《電阻應變片實驗》課件

電阻應變片實驗本實驗介紹電阻應變片的原理和應用，以及如何使用應變片進行應力應變測量。實驗目的11了解電阻應變片的結(jié)構(gòu)、工作原理和應用。22掌握電阻應變片應變測量實驗的步驟和方法。33學習利用電阻應變片測量物體應變和應力的方法。44培養(yǎng)學生動手能力和科學實驗技能。電阻應變片基本原理電阻應變片是一種常用的應變傳感器，由敏感元件和基底組成。敏感元件通常為電阻絲或薄膜，基底則為絕緣材料。當應變片粘貼在被測物體表面時，被測物體的變形會傳遞給應變片。敏感元件的電阻值會隨著被測物體的應變變化而發(fā)生變化。通過測量電阻變化，可以計算出被測物體的應變值，進而得到應力、力或力矩等物理量。電阻應變片結(jié)構(gòu)及材料電阻應變片通常由以下幾個部分組成：敏感柵、基底材料、絕緣層、保護層和引線。敏感柵是電阻應變片的核心部分，它是由金屬絲或薄膜材料制成的，并經(jīng)過特殊工藝處理，使其具有良好的靈敏度和穩(wěn)定性。基底材料是敏感柵的載體，通常由玻璃、陶瓷或金屬材料制成，要求具有良好的機械強度、耐腐蝕性以及良好的熱穩(wěn)定性。電阻應變片的材料選擇主要取決于應變片的工作環(huán)境和測量要求。常見的材料包括金屬材料、半導體材料和復合材料。金屬材料包括鎳鉻合金、康銅、鉑金等，具有較高的靈敏度和穩(wěn)定性，但價格較高。半導體材料包括硅、鍺等，具有更高的靈敏度，但溫度穩(wěn)定性較差。復合材料是由多種材料混合制成，例如，將金屬絲嵌入到樹脂或塑料中，可以提高應變片的抗拉強度和耐腐蝕性。電阻應變片的工作原理1應變材料受力變形，長度變化引起應變2電阻變化應變改變電阻片長度，導致電阻變化3電橋測量電阻變化影響電橋平衡，產(chǎn)生電壓信號電阻應變片利用材料的電阻率變化，將應變轉(zhuǎn)換為電信號進行測量。當材料受力變形時，應變片的長度發(fā)生變化，導致電阻變化。這種電阻變化通過惠斯通電橋電路轉(zhuǎn)換為電壓信號，從而實現(xiàn)應變的測量。應變測量實驗的意義結(jié)構(gòu)安全評估應變測量可以幫助評估結(jié)構(gòu)的強度和耐久性，識別潛在的風險和失效點。優(yōu)化設計與制造精確的應變數(shù)據(jù)可以用于優(yōu)化結(jié)構(gòu)設計，提高材料利用率，降低成本?？茖W研究與技術開發(fā)應變測量是許多科學研究和技術開發(fā)領域的重要手段，例如材料科學、力學等。實驗系統(tǒng)組成電阻應變片實驗系統(tǒng)主要包含以下設備：電阻應變片靜態(tài)應變儀數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)計算機加載裝置被測件應變片的安裝清潔表面在安裝應變片之前，應徹底清潔測試件表面，以確保應變片能夠牢固粘貼。選擇位置應根據(jù)實驗目的選擇應變片安裝位置，并確保該位置能夠代表測試件的應力狀態(tài)。粘貼應變片使用特制的粘合劑將應變片牢固地粘貼在測試件表面，并確保應變片完全與測試件接觸。連接引線使用導線將應變片連接到測量系統(tǒng)，并確保連接可靠。電橋的連接1電橋類型電阻應變片實驗通常使用惠斯通電橋，它是一種測量電阻變化的電路。四臂電橋，常用作應變測量電路。2連接方式電阻應變片連接到電橋的四個臂上，每個應變片對應一個電橋臂。3橋臂選擇應變片連接到電橋的哪兩個臂，取決于實驗目的和測量方式。電橋電路的原理惠斯通電橋電阻應變片實驗中，常用惠斯通電橋測量應變片電阻變化。平衡狀態(tài)當電橋處于平衡狀態(tài)時，兩臂電阻之比相等，橋路中無電流。應變片電阻變化當應變片受到應力作用時，其電阻發(fā)生變化，導致電橋失衡，產(chǎn)生輸出電壓。電壓測量通過測量電橋輸出電壓，可以計算出應變片的應變值，從而推算出被測材料的應力。