《電阻應(yīng)變片實(shí)驗(yàn)》課件

電阻應(yīng)變片實(shí)驗(yàn)本實(shí)驗(yàn)介紹電阻應(yīng)變片的原理和應(yīng)用，以及如何使用應(yīng)變片進(jìn)行應(yīng)力應(yīng)變測量。實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1了解電阻應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)、工作原理和應(yīng)用。22掌握電阻應(yīng)變片應(yīng)變測量實(shí)驗(yàn)的步驟和方法。33學(xué)習(xí)利用電阻應(yīng)變片測量物體應(yīng)變和應(yīng)力的方法。44培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力和科學(xué)實(shí)驗(yàn)技能。電阻應(yīng)變片基本原理電阻應(yīng)變片是一種常用的應(yīng)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(dāng)應(yīng)變片粘貼在被測物體表面時(shí)，被測物體的變形會傳遞給應(yīng)變片。敏感元件的電阻值會隨著被測物體的應(yīng)變變化而發(fā)生變化。通過測量電阻變化，可以計(jì)算出被測物體的應(yīng)變值，進(jìn)而得到應(yīng)力、力或力矩等物理量。電阻應(yīng)變片結(jié)構(gòu)及材料電阻應(yīng)變片通常由以下幾個(gè)部分組成：敏感柵、基底材料、絕緣層、保護(hù)層和引線。敏感柵是電阻應(yīng)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?；撞牧鲜敲舾袞诺妮d體，通常由玻璃、陶瓷或金屬材料制成，要求具有良好的機(jī)械強(qiáng)度、耐腐蝕性以及良好的熱穩(wěn)定性。電阻應(yīng)變片的材料選擇主要取決于應(yīng)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(dǎo)體材料和復(fù)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(jià)格較高。半導(dǎo)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(fù)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(yīng)變片的抗拉強(qiáng)度和耐腐蝕性。電阻應(yīng)變片的工作原理1應(yīng)變材料受力變形，長度變化引起應(yīng)變2電阻變化應(yīng)變改變電阻片長度，導(dǎo)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(yīng)變片利用材料的電阻率變化，將應(yīng)變轉(zhuǎn)換為電信號進(jìn)行測量。當(dāng)材料受力變形時(shí)，應(yīng)變片的長度發(fā)生變化，導(dǎo)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(shí)現(xiàn)應(yīng)變的測量。應(yīng)變測量實(shí)驗(yàn)的意義結(jié)構(gòu)安全評估應(yīng)變測量可以幫助評估結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和耐久性，識別潛在的風(fēng)險(xiǎn)和失效點(diǎn)。優(yōu)化設(shè)計(jì)與制造精確的應(yīng)變數(shù)據(jù)可以用于優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，提高材料利用率，降低成本。科學(xué)研究與技術(shù)開發(fā)應(yīng)變測量是許多科學(xué)研究和技術(shù)開發(fā)領(lǐng)域的重要手段，例如材料科學(xué)、力學(xué)等。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)組成電阻應(yīng)變片實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主要包含以下設(shè)備：電阻應(yīng)變片靜態(tài)應(yīng)變儀數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)計(jì)算機(jī)加載裝置被測件應(yīng)變片的安裝清潔表面在安裝應(yīng)變片之前，應(yīng)徹底清潔測試件表面，以確保應(yīng)變片能夠牢固粘貼。選擇位置應(yīng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康倪x擇應(yīng)變片安裝位置，并確保該位置能夠代表測試件的應(yīng)力狀態(tài)。粘貼應(yīng)變片使用特制的粘合劑將應(yīng)變片牢固地粘貼在測試件表面，并確保應(yīng)變片完全與測試件接觸。連接引線使用導(dǎo)線將應(yīng)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(yīng)變片實(shí)驗(yàn)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(yīng)變測量電路。2連接方式電阻應(yīng)變片連接到電橋的四個(gè)臂上，每個(gè)應(yīng)變片對應(yīng)一個(gè)電橋臂。3橋臂選擇應(yīng)變片連接到電橋的哪兩個(gè)臂，取決于實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮蜏y量方式。電橋電路的原理惠斯通電橋電阻應(yīng)變片實(shí)驗(yàn)中，常用惠斯通電橋測量應(yīng)變片電阻變化。平衡狀態(tài)當(dāng)電橋處于平衡狀態(tài)時(shí)，兩臂電阻之比相等，橋路中無電流。應(yīng)變片電阻變化當(dāng)應(yīng)變片受到應(yīng)力作用時(shí)，其電阻發(fā)生變化，導(dǎo)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(jì)算出應(yīng)變片的應(yīng)變值，從而推算出被測材料的應(yīng)力。