第四章电阻应变测试技术 实验一电阻应变计的粘贴技术 实验目的 1、初步掌握电阻应变计的粘贴技术 2、学习贴片质量检查的方法 二、实验设备及器具 1、电阻应变计、接线端子; 2、等强度梁或纯弯梁、温度补偿块 3、数字万用表、兆欧表 4、502胶、连接导线、防潮胶 5、其他工具和材料:砂布、酒精、丙酮、脱脂棉等清洗材料及电烙铁、镊子等工具。 、电阻应变计粘贴工艺 电阻应变计的粘贴工艺是电测实验中一个十分重要的环节。电阻应变计粘贴质量的好 坏,直接影响到构件表面的应变能否准确、可靠地传递到敏感栅。因此,粘贴电阻应变计时 必须严格按照粘贴工艺要求,认真、细致地作好每一步工作。下面介绍常温电阻应变计粘贴 的一般工艺。 1、电阻应变计检查 首先对电阻应变计进行外观检查,观察敏感栅排列是否整齐,有无损坏、锈蚀斑痕、弯 折以及引出线焊接点是否可靠等。然后测量每个电阻应变计的电阻值,对同一型号、规格的 电阻应变计按其阻值进行分组,使同一组内各枚电阻应变计的电阻值相差不超过0.5欧姆 2、试件表面处理 先用锉刀、刮刀、砂轮机等工具清除试件表面测点处的油漆、锈斑等,然后用砂布将表 面打磨光(最好能打出与贴片方向成45°的交叉微细条纹),粗糙度达到守即可。打磨平 整后,用划针在测点处划出微细的定位线。然后,用蘸有酒精、丙酮的脱脂棉球清洗测点处 表面,直至棉球不再有污迹为止 3、粘贴电阻应变计
74 第四章 电阻应变测试技术 实验一 电阻应变计的粘贴技术 一、实验目的 1、初步掌握电阻应变计的粘贴技术； 2、学习贴片质量检查的方法。 二、 实验设备及器具 1、电阻应变计、接线端子； 2、等强度梁或纯弯梁、温度补偿块； 3、数字万用表、兆欧表； 4、502 胶、连接导线、防潮胶； 5、其他工具和材料:砂布、酒精、丙酮、脱脂棉等清洗材料及电烙铁、镊子等工具。 三、 电阻应变计粘贴工艺 电阻应变计的粘贴工艺是电测实验中一个十分重要的环节。电阻应变计粘贴质量的好 坏，直接影响到构件表面的应变能否准确、可靠地传递到敏感栅。因此，粘贴电阻应变计时 必须严格按照粘贴工艺要求，认真、细致地作好每一步工作。下面介绍常温电阻应变计粘贴 的一般工艺。 1、电阻应变计检查 首先对电阻应变计进行外观检查，观察敏感栅排列是否整齐，有无损坏、锈蚀斑痕、弯 折以及引出线焊接点是否可靠等。然后测量每个电阻应变计的电阻值，对同一型号、规格的 电阻应变计按其阻值进行分组，使同一组内各枚电阻应变计的电阻值相差不超过 0.5 欧姆。 2、试件表面处理 先用锉刀、刮刀、砂轮机等工具清除试件表面测点处的油漆、锈斑等，然后用砂布将表 面打磨光（最好能打出与贴片方向成 45°的交叉微细条纹），粗糙度达到 即可。打磨平 整后，用划针在测点处划出微细的定位线。然后，用蘸有酒精、丙酮的脱脂棉球清洗测点处 表面，直至棉球不再有污迹为止。 3、粘贴电阻应变计
粘贴电阻应变计的安装与使用的粘接剂有关,这里我们以502胶为例介绍电阻应变计的 粘贴方法。 如图4-4-1所示,首先确认贴片的方位,引出线应朝向便于布置导线的一方。然后一手 捏住(或用镊子钳住)电阻应变计的引出线,另一只手拿住502粘接剂瓶,在已清洗过的贴 片处和电阻应变计的基底上,各涂一层薄薄的粘接剂,迅速将电阻应变计放在贴片点上,对 准定位线校正电阻应变计的方位后,在电阻应变计上盖一层聚四氟乙烯薄膜,然后用手指朝 一个方向滚压,手感由轻到重,挤出多余的粘合剂和气泡,注意电阻应变计的方位不能移动。 