應力-應變關系應力-應變關系描述材料在受力時其內(nèi)部應力與應變之間的關系。應力是指材料內(nèi)部抵抗形變的力，而應變是指材料形變的程度。應力-應變關系曲線反映了材料的力學特性，可以通過該曲線了解材料的彈性模量、屈服強度、抗拉強度等重要參數(shù)。電阻應變片的靈敏系數(shù)電阻應變片的靈敏系數(shù)是指應變片在單位應變作用下電阻變化率。它反映了電阻應變片將應變轉(zhuǎn)換為電信號的能力。2靈敏系數(shù)靈敏系數(shù)通常在2-3之間。100應變片應變片的靈敏系數(shù)越高，電阻變化越大，測量精度越高。10應變應變是指材料在受力作用下發(fā)生的形變。1000電阻電阻是指材料對電流的阻礙作用。實驗步驟1準備工作檢查實驗儀器和材料2安裝應變片根據(jù)實驗要求正確安裝應變片3連接電橋按照電路圖連接電橋4校準儀器校準應變儀和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)確保所有設備正常工作，并且參數(shù)設置正確。進行試加載，確保信號穩(wěn)定，避免出現(xiàn)意外情況。實驗數(shù)據(jù)采集使用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)記錄電橋輸出電壓。根據(jù)實驗需求，選擇合適的采樣頻率和采樣時間。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)應變片電橋輸出電壓加載力值環(huán)境溫度采樣頻率10Hz~100Hz1Hz~10Hz1Hz采樣時間10s~60s10s~60s10s~60s數(shù)據(jù)分析與處理數(shù)據(jù)整理數(shù)據(jù)采集完成后，將數(shù)據(jù)導入計算機，整理、篩選并進行數(shù)據(jù)預處理。這包括刪除錯誤數(shù)據(jù)，消除噪聲，進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和插值等。數(shù)據(jù)分析采用統(tǒng)計學方法，對實驗數(shù)據(jù)進行分析，包括計算平均值、標準差、方差等統(tǒng)計量，并進行數(shù)據(jù)可視化，繪制圖表等。誤差分析分析實驗過程中的誤差來源，評估測量誤差，并進行誤差傳播分析，確定最終結(jié)果的置信區(qū)間。結(jié)果評估根據(jù)分析結(jié)果，驗證實驗目的，分析實驗結(jié)論，并與理論值進行比較，評估實驗結(jié)果的準確性和可靠性。相對應變的計算應變片測量得到的電橋輸出電壓，需要轉(zhuǎn)換為實際應變值。轉(zhuǎn)換公式需考慮電橋靈敏度系數(shù)、電壓變化量和應變片阻抗。1電壓變化量通過測量儀器讀出電橋輸出電壓的增量。2靈敏度系數(shù)應變片技術參數(shù)中標明的系數(shù)。3阻抗應變片阻抗參數(shù)，通常在技術手冊中列出。應力的計算應力是材料內(nèi)部抵抗形變的力，是材料內(nèi)部作用于截面的內(nèi)力。應力的計算需要根據(jù)材料的特性、外力的大小和方向、材料的形狀和尺寸等因素進行綜合分析。應力與載荷成正比，當載荷增加時，應力也隨之增加。彎矩與應力的關系1彎矩公式M=F*d2應力公式σ=M*y/I3應力分布應力分布呈線性變化彎矩是指力對某一點的轉(zhuǎn)動效應，而應力則是材料內(nèi)部的抵抗力。彎矩越大，應力越大，材料越容易發(fā)生變形或斷裂。結(jié)果分析通過數(shù)據(jù)分析，可以得到實驗結(jié)果。應力與應變關系分析應力-應變曲線，得出材料的彈性模量、屈服強度等指標。比較理論計算結(jié)果和實驗結(jié)果，分析誤差來源。實驗結(jié)論得出實驗結(jié)論，并與相關理論知識相結(jié)合。