應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系描述材料在受力時(shí)其內(nèi)部應(yīng)力與應(yīng)變之間的關(guān)系。應(yīng)力是指材料內(nèi)部抵抗形變的力，而應(yīng)變是指材料形變的程度。應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線反映了材料的力學(xué)特性，可以通過該曲線了解材料的彈性模量、屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度等重要參數(shù)。電阻應(yīng)變片的靈敏系數(shù)電阻應(yīng)變片的靈敏系數(shù)是指應(yīng)變片在單位應(yīng)變作用下電阻變化率。它反映了電阻應(yīng)變片將應(yīng)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(yīng)變片應(yīng)變片的靈敏系數(shù)越高，電阻變化越大，測量精度越高。10應(yīng)變應(yīng)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(shí)驗(yàn)步驟1準(zhǔn)備工作檢查實(shí)驗(yàn)儀器和材料2安裝應(yīng)變片根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求正確安裝應(yīng)變片3連接電橋按照電路圖連接電橋4校準(zhǔn)儀器校準(zhǔn)應(yīng)變儀和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)確保所有設(shè)備正常工作，并且參數(shù)設(shè)置正確。進(jìn)行試加載，確保信號穩(wěn)定，避免出現(xiàn)意外情況。實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)需求，選擇合適的采樣頻率和采樣時(shí)間。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)應(yīng)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(shí)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(dǎo)入計(jì)算機(jī)，整理、篩選并進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理。這包括刪除錯(cuò)誤數(shù)據(jù)，消除噪聲，進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和插值等。數(shù)據(jù)分析采用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法，對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，包括計(jì)算平均值、標(biāo)準(zhǔn)差、方差等統(tǒng)計(jì)量，并進(jìn)行數(shù)據(jù)可視化，繪制圖表等。誤差分析分析實(shí)驗(yàn)過程中的誤差來源，評估測量誤差，并進(jìn)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(yàn)證實(shí)驗(yàn)?zāi)康模治鰧?shí)驗(yàn)結(jié)論，并與理論值進(jìn)行比較，評估實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。相對應(yīng)變的計(jì)算應(yīng)變片測量得到的電橋輸出電壓，需要轉(zhuǎn)換為實(shí)際應(yīng)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(yīng)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(yīng)變片技術(shù)參數(shù)中標(biāo)明的系數(shù)。3阻抗應(yīng)變片阻抗參數(shù)，通常在技術(shù)手冊中列出。應(yīng)力的計(jì)算應(yīng)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(yīng)力的計(jì)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(jìn)行綜合分析。應(yīng)力與載荷成正比，當(dāng)載荷增加時(shí)，應(yīng)力也隨之增加。彎矩與應(yīng)力的關(guān)系1彎矩公式M=F*d2應(yīng)力公式σ=M*y/I3應(yīng)力分布應(yīng)力分布呈線性變化彎矩是指力對某一點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)效應(yīng)，而應(yīng)力則是材料內(nèi)部的抵抗力。彎矩越大，應(yīng)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(shí)驗(yàn)結(jié)果。應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系分析應(yīng)力-應(yīng)變曲線，得出材料的彈性模量、屈服強(qiáng)度等指標(biāo)。比較理論計(jì)算結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，分析誤差來源。實(shí)驗(yàn)結(jié)論得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論，并與相關(guān)理論知識相結(jié)合。誤差分析測量誤差電阻應(yīng)變片本身的精度、環(huán)境溫度變化、安裝誤差等都會導(dǎo)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(shí)驗(yàn)方法誤差實(shí)驗(yàn)方法選擇、操作步驟的誤差都會影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。實(shí)驗(yàn)中的注意事項(xiàng)準(zhǔn)確測量確保測量儀器校準(zhǔn)，并遵循規(guī)范的測量程序，避免人為誤差。