《电阻应变片实验》课件

电阻应变片实验本实验介绍电阻应变片的原理和应用，以及如何使用应变片进行应力应变测量。实验目的11了解电阻应变片的结构、工作原理和应用。22掌握电阻应变片应变测量实验的步骤和方法。33学习利用电阻应变片测量物体应变和应力的方法。44培养学生动手能力和科学实验技能。电阻应变片基本原理电阻应变片是一种常用的应变传感器，由敏感元件和基底组成。敏感元件通常为电阻丝或薄膜，基底则为绝缘材料。当应变片粘贴在被测物体表面时，被测物体的变形会传递给应变片。敏感元件的电阻值会随着被测物体的应变变化而发生变化。通过测量电阻变化，可以计算出被测物体的应变值，进而得到应力、力或力矩等物理量。电阻应变片结构及材料电阻应变片通常由以下几个部分组成：敏感栅、基底材料、绝缘层、保护层和引线。敏感栅是电阻应变片的核心部分，它是由金属丝或薄膜材料制成的，并经过特殊工艺处理，使其具有良好的灵敏度和稳定性。基底材料是敏感栅的载体，通常由玻璃、陶瓷或金属材料制成，要求具有良好的机械强度、耐腐蚀性以及良好的热稳定性。电阻应变片的材料选择主要取决于应变片的工作环境和测量要求。常见的材料包括金属材料、半导体材料和复合材料。金属材料包括镍铬合金、康铜、铂金等，具有较高的灵敏度和稳定性，但价格较高。半导体材料包括硅、锗等，具有更高的灵敏度，但温度稳定性较差。复合材料是由多种材料混合制成，例如，将金属丝嵌入到树脂或塑料中，可以提高应变片的抗拉强度和耐腐蚀性。电阻应变片的工作原理1应变材料受力变形，长度变化引起应变2电阻变化应变改变电阻片长度，导致电阻变化3电桥测量电阻变化影响电桥平衡，产生电压信号电阻应变片利用材料的电阻率变化，将应变转换为电信号进行测量。当材料受力变形时，应变片的长度发生变化，导致电阻变化。这种电阻变化通过惠斯通电桥电路转换为电压信号，从而实现应变的测量。应变测量实验的意义结构安全评估应变测量可以帮助评估结构的强度和耐久性，识别潜在的风险和失效点。优化设计与制造精确的应变数据可以用于优化结构设计，提高材料利用率，降低成本。科学研究与技术开发应变测量是许多科学研究和技术开发领域的重要手段，例如材料科学、力学等。实验系统组成电阻应变片实验系统主要包含以下设备：电阻应变片静态应变仪数据采集系统计算机加载装置被测件应变片的安装清洁表面在安装应变片之前，应彻底清洁测试件表面，以确保应变片能够牢固粘贴。选择位置应根据实验目的选择应变片安装位置，并确保该位置能够代表测试件的应力状态。粘贴应变片使用特制的粘合剂将应变片牢固地粘贴在测试件表面，并确保应变片完全与测试件接触。连接引线使用导线将应变片连接到测量系统，并确保连接可靠。电桥的连接1电桥类型电阻应变片实验通常使用惠斯通电桥，它是一种测量电阻变化的电路。四臂电桥，常用作应变测量电路。2连接方式电阻应变片连接到电桥的四个臂上，每个应变片对应一个电桥臂。3桥臂选择应变片连接到电桥的哪两个臂，取决于实验目的和测量方式。电桥电路的原理惠斯通电桥电阻应变片实验中，常用惠斯通电桥测量应变片电阻变化。平衡状态当电桥处于平衡状态时，两臂电阻之比相等，桥路中无电流。应变片电阻变化当应变片受到应力作用时，其电阻发生变化，导致电桥失衡，产生输出电压。电压测量通过测量电桥输出电压，可以计算出应变片的应变值，从而推算出被测材料的应力。应力-应变关系应力-应变关系描述材料在受力时其内部应力与应变之间的关系。应力是指材料内部抵抗形变的力，而应变是指材料形变的程度。应力-应变关系曲线反映了材料的力学特性，可以通过该曲线了解材料的弹性模量、屈服强度、抗拉强度等重要参数。电阻应变片的灵敏系数电阻应变片的灵敏系数是指应变片在单位应变作用下电阻变化率。它反映了电阻应变片将应变转换为电信号的能力。2灵敏系数灵敏系数通常在2-3之间。100应变片应变片的灵敏系数越高，电阻变化越大，测量精度越高。10应变应变是指材料在受力作用下发生的形变。1000电阻电阻是指材料对电流的阻碍作用。实验步骤1准备工作检查实验仪器和材料2安装应变片根据实验要求正确安装应变片3连接电桥按照电路图连接电桥4校准仪器校准应变仪和数据采集系统确保所有设备正常工作，并且参数设置正确。进行试加载，确保信号稳定，避免出现意外情况。实验数据采集使用数据采集系统记录电桥输出电压。根据实验需求，选择合适的采样频率和采样时间。数据采集系统应变片电桥输出电压加载力值环境温度采样频率10Hz~100Hz1Hz~10Hz1Hz采样时间10s~60s10s~60s10s~60s数据分析与处理数据整理数据采集完成后，将数据导入计算机，整理、筛选并进行数据预处理。