悬臂梁实验

悬臂梁弯曲正应力测定实验

一、实验目的

测定悬臂梁承受纯弯曲时的应力，并与理论计算结果进行比较，以验证应力公式。掌握用电阻应变片测量应力的原理及其方法。

二、实验仪器

应变传感器实验模块、托盘、砝码、数显电压表、±15V 、+10V 电源、万用表（自备）。

三、实验原理

金属箔式应变片就是通过光刻、腐蚀等工艺制成的应变敏感组件，为了测量构件上某点沿某一方向的应变，在构件未受力前，将应变片贴在测点处，使应变片的长度L 沿着指定的方向。构件受力变形后，粘贴在构件上的应变片随测点处的材料一起变形，应变片的原来电阻R 改变为R+△R （若为拉应变，电阻丝长度伸长，横截面面积减小，电阻增加）。由实验得知，单位电阻的改变量△R/R 与应变ε成正比，即

=R S R

ε∆ S 称为应变片的灵敏系数，它和电阻丝的材料及丝的绕制形式有关。S 值在应变片出厂时由厂方标出，一般S 值为2左右。

图1 实验平台示意图

本实验平台如图1所示，四个金属箔应变片分别贴在弹性体的上下两侧，弹性体受到压力发生形变，应变片随弹性体形变被拉伸，或被压缩。这些应变片将应变变化转换为电阻的变化，将应变片接入直流电桥中，通过电桥将电阻变化转换为电压变化，进而可以通过测量电压的变化测量应变。应变片在电桥中有3中基本线路连接，单臂连接（一个应变片）、半桥连接（两个臂为应变片）、全桥连接（四个全是应变片）。电桥一般采用等臂连接，即应变片不受力时，电桥中的电阻值相同，电桥平衡。不同的连接方式灵敏度不同，输出电压与电阻变化及应变之间的关系为： 单臂：011=44

I I R U U U S R ε∆=

半桥：14014111=422

I I I R R R U U U U S R R R ε⎛⎫∆∆∆=-= ⎪⎝⎭ 全桥：3124012341=4I I I R R R R R U U U U S R R R R R ε⎛⎫∆∆∆∆∆=

-+-= ⎪⎝⎭ 由上述可知，全桥灵敏度最高，并且可以补偿非待测载荷应力的干扰及温度补偿的作用。本实验中采取全桥连接方式。在实验中，合适调整放大倍数，即可将应变值显示。本实验中，应变片灵敏度S 为2。

图2 电桥原理示意图

图3 应变处理电路模块及接线示意图

四、实验内容与步骤

1．应变传感器已安装在应变传感器实验模块上。

2．差动放大器调零。从主控台接入±15V电源，检查无误后，合上主控台电源开关，将差动放大器的输入端Ui短接并与地短接，输出端Uo2接数显电压表（选择2V档）。将电位器Rw3调到增益最大位置（顺时针转到底），调节电位器Rw4使电压表显示为0V。关闭主控台电源。（Rw4的位置确定后不能改动）

3．按图3接线，将受力相反（一片受拉，一片受压）的两对应变片分别接入电桥的邻边。

4．加托盘后电桥调零。电桥输出接到差动放大器的输入端Ui，检查接线无误后，合上主控台电源开关，预热五分钟，调节Rw1使电压表显示为零。

5. 调节放大倍数。托盘加6个砝码，输入端Ui接数显电压表（选择2V档），测出的电压值u。再将显电压表接到输出端Uo2，调节放大倍数旋纽Rw3，使输出显示500u，即放大500倍（0.5V）。由于应变片灵敏度并不知道，（Rw3的位置确定后不能改动）。

6. 重复4、5，使无砝码时，显示为0；有砝码时显示0.5V为止。

7．将砝码依次放到托盘上并读取相应的数显表值，直到10个砝码加完，计下实验结果.填入表1中。