电测实验报告.docx
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电测实验报告
电测实验报告
电测实验报告
电测实验报告
电测法就是将物理量、力学量、机械量等非电量通过敏感元件转换成电量来进行测量的一种方法，是实验应力分析的重要方法之一。
电测法以测量精度高、传感元件小和测量范围广等优点，在民用建筑，医学，道路，桥梁等工程实践中得到广泛应用。
一、实验目的
1.了解电测法的基本原理；2.熟悉悬臂梁的结构及应变特性；3.学会用电测法测量。
4.制作一电子秤，并确定其量程，计算线性度和灵敏度。
二、实验仪器、设备和工具
等强度悬臂梁实验仪，精密数字测量仪，砝码，砝码盘，数据线，游标卡尺，钢板尺。
三、实验原理1.主要仪器介绍
以弯曲为主要变形的杆件称为梁。
一端固定，另一端自由的梁为悬臂梁。
为了使悬臂梁各个截面的弯曲应力相同,随着弯矩的大小相应地改变截面尺寸,以保持相同强度，这样的悬臂梁称为等强度悬臂梁。
等强度悬臂梁实验仪由已粘贴好电阻应变片的等强度梁、支座、水平仪、调节螺钉和加载砝码等组成，如图1所示。
本实验用电测法测量等强度悬臂梁的应力、应变。
电阻应变片是能将被测试件的应变转换成电阻变化的敏感元件。
它由敏感栅、基片、覆盖层、引线四部分组成，如图2所示。
其中，敏感栅是用金属丝制成的应变转换元件，是构成电阻应变片的主要部分；引线作为测量敏感栅电阻值时与外部导线连接之用；基底的作用是保持敏感栅的几何形状和相对位置；覆盖层是用来护敏感栅的；粘贴剂用来将敏感栅固结在覆盖层和基底之间。
精密数字测量仪是常用的应变传感器测量仪。
当电阻应变片将电阻值的变化转化为电压的变化后，经过精密数字测量仪放大器的放大处理，最后换算成输出与应变成正比的模拟电信号。
再经放大处理，经A/D转换，将模拟信号转换成数字信号输出。
2.电测法基本原理
电测法基本原理，是将金属丝等制成的电阻应变片贴在构件待测应变处，当构件受力变形时，金属丝亦随之伸缩，因而其电阻也随之改变。
电阻改变量与金属丝的线应变之间存在一定的关系。
通过电阻应变仪将电阻改变量测出，进而可得到构件所测部位的应变。
电阻改变量与构件应变之间存在如下关系：
RRK
（1）式中，
RR为电阻应变片电阻值的相对变化量；K为应变片的灵敏系数，对于本实验K为常数；
为构件应变。
图1等强度悬臂梁实验仪图2应变片的结构
3.测量等强度悬臂梁应力的电路
由于悬臂梁产生的应变一般都很小,引起应变片的电阻变化也很小，要想把这种应变直接测量出来很困难。
因此,需要有专用的测量电路来测量这种由应变变化而引起的电阻变化。
一般情况下，将悬臂梁上的应变片连接成电桥进行测量，可将一枚、二枚或四枚应变片接入到桥臂中，分别称作单桥、半桥和全桥电路，如图3所示。
接入应变片的桥臂称为工作臂，在输入端加电压E，则在输出端有输出电压U。
本实验采用全桥电路，四个桥臂均接有应变片，电阻值分别为R1，R2、R3和R4。
在等强度悬臂梁的自由端挂有砝码盘，不加砝码时，电路为惠斯登电桥，则有
UER1R3R2R4（R1R2）（R3R4）0
所以R1R3R2R4
当在砝码盘上加上砝码时，梁发生弯曲变形。
电阻应变片也产生相同的应变，阻值发生变化。
电阻应变片在悬臂梁上的粘贴位置如图4。
R1、R3受到的是拉伸变形，R2、R4受到的挤压变形，则R1、R3的电阻增加，R2、R4的电阻减少。
假设各个应变片电阻的变化量为△R1，△R2、△R3和△R4，△R1和△R3的符号为正，△R2和△R4的符号为负。
这时有
U1R1R2R3R4（--）
（2）E4R1R2R3R4若四个桥臂上应变片的灵敏系数均为K,由