待粘合剂稍干后,将手松开,轻轻揭去聚四氟乙烯薄膜,观察粘贴情况。如电阻应变计敏感 栅部位未粘牢或有气泡,应铲除重贴。若已经粘贴好,则用镊子轻轻将引出线拉离构件表面 以防粘在构件上。电阻应变计要待粘接剂完全固化后方能使用。不同的粘接剂固化要求各异, 502胶可自然固化且固化时间短。电阻应变计粘贴好后,还需将接线端子粘贴好,如图4-4-1 所示,粘贴过程与电阻应变计基本一致 变片 绝絲接线端干测量导俊 图4-1-1 4、导线的固定和焊接 在每个电阻应变计的引出线到接线端子之间的下面贴一块绝缘胶带(若电阻应变计与接 线端子之间无间隙,可省略绝缘胶带),以防引出线与金属构件短路。导线焊接时,要求将 焊点焊透,防止虚焊。焊接完毕后需剪除多余的引线,如果有需要,应给导线编号 5、贴片质量的检查 首先按前述方法进行外观检查,观察粘贴电阻应变计的粘接剂是否均匀、透明,过多或 太少:敏感栅部位是否有气泡。如果有问题则应铲除重贴。外观合格后再检查内部质量:用 万用表测量电阻应变计的阻值,如有异常,应检查焊点、导线等,直至阻值符合要求(同 组电桥内各片的电阻值相差不超过0.5欧姆)为止。然后用兆欧表测量应变计与金属构件之 间的绝缘电阻,一般应大于50兆欧 电阻应变计的防护
75 粘贴电阻应变计的安装与使用的粘接剂有关，这里我们以 502 胶为例介绍电阻应变计的 粘贴方法。 如图 4-4-1 所示，首先确认贴片的方位，引出线应朝向便于布置导线的一方。然后一手 捏住（或用镊子钳住）电阻应变计的引出线，另一只手拿住 502 粘接剂瓶，在已清洗过的贴 片处和电阻应变计的基底上，各涂一层薄薄的粘接剂，迅速将电阻应变计放在贴片点上，对 准定位线校正电阻应变计的方位后，在电阻应变计上盖一层聚四氟乙烯薄膜，然后用手指朝 一个方向滚压，手感由轻到重，挤出多余的粘合剂和气泡，注意电阻应变计的方位不能移动。 待粘合剂稍干后，将手松开，轻轻揭去聚四氟乙烯薄膜，观察粘贴情况。如电阻应变计敏感 栅部位未粘牢或有气泡，应铲除重贴。若已经粘贴好，则用镊子轻轻将引出线拉离构件表面， 以防粘在构件上。电阻应变计要待粘接剂完全固化后方能使用。不同的粘接剂固化要求各异， 502 胶可自然固化且固化时间短。电阻应变计粘贴好后，还需将接线端子粘贴好，如图 4-4-1 所示，粘贴过程与电阻应变计基本一致。 图 4-1-1 4、导线的固定和焊接 在每个电阻应变计的引出线到接线端子之间的下面贴一块绝缘胶带（若电阻应变计与接 线端子之间无间隙，可省略绝缘胶带），以防引出线与金属构件短路。导线焊接时，要求将 焊点焊透，防止虚焊。焊接完毕后需剪除多余的引线，如果有需要，应给导线编号。 5、贴片质量的检查 首先按前述方法进行外观检查，观察粘贴电阻应变计的粘接剂是否均匀、透明，过多或 太少；敏感栅部位是否有气泡。如果有问题则应铲除重贴。外观合格后再检查内部质量：用 万用表测量电阻应变计的阻值，如有异常，应检查焊点、导线等，直至阻值符合要求（同一 组电桥内各片的电阻值相差不超过 0.5 欧姆）为止。然后用兆欧表测量应变计与金属构件之 间的绝缘电阻，一般应大于 50 兆欧。 6、电阻应变计的防护