誤差分析測量誤差電阻應變片本身的精度、環(huán)境溫度變化、安裝誤差等都會導致測量誤差。數(shù)據(jù)處理誤差數(shù)據(jù)采集過程中存在的噪聲干擾、數(shù)據(jù)處理算法的誤差都會引入誤差。實驗方法誤差實驗方法選擇、操作步驟的誤差都會影響實驗結(jié)果的準確性。實驗中的注意事項準確測量確保測量儀器校準，并遵循規(guī)范的測量程序，避免人為誤差。連接牢固應變片與電橋的連接要牢固可靠，避免松動或接觸不良，影響測量結(jié)果。溫度控制應變片對溫度敏感，實驗環(huán)境的溫度變化會影響測量結(jié)果，需注意溫度控制。清潔工作實驗前應清潔應變片和電橋，避免污垢或灰塵影響測量精度。實驗現(xiàn)場操作流程1準備檢查儀器和設備，確認工作狀態(tài)2安裝根據(jù)實驗要求，正確安裝應變片和連接電橋3校準進行零點校準，確保實驗結(jié)果準確4測量根據(jù)實驗設計，進行應變測量和數(shù)據(jù)采集5分析利用數(shù)據(jù)分析軟件，處理數(shù)據(jù)并得出結(jié)論實驗結(jié)果的應用橋梁工程橋梁工程需要精確測量應力應變，確保橋梁安全可靠，電阻應變片實驗結(jié)果可用于橋梁設計優(yōu)化。航空航天航空航天領域?qū)Σ牧蠌姸群蛻Ψ植家髽O高，電阻應變片實驗結(jié)果可以幫助評估飛機部件的承受能力。風力發(fā)電風力發(fā)電葉片承受風荷載，電阻應變片實驗結(jié)果可用于分析葉片受力情況，優(yōu)化設計，提升發(fā)電效率。實驗報告撰寫要求數(shù)據(jù)準確性確保實驗數(shù)據(jù)準確無誤，數(shù)據(jù)圖表清晰完整，并進行必要的分析和解釋。實驗過程描述詳細描述實驗過程，包括實驗步驟、儀器設備、操作方法等，并對關鍵步驟進行重點說明。結(jié)果分析與討論對實驗結(jié)果進行分析和討論，解釋實驗結(jié)果的意義，并分析實驗誤差產(chǎn)生的原因。結(jié)論與建議總結(jié)實驗結(jié)論，并提出進一步研究的方向和建議。實驗報告格式實驗報告封面實驗報告封面需包含以下信息：實驗名稱、實驗時間、實驗地點、學生姓名、學號、班級、指導教師等。實驗報告正文實驗報告正文需包含以下內(nèi)容：實驗目的、實驗原理、實驗步驟、實驗數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)處理、結(jié)果分析、誤差分析、結(jié)論、參考文獻等。實驗報告內(nèi)容實驗報告封面包含實驗名稱、實驗時間、實驗地點、實驗人員、實驗指導老師等基本信息。實驗數(shù)據(jù)記錄實驗數(shù)據(jù)的記錄必須完整、準確、規(guī)范，包括實驗步驟、測量結(jié)果、數(shù)據(jù)處理過程等。實驗結(jié)果分析對實驗數(shù)據(jù)進行分析，得出實驗結(jié)論，并與理論值進行比較，分析誤差來源。實驗總結(jié)總結(jié)實驗過程中的經(jīng)驗教訓，提出改進建議，并對實驗結(jié)果進行展望。參考文獻11.電阻應變片電阻應變片是一種將應力變化轉(zhuǎn)化為電阻變化的傳感器，廣泛應用于結(jié)構(gòu)應力分析、測量及控制等領域。22.應變測量實驗應變測量實驗是利用電阻應變片來測量物體表面應變的實驗，是力學實驗的重要組成部分。33.電橋電路電橋電路是利用電阻變化來測量電壓變化的電路，在應變測量實驗中起著至關重要的作用。44.數(shù)據(jù)分析與處理對實驗數(shù)據(jù)進行分析和處理，才能得到準確可靠的應變和應力結(jié)果。實驗視頻展示視頻展示了電阻應變片實驗的完整過程，包括實驗器材的準備、應變片的安裝、電橋的連接、數(shù)據(jù)采集和分析等步驟。通過觀看視頻，您可以更直觀地了