（1）式可知
R1R1RRRK1，2K2，3K2，4K4
R2R3R4则
（2）式变为
UEK（1-23-4）4（3）
本实验中，电路中的应变片均是相同的，因此R1=R2=R3=R4=R,△R1=-△R2=△R3=-△R4=△R，ε1=-ε2=ε3=-ε4=ε。
则（3）式变为
UEK（4）式中
UES，为传感器的输出灵敏度，单位为mV/V，所以
SK（5）
实验中，S的值可由精密数字测量仪直接读出,K作为已知的常数给出。
（a）单桥（b）临臂半桥
（c）对臂半桥（d）全桥
图3电阻应变片的连接方式
4.实验内容
等强度悬臂梁所受的正应力与应变之间有如下的关系式：
E（6）
式中ε等强度悬臂梁所受的应变；
σ等强度悬臂梁所受的应力；
E弹性模量。
又因为
MW（7）
式中M被测点的力矩,M=P（L-x），P为对悬臂梁所施加的力，既载荷，P=mg。
L为力的作用点到固定点的距离。
x为力的作用点到待测点的距离。
W抗弯截面系数，W=bh2/6，b为梁的宽度，h为梁的厚度。
所以（7）式变为
6mg（Lbh22x）
由（5）（6）（8）式得mES读bh6Ks（Lx）g或S6mKs（Lx）gEbh2（9）
实验中，在砝码盘上逐级加砝码，在测量仪上读出每一级时传感器的灵敏度S，多组实验取平均值。
LR1PR3hR2R4b图4等强度悬臂梁以及应变片的粘贴位置四、实验步骤
（一）实验准备1.按规定位置粘贴电阻应变片，焊线、防护（己预先准备好）。
2.制定加载方案，四级加载：
0.2Kg、0.4Kg、0.6Kg、0.8Kg。
3.将精密数字测量仪与等强度悬臂梁实验仪的数据线连接起来，开启测量仪，预热10分钟。
4.测量并记录等强度悬臂梁外形尺寸，见附表1。
（二）进行实验1.加砝码之前按下“清零”键，清除由于砝码盘重量带来的S值的变化。
2.逐级增加砝码，每增加一次砝码，记录测量仪的输出数值S（mV/V）（见附表2），重复三次。
注意加载缓慢，勿超载。
3.卸掉载荷，仪器复原。
五、实验数据处理
1.确定其量程由
6mg（Lx）bh2知，令x=0，max150MPa,1.5，可求得最大量程为mmax3.26kg
2.计算线性度和灵敏度
见下附表3,（数据利用了excel软件处理）
附表1等强度悬臂梁尺寸和有关参数
计算长度L＝250mm梁的宽度bmax＝300mm梁的厚度h＝4mms150MPa弹性模量E＝70GPa电阻应变片灵敏系数K＝2.06安全系数1.5载荷P级别0Kg（置零）0.2Kg0.4Kg0.6Kg0.8Kg
附表2测量仪输出数据（mV/V）测量次数1230（置零）0（置零）0（置零）733668696144314381387224121582204266527733038
平均值06991422.6672201*825.3载荷-应变关系40003000y=3620.3x+16.133拟合直线应变201*1000000.20.40.6载荷（kg）0.81载荷-应变
扩展阅读：
材料力学电测实验报告书--201*
材料力学实验报告书班级：
学号：
姓名：
江西理工大学（南昌）
力学实验规则及要求
一、作好实验前的准备工作
（1）按各次实验的预习要求，认真阅读实验指导复习有关理论知识，明确实验目的，掌握实验原理，了解实验的步骤和方法。
（2）对实验中所使用的仪器、实验装置等应了解其工作原理，以及操作注意事项。
（3）必须清楚地知道本次实验须记录的数据项目及其数据处理的方法。
二、严格遵守实验室的规章制度
（1）课程规定的时间准时进入实验室。
保持实验室整洁、安静。
（2）未经许可，不得随意动用实验室内的机器、仪器等一切设备。