当电阻应变计固化好后(可用电阻应变计与金属构件之间的绝缘电阻来衡量),应立即 在电阻应变计、接线端子、裸露导线的附近区域涂抹一层硅胶,作防潮处理。 四、实验步骤 1、选择电阻应变计,剔除阻值差别大、有损坏等现象的应变计;将选好的应变计按阻 值分类放置。 2、打磨试件表面,除去锈斑等 3、根据实验要求,确定贴片位置,再轻轻画好应变计的定位线:若有需要,再将贴片 位置轻轻用砂布打磨成与贴片方向成45°的交叉微细条纹 4、清洗测点处表面,直至棉球不再有污迹为止。 5、按照贴片工艺要求进行贴片,然后焊接并固定测量导线 6、检查贴片质量,对符合质量要求的应变计,待应变计绝缘阻值达到要求时,进行防 潮处理;对不符合质量要求的应变计,揭掉重贴 7、将贴好电阻应变计的试件放置在干燥、通风的位置。 8、清理实验现场 五、实验报告 1、简述常温下电阻应变计粘贴的主要步骤 2、绘制电阻应变计布置图
76 当电阻应变计固化好后（可用电阻应变计与金属构件之间的绝缘电阻来衡量），应立即 在电阻应变计、接线端子、裸露导线的附近区域涂抹一层硅胶，作防潮处理。 四、实验步骤 1、选择电阻应变计，剔除阻值差别大、有损坏等现象的应变计；将选好的应变计按阻 值分类放置。 2、打磨试件表面，除去锈斑等。 3、根据实验要求，确定贴片位置，再轻轻画好应变计的定位线；若有需要，再将贴片 位置轻轻用砂布打磨成与贴片方向成 45°的交叉微细条纹。 4、清洗测点处表面，直至棉球不再有污迹为止。 5、按照贴片工艺要求进行贴片，然后焊接并固定测量导线。 6、检查贴片质量，对符合质量要求的应变计，待应变计绝缘阻值达到要求时，进行防 潮处理；对不符合质量要求的应变计，揭掉重贴。 7、将贴好电阻应变计的试件放置在干燥、通风的位置。 8、清理实验现场。 五、实验报告 1、简述常温下电阻应变计粘贴的主要步骤； 2、绘制电阻应变计布置图
实验二电阻应变计在电桥中的接桥训练 实验目的 1、学习使用静态电阻应变仪进行单点测量的方法 2、掌握电阻应变计在电桥中的半桥、全桥接法 3、学会用电桥的加减特性解决一些简单的工程实际问题 二、实验设备 1、YD-88静态电阻应变仪 2、贴有电阻应变计的试件; 3、加载装置 4、游标卡尺等工具 三、实验原理 R R 图4-2-1 等强度悬臂梁如图4-2-1所示,在梁的上下表面分别贴有应变计R、R2、R3、R,在与 等强度梁相冋材料的补偿块上贴有温度补偿片R、R,并将两者放置于同一温度场中。根据 惠斯顿电桥的加减特性 c=a-E+a-f 按图4-2-2所示实验方案,采用半桥接法时:(1)可用工作片R1与温度补偿片R3组成半 桥(图4-22(a)),另半桥为仪器内部固定电阻r,则E仪=E1,应变仪的读数等于等强度 梁上测点的实际应变值;(2)用工作片R1与R2组成半桥(图4-2-2(b)),另半桥为仪器内 部固定电阻r,这时仪=E1-E2=2E1(E1=E3=-E2=-E4),应变仪的读数等于等强度 梁上测点实际应变值的两倍:(3)用工作片R1与R3串联后接入电桥的AB桥臂,补偿片R