連接牢固應(yīng)變片與電橋的連接要牢固可靠，避免松動(dòng)或接觸不良，影響測量結(jié)果。溫度控制應(yīng)變片對溫度敏感，實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)前應(yīng)清潔應(yīng)變片和電橋，避免污垢或灰塵影響測量精度。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場操作流程1準(zhǔn)備檢查儀器和設(shè)備，確認(rèn)工作狀態(tài)2安裝根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，正確安裝應(yīng)變片和連接電橋3校準(zhǔn)進(jìn)行零點(diǎn)校準(zhǔn)，確保實(shí)驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確4測量根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，進(jìn)行應(yīng)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(shí)驗(yàn)結(jié)果的應(yīng)用橋梁工程橋梁工程需要精確測量應(yīng)力應(yīng)變，確保橋梁安全可靠，電阻應(yīng)變片實(shí)驗(yàn)結(jié)果可用于橋梁設(shè)計(jì)優(yōu)化。航空航天航空航天領(lǐng)域?qū)Σ牧蠌?qiáng)度和應(yīng)力分布要求極高，電阻應(yīng)變片實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以幫助評估飛機(jī)部件的承受能力。風(fēng)力發(fā)電風(fēng)力發(fā)電葉片承受風(fēng)荷載，電阻應(yīng)變片實(shí)驗(yàn)結(jié)果可用于分析葉片受力情況，優(yōu)化設(shè)計(jì)，提升發(fā)電效率。實(shí)驗(yàn)報(bào)告撰寫要求數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性確保實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確無誤，數(shù)據(jù)圖表清晰完整，并進(jìn)行必要的分析和解釋。實(shí)驗(yàn)過程描述詳細(xì)描述實(shí)驗(yàn)過程，包括實(shí)驗(yàn)步驟、儀器設(shè)備、操作方法等，并對關(guān)鍵步驟進(jìn)行重點(diǎn)說明。結(jié)果分析與討論對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析和討論，解釋實(shí)驗(yàn)結(jié)果的意義，并分析實(shí)驗(yàn)誤差產(chǎn)生的原因。結(jié)論與建議總結(jié)實(shí)驗(yàn)結(jié)論，并提出進(jìn)一步研究的方向和建議。實(shí)驗(yàn)報(bào)告格式實(shí)驗(yàn)報(bào)告封面實(shí)驗(yàn)報(bào)告封面需包含以下信息：實(shí)驗(yàn)名稱、實(shí)驗(yàn)時(shí)間、實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)、學(xué)生姓名、學(xué)號、班級、指導(dǎo)教師等。實(shí)驗(yàn)報(bào)告正文實(shí)驗(yàn)報(bào)告正文需包含以下內(nèi)容：實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)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(xiàn)等。實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容實(shí)驗(yàn)報(bào)告封面包含實(shí)驗(yàn)名稱、實(shí)驗(yàn)時(shí)間、實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)、實(shí)驗(yàn)人員、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)老師等基本信息。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的記錄必須完整、準(zhǔn)確、規(guī)范，包括實(shí)驗(yàn)步驟、測量結(jié)果、數(shù)據(jù)處理過程等。實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論，并與理論值進(jìn)行比較，分析誤差來源。實(shí)驗(yàn)總結(jié)總結(jié)實(shí)驗(yàn)過程中的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，提出改進(jìn)建議，并對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行展望。參考文獻(xiàn)11.電阻應(yīng)變片電阻應(yīng)變片是一種將應(yīng)力變化轉(zhuǎn)化為電阻變化的傳感器，廣泛應(yīng)用于結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析、測量及控制等領(lǐng)域。22.應(yīng)變測量實(shí)驗(yàn)應(yīng)變測量實(shí)驗(yàn)是利用電阻應(yīng)變片來測量物體表面應(yīng)變的實(shí)驗(yàn)，是力學(xué)實(shí)驗(yàn)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(yīng)變測量實(shí)驗(yàn)中起著至關(guān)重要的作用。44.數(shù)據(jù)分析與處理對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，才能得到準(zhǔn)確可靠的應(yīng)變和應(yīng)力結(jié)果。實(shí)驗(yàn)視頻展示視頻展示了電阻應(yīng)變片實(shí)驗(yàn)的完整過程，包括實(shí)驗(yàn)器材的準(zhǔn)備、應(yīng)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