（3）作实验时，应严格按操作规程操作机器、仪器，如发生故障，应及时报告，不得擅自处理。
（4）实验结束后，应将所用机器、仪器擦拭干净，并恢复到正常状态。
三、认真做好实验
（1）接受教师对预习情况的抽查、质疑，仔细听教师对实验内容的讲解。
（2）实验时，要严肃认真、相互配合，仔细地按实验步骤、方法逐步进行。
（3）实验过程中，要密切注意观察实验现象，记录好全部所需数据，并交指导老师审阅。
四、实验报告的一般要求
实验报告是对所完成的实验结果整理成书面形式的综合资料。
通过实
验报告的书写，培养学习者准确有效地用文字来表达实验结果。
因此，要求学习者在自己动手完成实验的基础上，用自己的语言扼要地叙述实验目的、原理、步骤和方法，所使用的设备仪器的名称与型号、数据计算、实验结果、问题讨论等内容，独立地写出实验报告，并做到字迹端正、绘图清晰、表格简明。
实验准备
一、实验的内容…………………………………………………………………………………3二、试验方法和要求……………………………………………………………………………3三、组合式材料力学多功能实验台……………………………………………………………4
材料力学电测实验
实验一、纯弯曲梁的正应力实验………………………………………………………………6实验二、材料弹性模量E和泊松比的测定…………………………………………………9实验三、悬臂梁实验…………………………………………………………………………12
实验准备
一、实验的内容
实验教学作为材料力学课程的一个重要组成部分，对于提高学生实践能力、设计能力具有重要意义，电测实验具体包含以下两个方面内容：
1、验证理论
材料力学常将实际问题抽象为理想模型，再由科学假设推导出一般公式，如纯弯曲梁和纯扭转圆轴的分析都使用了平面假设。
用实验验证这些理论的正确性和适用范围，有助于加强学生对理论的理解和认识。
2、实验应力分析
工程上许多实际构件的形状和受载情况，都十分复杂。
关于它们的强度问题，仅依靠理论计算，不易得到满意的结果。
近几十年来出现了用实验分析方法确定构件在受力情况下应力状态的学科。
它可用于研究固体力学的基本规律，为发展新理论提供论据，同时又是提高工程设计质量，进行失效分析的一种重要手段。
二、实验方法和要求
材料力学实验过程中主要是测量作用在试件上的载荷和试件产生的变形，它们往往要同时测量，要求同组同学必须协同完成，因此，实验时应注意以下几方面：
（一）实验前的准备工作
要明确实验目的、原理和实验步骤，了解实验的方法、拟订加载方案，设计实验表格以备使用。
实验小组成员，应分工明确，分别有记录、测变形和测力者。
（二）进行实验
未加载前，首先检查仪器安放是否稳定，按要求接好传感器和试件；
接通电源后，力＆应变综合测试仪中拉压力和应变量是否调零；检查无误后即可进行实验，实验过程严格按照学生实验守则来完成。
（三）书写实验报告:
实验报告应当包括下列内容
1.实验名称、实验日期、实验者及同组成员2.实验目的及装置3.使用的仪器设备4.实验原理及方法5.实验数据及其处理
6.计算和实验结果分析
三、组合式材料力学多功能实验台
组合式材料力学多功能实验台是方便同学们自己动手作材料力学电测实验的设备，一个实验台可做七个以上电测实验，功能全面，操作简单。
（一）构造及工作原理1.外形结构
实验台为框架式结构，分前后两片架，其外形结构如图2-1。
前片架可做弯扭组合受力分析，材料弹性模量、泊松比测定，偏心拉伸实验，压杆稳定实验，悬臂梁实验、等强度梁实验；后片架可做纯弯曲梁正应力实验，电阻应变片灵敏系数标定，组合叠梁实验等。
前面后面
图2-1组合式材料力学多功能实验台外形结构图