77 实验二 电阻应变计在电桥中的接桥训练 一、实验目的 1、学习使用静态电阻应变仪进行单点测量的方法； 2、掌握电阻应变计在电桥中的半桥、全桥接法； 3、学会用电桥的加减特性解决一些简单的工程实际问题； 二、实验设备 1、YD-88 静态电阻应变仪； 2、贴有电阻应变计的试件； 3、加载装置； 4、游标卡尺等工具。 三、 实验原理 图 4-2-1 等强度悬臂梁如图 4-2-1 所示，在梁的上下表面分别贴有应变计 R1、R2、R3、R4，在与 等强度梁相同材料的补偿块上贴有温度补偿片 R5、R6，并将两者放置于同一温度场中。根据 惠斯顿电桥的加减特性 1 2 3 4 = − + − 按图 4-2-2 所示实验方案，采用半桥接法时:(1)可用工作片 R1 与温度补偿片 R5 组成半 桥(图 4-2-2（a）)，另半桥为仪器内部固定电阻 r ，则 1 仪 = ，应变仪的读数等于等强度 梁上测点的实际应变值；(2)用工作片 R1 与 R2 组成半桥(图 4-2-2（b）)，另半桥为仪器内 部固定电阻 r ，这时 1 2 2 1 仪 = − = ( 1 3 2 4 = = − = − ),应变仪的读数等于等强度 梁上测点实际应变值的两倍；(3)用工作片 R1 与 R3 串联后接入电桥的 AB 桥臂，补偿片 R5
R6串联后接入电桥的BC桥臂(图4-2-2(c)),CD、DA采用仪器内部固定电阻r,此时应 变仪的读数E为E1和E3的算术平均值。若采用全桥连接,则可按图4-2-2(d)中全桥接法 进行联接,电桥的输出为 E=1=E2+E3-E4=4 R (c) 图4-2-2 四、实验步骤 1、测量等强度梁上电阻应变计所贴位置的截面尺寸。 2、调整静态电阻应变仪的K使其等于所贴电阻应变计的K值。 3、按照图4-2-2所示的电桥联接方案,将电阻应变计所定方案依次接入静态电阻应变 仪的桥路上 4、调整静态电阻应变仪,进行初始平衡。 5、加载〔具体载荷视实验方案而定),读取并记录应变值。 6、卸载,读数。 7、每种桥路重复三次实验。 8、卸载、拆测量导线、关闭仪器电源等,整理实验现场 五、实验结果处理 1、理论计算:等强度梁各截面的正应力σ理相等
78 R6 串联后接入电桥的 BC 桥臂(图 4-2-2（c）)，CD、DA 采用仪器内部固定电阻 r ，此时应 变仪的读数 仪 为 1 和 3 的算术平均值。若采用全桥连接，则可按图 4-2-2(d)中全桥接法 进行联接，电桥的输出为: 1 2 3 4 4 1 = − + − = 图 4-2-2 四、实验步骤 1、测量等强度梁上电阻应变计所贴位置的截面尺寸。 2、调整静态电阻应变仪的 K 仪，使其等于所贴电阻应变计的 K 值。 3、按照图 4-2-2 所示的电桥联接方案，将电阻应变计所定方案依次接入静态电阻应变 仪的桥路上。 4、调整静态电阻应变仪，进行初始平衡。 5、加载（具体载荷视实验方案而定）,读取并记录应变值。 6、卸载，读数。 7、每种桥路重复三次实验。 8、卸载、拆测量导线、关闭仪器电源等，整理实验现场。 五、实验结果处理 1、理论计算：等强度梁各截面的正应力 理 相等
M 6PL 式中:M=PL,W=-bh2 P一一所加载荷的重量 L一—加载点至等强度梁试件根部的距离 b——等强度梁试件根部的宽度 h——等强度梁试件的梁高。 2、实验值计算:被测点的正应力 式中:E一一试件的弹性模量(210GPa) 3、实测值与理论值比较:相对误差 6=0强 六、实验报告要求 1、简述实验目的、设备、原理,总结各种接桥方式的特点。 2、列出原始数据,计算、整理实验结果并得到实验结论。 3、讨论下列问题 a.全桥实验中如果将R、R串联起来代替Rs、R的位置,接入电桥中的B桥臂,测试 结果又将如何? b.温度补偿块的材料为什么要与试件材料相同?如用电吹风吹一吹补偿块,应变仪的 读数会出现变化吗?为什么?