这包括删除错误数据，消除噪声，进行数据转换和插值等。数据分析采用统计学方法，对实验数据进行分析，包括计算平均值、标准差、方差等统计量，并进行数据可视化，绘制图表等。误差分析分析实验过程中的误差来源，评估测量误差，并进行误差传播分析，确定最终结果的置信区间。结果评估根据分析结果，验证实验目的，分析实验结论，并与理论值进行比较，评估实验结果的准确性和可靠性。相对应变的计算应变片测量得到的电桥输出电压，需要转换为实际应变值。转换公式需考虑电桥灵敏度系数、电压变化量和应变片阻抗。1电压变化量通过测量仪器读出电桥输出电压的增量。2灵敏度系数应变片技术参数中标明的系数。3阻抗应变片阻抗参数，通常在技术手册中列出。应力的计算应力是材料内部抵抗形变的力，是材料内部作用于截面的内力。应力的计算需要根据材料的特性、外力的大小和方向、材料的形状和尺寸等因素进行综合分析。应力与载荷成正比，当载荷增加时，应力也随之增加。弯矩与应力的关系1弯矩公式M=F*d2应力公式σ=M*y/I3应力分布应力分布呈线性变化弯矩是指力对某一点的转动效应，而应力则是材料内部的抵抗力。弯矩越大，应力越大，材料越容易发生变形或断裂。结果分析通过数据分析，可以得到实验结果。应力与应变关系分析应力-应变曲线，得出材料的弹性模量、屈服强度等指标。比较理论计算结果和实验结果，分析误差来源。实验结论得出实验结论，并与相关理论知识相结合。误差分析测量误差电阻应变片本身的精度、环境温度变化、安装误差等都会导致测量误差。数据处理误差数据采集过程中存在的噪声干扰、数据处理算法的误差都会引入误差。实验方法误差实验方法选择、操作步骤的误差都会影响实验结果的准确性。实验中的注意事项准确测量确保测量仪器校准，并遵循规范的测量程序，避免人为误差。连接牢固应变片与电桥的连接要牢固可靠，避免松动或接触不良，影响测量结果。温度控制应变片对温度敏感，实验环境的温度变化会影响测量结果，需注意温度控制。清洁工作实验前应清洁应变片和电桥，避免污垢或灰尘影响测量精度。实验现场操作流程1准备检查仪器和设备，确认工作状态2安装根据实验要求，正确安装应变片和连接电桥3校准进行零点校准，确保实验结果准确4测量根据实验设计，进行应变测量和数据采集5分析利用数据分析软件，处理数据并得出结论实验结果的应用桥梁工程桥梁工程需要精确测量应力应变，确保桥梁安全可靠，电阻应变片实验结果可用于桥梁设计优化。航空航天航空航天领域对材料强度和应力分布要求极高，电阻应变片实验结果可以帮助评估飞机部件的承受能力。风力发电风力发电叶片承受风荷载，电阻应变片实验结果可用于分析叶片受力情况，优化设计，提升发电效率。实验报告撰写要求数据准确性确保实验数据准确无误，数据图表清晰完整，并进行必要的分析和解释。实验过程描述详细描述实验过程，包括实验步骤、仪器设备、操作方法等，并对关键步骤进行重点说明。结果分析与讨论对实验结果进行分析和讨论，解释实验结果的意义，并分析实验误差产生的原因。结论与建议总结实验结论，并提出进一步研究的方向和建议。实验报告格式实验报告封面实验报告封面需包含以下信息：实验名称、实验时间、实验地点、学生姓名、学号、班级、指导教师等。实验报告正文实验报告正文需包含以下内容：实验目的、实验原理、实验步骤、实验数据、数据处理、结果分析、误差分析、结论、参考文献等。实验报告内容实验报告封面包含实验名称、实验时间、实验地点、实验人员、实验指导老师等基本信息。实验数据记录实验数据的记录必须完整、准确、规范，包括实验步骤、测量结果、数据处理过程等。实验结果分析对实验数据进行分析，得出实验结论，并与理论值进行比较，分析误差来源。实验总结总结实验过程中的经验教训，提出改进建议，并对实验结果进行展望。参考文献11.电阻应变片电阻应变片是一种将应力变化转化为电阻变化的传感器，广泛应用于结构应力分析、测量及控制等领域。22.应变测量实验应变测量实验是利用电阻应变片来测量物体表面应变的实验，是力学实验的重要组成部分。33.电桥电路电桥电路是利用电阻变化来测量电压变化的电路，在应变测量实验中起着至关重要的作用。44.数据分析与处理对实验数据进行分析和处理，才能得到准确可靠的应变和应力结果。实验视频展示视频展示了电阻应变片实验的完整过程，包括实验器材的准备、应变片的安装、电桥的连接、数据采集和分析等步骤。通过观看视频，您可以更直观地了