1.传感器；2.弯曲梁附件；3.弯曲梁；4.三点挠度仪；5.千分表（用户需另配）；6.悬臂梁附件；7.悬臂梁；8.扭转筒；9.扭转附件；10.加载机构；11.手轮；12.拉伸附件；13.拉伸试件；14.可调节底盘
2.加载原理
加载机构为内置式，采用蜗轮蜗杆及螺旋传动的原理，在不产生对轮齿破坏的情况下，对试件进行施力加载，该设计采用了两种省力机械机构组合在一起，将手轮的转动变成了螺旋千斤加载的直线运动，具有操作省力，加载稳定等特点。
3.工作机理
实验台采用蜗杆和螺旋复合加载机构，通过传感器及过渡加载附件对试件进行施力加载，加载力大小经拉压力传感器由力＆应变综合参数测试仪的测力部分测出所施加的力值；各试件的受力变形，通过力＆应变综合参数测试仪的测试应变部分显示出来，该测试设备备有微机接口，所有数据可由计算机分析处理打印。
（二）操作步骤
1.将所作实验的试件通过有关附件连接到架体相应位置，连接拉压力传感器和加载件到加载机构上去。
2.连接传感器电缆线到仪器传感器输入插座，连接应变片导线到仪器的各个通道接口上去。
3.打开仪器电源，预热约20分钟左右，输入传感器量程及灵敏度和应变片灵敏系数（一般首次使用时已调好，如实验项目及传感器没有改变，可不必重新设置），在不加载的情况下将测力量和应变量调至零。
4.在初始值以上对各试件进行分级加载，转动手轮速度要均匀，记下各级力值和试件产生的应变值进行计算、分析和验证，如已与微机连接，则全部数据可由计算机进行简单的分析并打印。
（三）注意事项
1.每次实验最好先将试件摆放好，仪器接通电源，打开仪器预热约20分钟左右，讲完课再作实验。
2.各项实验不得超过规定的终载的最大拉压力。
3.加载机构作用行程为50mm，手轮转动快到行程末端时应缓慢转动，以免撞坏有关定位件。
4.所有实验进行完后，应释放加力机构，最好拆下试件，以免闲杂人员乱动损坏传感器和有关试件。
5.蜗杆加载机构每半年或定期加润滑机油，避免干磨损，缩短使用寿命。
材料力学电测实验
实验一纯弯曲梁的正应力实验
一、实验目的
1.测定梁在纯弯曲时横截面上正应力大小和分布规律2.验证纯弯曲梁的正应力计算公式二、实验仪器设备和工具
3.组合实验台中纯弯曲梁实验装置4.力＆应变综合参数测试仪5.游标卡尺、钢板尺三、实验原理及方法
在纯弯曲条件下，根据平面假设和纵向纤维间无挤压的假设，可得到梁横截面上任一点的正应力，计算公式为σ=My/Iz式中M为弯矩，Iz为横截面对中性轴的惯性矩；y为所求应力点至中性轴的距离。
为了测量梁在纯弯曲时横截面上正应力的分布规律，在梁的纯弯曲段沿梁侧面不同高度，平行于轴线贴有应变片（如图3-1）。
△P/2△P/2
1
2h3
4
aab5L#####图3-1应变片在梁中的位置
实验可采用半桥单臂、公共补偿、多点测量方法。
加载采用增量法，即每增加等量的载荷△P，测出各点的应变增量△ε，然后分别取各点应变增量的平均值△ε实i，依次求出各点的应变增量
σ实i=E△ε实i
将实测应力值与理论应力值进行比较，以验证弯曲正应力公式。
四、实验步骤
1.设计好本实验所需的各类数据表格。
2.测量矩形截面梁的宽度b和高度h、载荷作用点到梁支点距离a及各应变片到中性层的距离yi。
见附表1
3.拟订加载方案。
先选取适当的初载荷P0（一般取P0=10％Pmax左右），估算Pmax（该实验载荷范围Pmax≤4000N），分4～6级加载。
4.根据加载方案，调整好实验加载装置。
5.按实验要求接好线，调整好仪器，检查整个测试系统是否处于正常工作状态。
6.加载。
均匀缓慢加载至初载荷P0，记下各点应变的初始读数；然后