79 2 6 bh PL W M 理 = = 式中： M = PL， 2 6 1 W = bh P ——所加载荷的重量； L ——加载点至等强度梁试件根部的距离； b ——等强度梁试件根部的宽度； h ——等强度梁试件的梁高。 2、实验值计算：被测点的正应力 实 = E 式中： E ——试件的弹性模量（210 GPa ） 3、实测值与理论值比较：相对误差 100% − = 理 理 实 六、实验报告要求 1、简述实验目的、设备、原理，总结各种接桥方式的特点。 2、列出原始数据，计算、整理实验结果并得到实验结论。 3、讨论下列问题： a. 全桥实验中如果将 R2、R4 串联起来代替 R5、R6 的位置，接入电桥中的 BC 桥臂，测试 结果又将如何？ b. 温度补偿块的材料为什么要与试件材料相同？如用电吹风吹一吹补偿块，应变仪的 读数会出现变化吗？为什么？
实验记录、计算表格 开(度数(方案一 方案二 方案三 方案四 实喉次数P(N AP△88△88△88△8 平均应变值 女=EE
80 实验记录、计算表格 表 4-2-1
实验三弹性模量E的测定实验 实验目的 1、学习用电测法测定钢材弹性模量E的方法 2、在比例极限范围内验证虎克定律; 3、学习电测法 、仪器设备 1、液压式万能材料试验机 2、数字式静态电阻应变仪 3、贴有电阻应变计的试件。 三、实验原理 实验采用矩形截面的板状试样(如图4-3-1),在试样中部的任一横截面,与轴线对称 的两点上各粘贴一枚纵向电阻应变计R、R,串联后接入测量电桥的AB桥臂,将补偿片R R串联后也接入同一测量电桥的BC桥臂,构成图4-3-1的半桥组桥方式。设置这种贴片方 案,主要是为了消除试件可能存在 的偏心受拉伸的影响 补偿 万能材料试验机是一种较为 理想的加载设备,本实验采用万能 材料试验机进行加载。为了验证虎 克定律σ=E·E,可采用等量加 载的方式,即:把欲加的最大载荷 分成若干级,每级载荷增量相等 实验开始时,首先施加一定的 图4-3-1 初载荷P(P。一般取所选试验机量程的10%或稍大些),以消除试验机各机构之间的间隙并夹 牢试件:根据虎克定律成立的条件,本次实验应力必须控制在比例极限范围以内[对于钢材, m=(0.7~0.8)σ,],即实验的最大载荷不超过[(0.7~0.8)σ,A]。然后按照预定的加 载方案缓慢加载,测量对应的应变量,若所测得的应变增量约为一常数,则说明所加载荷与 应变成正比例关系,即虎克定律是成立的。并且,根据这种线性关系,可获得材料的弹性模 量值。 81
81 实验三 弹性模量 E 的测定实验 一、实验目的 1、学习用电测法测定钢材弹性模量 E 的方法； 2、在比例极限范围内验证虎克定律； 3、学习电测法。 二、 仪器设备 1、液压式万能材料试验机； 2、数字式静态电阻应变仪； 3、贴有电阻应变计的试件。 三、 实验原理 实验采用矩形截面的板状试样（如图 4-3-1），在试样中部的任一横截面，与轴线对称 的两点上各粘贴一枚纵向电阻应变计 R1、R2，串联后接入测量电桥的 AB 桥臂，将补偿片 R5、 R6 串联后也接入同一测量电桥的 BC 桥臂，构成图 4-3-1 的半桥组桥方式。设置这种贴片方 案，主要是为了消除试件可能存在 的偏心受拉伸的影响。 万能材料试验机是一种较为 理想的加载设备，本实验采用万能 材料试验机进行加载。为了验证虎 克定律 = E ，可采用等量加 载的方式，即：把欲加的最大载荷 分成若干级，每级载荷增量相等。 