原理及其应用
二、实验仪器：
电桥盒、应变片、砝码、BZ2206静态电阻应变仪等。
三、实验原理：
1．电桥原理
电桥是将电阻、电感、电容等参量的变化变成电压或电流输出的一种测量电路，其输出既可用指示仪表直接测量，也可以送入放大器进行放大。
桥式测量电路简单，并具有较高精确度盒灵敏度，因此在测量装置中广泛应用。电桥电路如下图所示。
图2－1
测量电路有多种，最常用的是桥式测量电路。R1、R2、R3、R4四个电阻依次接
在A、B、C、D （或1、2、3、4）之间，构成电桥的四桥臂。电桥的对角AC接电源，电源电压为E；对角BD 为电桥的输出端，其输出电压用UDB表示。可以证明UDB与桥臂电阻有如下关系：
UDB = E（
）
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若4个桥臂电阻由贴在构件上的4枚电阻片组成，而且初始电阻R1 = R2 = R3
= R4，当输出电压UDB = 0时，电桥处于平衡状态。构件变形时，各电阻的变化量分别为ΔR1、ΔR2、ΔR3、ΔR4。输出电压的相应变化为：
U+ΔU = E(
DB
DB
)
在小应变 >>1的条件下，可以证明桥路输出电压为：
ΔU =（
DB－+－）
如果ΔR仅由机械变形引起、与温度影响无关，而且4枚电阻片的灵敏系数Ks相等时，根据 ，可以写成：
ΔU = Ks（ε1－ε2＋ε3－ε4）
DB
如果供桥电压E不变，那么构件变形引起的电压输出ΔUDB 与4个桥臂的应变值ε1、ε2、ε3、ε4成线性关系。式中各ε是代数值，其符号由变形方向决定。一般拉应变为\正\、压应变为\负\。根据这一特性：相邻两桥臂的
ε（ε1、ε3或 ε2、ε4）符号一致时，两应变相抵消；如符号相反，
则两应变的绝对值相加。
相对两桥臂的ε（ ε1 、ε2或 ε3、ε4）符号一致时，两应变的绝对值相加；如符号相反，则两应变相抵消。
实验如果能很好地利用电桥的这一特性，合理布片、灵活组桥，将直接影响电桥输出电压的大小，从而有效地提高测量灵敏度、并减少测量误差。这种作用称做桥路的加减特性。电阻应变仪是测量应变的专用仪器，桥路输出电压ΔUDB的大小，是按应变直接标定来显示的。因此与ΔUDB对应的应变值ε仪直接读出来。
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仪可由应变
机械测试技术实验