分级等增量加载，每增加一级载荷，依次记录各点电阻应变片的应变值εi，直到最终载荷。
实验至少重复两次。
见附表2
7.作完实验后，卸掉载荷，关闭电源，整理好所用仪器设备，清理实验现场，将所用仪器设备复原，实验资料交指导教师检查签字。
附表1（试件相关数据）应变片至中性层距离（mm）Y1－20Y2－10Y30Y410Y520附表2（实验数据）载荷P500N△P500εP1△εP各平均值测εP点2△εP电平均值阻εP应3△εP变平均值仪εP读4△εP数平均值εεP5△εP平均值梁的尺寸和有关参数宽度b=20mm高度h=40mm跨度L=600mm载荷距离a=125mm弹性模量E=210GPa泊松比μ=0.26惯性矩Iz=bh3/12=1.067×10-7m4
10001500201*25005005005007
30005五、实验结果处理
1.实验值计算
根据测得的各点应变值εi求出应变增量平均值△εi，代入胡克定律计算各点的实验应力值，因1ε=10-6ε，所以
各点实验应力计算：
σ
2.理论值计算
载荷增量△P=500N
弯距增量△M=△Pa/2=31.25Nm各点理论值计算：
σ
i理i实
=Eεi实=E×△εi×10-6
=△Myi
Iz3.绘出实验应力值和理论应力值的分布图分别以横坐标轴表示各测点的应力σ
i实
和σ
i理
，以纵坐标轴表示各测
点距梁中性层位置yi，选用合适的比例绘出应力分布图。
4.实验值与理论值的比较测点12345六、思考题
1.影响实验结果准确性的主要因素是什么？
2.弯曲正应力的大小是否受弹性模量E的影响？
3.实验时没有考虑梁的自重，会引起误差吗？
为什么？
4.梁弯曲的正应力公式并未涉及材料的弹性模量E，而实测应力值的计算却用上了弹性模量E，为什么？
理论值σi理（MPa）实际值σi实（MPa）相对误差实验二材料弹性模量E和泊松比的测定
一、实验目的
1.测定常用金属材料的弹性模量E和泊松比。
2.验证胡克（Hooke）定律。
二、实验仪器设备和工具1.组合实验台中拉伸装置2.力＆应变综合参数测试仪3.游标卡尺、钢板尺三、实验原理和方法
试件采用矩形截面试件，电阻应变片布片方式如图3-4。
在试件中央截面上，沿前后两面的轴线方向分别对称的贴一对轴向应变片R1、R1和一对横向应变片R2、R2，以测量轴向应变ε和横向应变ε。
PP
R1R1R1RRR2R2R2bh补偿块
PP
图3-4拉伸试件及布片图
1.弹性模量E的测定
由于实验装置和安装初始状态的不稳定性，拉伸曲线的初始阶段往往
是非线性的。
为了尽可能减小测量误差，实验宜从一初载荷P0（P0≠0）开始，采用增量法，分级加载，分别测量在各相同载荷增量△P作用下，产生的应变增量△ε，并求出△ε的平均值。
设试件初始横截面面积为A0，又因ε=△l/l，则有
E=
△P△εA0上式即为增量法测E的计算公式。
式中A0试件截面面积
△ε轴向应变增量的平均值
2.泊松比μ的测定
利用试件上的横向应变片和纵向应变片合理组桥，为了尽可能减小测量误差，实验宜从一初载荷P0（P0≠0）开始，采用增量法，分级加载，分别测量在各相同载荷增量△P作用下，
横向应变增量△ε和纵向应变增量△ε。
求出平均值，按定义
△εμ=△ε便可求得泊松比μ。
四、实验步骤
1.设计好本实验所需的各类数据表格。
2.测量试件尺寸。
在试件标距范围内，测量试件三个横截面尺寸，取三处横截面面积的平均值作为试件的横截面面积A0。
见附表1
3.拟订加载方案。
先选取适当的初载荷P0（一般取P0=10%Pmax左右），估算Pmax（该实验载荷范围Pmax≤5000N），分4～6级加载。
4.根据加载方案，调整好实验加载装置。