实验开始时，首先施加一定的 图 4-3-1 初载荷 P0(P0 一般取所选试验机量程的 10%或稍大些)，以消除试验机各机构之间的间隙并夹 牢试件；根据虎克定律成立的条件，本次实验应力必须控制在比例极限范围以内[对于钢材， s (0.7 ~ 0.8) max = ]，即实验的最大载荷不超过[ (0.7 ~ 0.8) s A ]。然后按照预定的加 载方案缓慢加载，测量对应的应变量，若所测得的应变增量约为一常数，则说明所加载荷与 应变成正比例关系，即虎克定律是成立的。并且，根据这种线性关系，可获得材料的弹性模 量值
四、实验步骤 1、测量试件截面尺寸。 2、估算最大载荷(P=(0.7~0.8)σ·A),确定试验机量程,拟订加载方案[如: Po=20kN, AP=10kN, Pmax=70kN] 3、按§2-2的要求作好万能机准备工作。 4、安装试件。 5、将测量导线接入应变仪,并按§2-8的要求作好准备 6、缓慢均匀加载,跟踪读数,要求最少应获得三次合格数据。 7、取下试件,整理实验现场 8、弹性模量E测定实验记录表 表4-3-1 第一次测试 第二次测试 第三次测试 P(kN)|(E)△a E(AE)△E (AE)△ E(GP) E( GP) E、GP) 横截面积 载荷增量 △G=△P1(MPa) A(mm") △P(kN) 「计1 拿E,E E (E1+E2 (GPa) 五、实验结果 实验采用等量加载的方法:、P|A (i=1,2,3,4,5) 由单向虎克定律得 E △E: (i=1,2,3,4,5)
82 四、实验步骤 1、测量试件截面尺寸。 2、估算最大载荷 ( (0.7 ~ 0.8) ) Pmax = s A ，确定试验机量程，拟订加载方案[如： P0 = 20kN,P =10kN,Pmax = 70kN ]。 3、按§2-2 的要求作好万能机准备工作。 4、安装试件。 5、将测量导线接入应变仪，并按§2-8 的要求作好准备。 6、缓慢均匀加载，跟踪读数，要求最少应获得三次合格数据。 7、取下试件，整理实验现场。 8、弹性模量 E 测定实验记录表 表 4-3-1 P (kN) 第一次测试 第二次测试 第三次测试 ( ) ( ) Ei GPa ( ) ( ) Ei GPa ( ) ( ) Ei GPa 横截面积 A（mm 2） 载荷增量 P （kN） A = P （MPa） 计 算 E j E1 = = E2 E3 = = + + = 3 ( ) E1 E2 E3 E (GPa) 结 论 五、实验结果 实验采用等量加载的方法： A = P （ i = 1，2，3，4，5） 由单向虎克定律得： i i Ei = （ i = 1，2，3，4，5）
E,=∑E (j=1,2,3) 则弹性模量E为: E=∑E/3 六、注意事项 1、缓慢均匀加载,每级载荷读数要准确 2、严格控制实验的最大载荷。 3、安装试件时应注意垂直对中 七、讨论下列问题 1、这种贴片方案为什么能消除偏心拉伸? 2、如果要求测,应怎样布片? 实验四纯弯曲梁正应力实验
83 5 5 1 = = i Ej Ei （ j = 1，2，3） 则弹性模量 E 为： /3 3 1 j j E E = = 六、注意事项 1、缓慢均匀加载，每级载荷读数要准确。 2、严格控制实验的最大载荷。 3、安装试件时应注意垂直对中。 七、讨论下列问题 1、这种贴片方案为什么能消除偏心拉伸？ 2、如果要求测 ，应怎样布片？ 实验四 纯弯曲梁正应力实验