5.按实验要求接好线（为提高测试精度建议采用图3－5d所示相对桥臂测量方法），调整好仪器，检查整个测试系统是否处于正常工作状态。
6.加载。
均匀缓慢加载至初载荷P0，记下各点应变的初始读数；然后分级等增量加载，每增加一级载荷，依次记录各点电阻应变片的应变值，直到最终载荷。
实验至少重复两次。
见附表2，半桥单臂测量数据表格,其他组桥方式实验表格可根据实际情况自行设计。
7.作完实验后，卸掉载荷，关闭电源，整理好所用仪器设备，清理实验现场，将所用仪器设备复原，实验资料交指导教师检查签字。
附表1（试件相关数据）试件厚度h（mm）截面Ⅰ截面Ⅱ截面Ⅲ平均弹性模量E=210GPa泊松比μ=0.26附表2（实验数据）
宽度b（mm）横截面面积A0=bh（mm2）载荷（N）轴向应变读数μεP△Pε1△ε1△ε1平均值ε1△ε1△ε1平均值△ε1平均值△ε1平均值平均值10001000201*30004000500010001000100010
续附表2（实验数据）横向应ε2变读数△ε2με△ε2平均值ε2△ε2△ε2平均值△ε2平均值△ε2平均值平均值五、实验结果处理1.弹性模量计算△PE==△εA0
2.泊松比计算△εμ==
△ε
六、思考题
1.分析纵、横向应变片粘贴不准，对测试结果的影响。
2.根据实验测得的E实、μ实值与已知E理、μ理值作对比，分析误差原因。
3.采用什么措施可消除偏心弯曲的影响？
实验三悬臂梁实验
一、实验目的
测定悬臂梁上下表面的应力，验证梁的弯曲理论。
二、实验仪器设备与工具
1.材料力学组合实验台中悬臂梁实验装置与部件2.力＆应变综合参数测试仪3.游标卡尺、钢板尺三、实验原理与方法
将试件固定在实验台架上，梁在纯弯曲时，同一截面上表面产生压应变，下表面产生拉应变，上下表面产生的拉压应变绝对值相等。
此时，可得到不同横截面的正应力σ，计算公式
Mσ=
W
式中：
M弯矩M=PL（L载荷作用点到测试点的距离）W抗弯截面矩量W=bh2/6
在梁的上下表面分别粘贴上应变片R1，R2；如图3-10所示，当对梁施加载荷P时，梁产生弯曲变形，在梁内引起应力。
LR1hR2bP
图3-10悬臂梁受力简图及应变片粘贴方位四、实验步骤
1.设计好本实验所需的各类数据表格。
2.测量悬臂梁的有关尺寸，确定试件有关参数。
见附表1
3.拟订加载方案。
选取适当的初载荷P0，估算最大载荷Pmax（该实验载荷范围≤50N），一般分4～6级加载。
4.实验采用多点测量中半桥单臂公共补偿接线法。
将悬臂梁上两点应变片按序号接到电阻应变仪测试通道上，温度补偿片接电阻应变仪公共补偿端。
5.按实验要求接好线，调整好仪器，检查整个测试系统是否处于正常
工作状态。
6.实验加载。
用均匀慢速加载至初载荷P0。
记下各点应变片初读数，
然后逐级加载，每增加一级载荷，依次记录各点应变仪的εi，直至终载荷。
实验至少重复三次。
见附表2
7.作完实验后，卸掉载荷，关闭电源，整理好所用仪器设备，清理实验现场，将所用仪器设备复原，实验资料交指导教师检查签字。
附表1（试件相关数据）梁的宽度梁的厚度载荷作用点到测试点距离弹性模量泊松比附表2（实验数据）载荷P1020（N）△P1010应ε1变R1△ε1仪平均值读ε2数R2△ε2με平均值五、实验结果处理1.理论计算6△PLMσ==2bhW
2.实验值计算σ=Eε均
3.理论值与实验值比较σ理-σ实e=×100%
σ理
梁的尺寸和有关参数b=mmh=mmL=mmE=210GPaμ=0.263010401050
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