桥路接法实验

 桥路接法
一、实验目的
1. 了解电测法的基本原理和方法。
2. 了解电阻应变仪和应变片的工作原理，掌握电阻英表演的使用方法。
3. 测定等强度梁上的应变；验证等强度梁各截面上应变（应力）相等理论。
4. 掌握电阻应变片在测量电桥中的各种组桥方式。
二、实验仪器和设备
1. YJ-450A静态数字电阻应变仪。
2. 等强度梁实验装置一台。
3. 温度补偿块。
三、实验原理及步骤
1. 实验原理
悬臂梁一端固定在支座上，一端自由，并且自由端受益集中载荷F的作用。通过理论分析，可以得到等强度梁各横截面出的应力计算公式为：
                               （4-1）
其中，；b，h为横截面宽度和高度。
    利用公式：
                              （4-2）
可以计算实验应力值。
2. 实验步骤
等强度梁的布片方案如下：
在等强度梁的上下表面沿纵向粘贴了四个电阻应变片，用于测定该四点处的应变，它们分别是R₁，R₂，R₃， R₄，如图4-1所示。

图4-1 布片示意图
总过有六个组桥方案，做实验的时候依次连接电阻应变片进行相应的组桥即可。
1. 单臂（多点）半桥测量，采用公共温度补偿片
接线方法为，将四个应变片的接线依次接到应变仪的四个AB通道内，在处接入温度补偿片，并把所接个通道的C处与短接片连接。
2. 双臂半桥测量
接线方法为，在AB通道内接入R₁，BC通道内接入R₃。
3. 四臂全桥测量
接线方法为，在AB，BC，CD，DA通道内一次接入R₁，R₃，R₂，R₄。
4. 对臂全桥测量
接线方法为，在AB，CD内分别接入R₁和R₂，在BC和AD内分别接入两个温度补偿片。
5. 串联半桥测量
接线方法为，R₁的一端与R₂的一端连接，R₁的另一端接入A接口，R₂的另一端接入B接口；R₃的一端与R₄的一端连接，R₃的另一端接入B接口，R₄的另一端接入C接口。
6. 并联半桥测量
接线方法为，R₁的一端与R₂的一端连接，R₁的另一端与R₂的另一端连接，将得到的两个接头分别接入应变仪的A和B接口上去；R₃的一端与R₄的一端连接，R₃的另一端与R₄的另一端连接，将得到的两个接头分别接入应变仪的B和C接口上去。
实验进行的步骤为：
1. 打开应变仪电源后，选择与组桥方式一致的测量方式。
2. 将电阻应变仪的灵敏系数设定为应变片的K一致。
3. 按照上述接线方法接线。
4. 将个通道反复置零。
5. 从5N开始加载，每次加载5N，至20N结束，期间每次加载后记录应变仪读数。
四、实验数据
表4-1 单臂多点测量数据表

载荷 应变片		单臂多点半桥测量
F(N)	F(N)	读数	增量	读数	增量	读数	增量	读数	增量
5		50		51		-52		-51
	5		52		52		-52		-51
10		102		103		-104		-102
	5		51		51		-51		-51
15		153		154		-155		-153
	5		52		52		-49		-51
20		205		206		-204		-204
平均增量		51.7		51.7		-50.7		-51

表4-2 组桥测量数据表

载荷 测量方法		双 臂 半桥测量		对 臂 全桥测量		四 臂 全桥测量
F(N)	F(N)	读数	增量	读数	增量	读数	增量
5		110		108		216
	5		104		107		216
10		214		215		432
	5		102		108		216
15		316		323		648
	5		104		107		217
20		420		430		865
平均增量		103.3		107.3		216.3

 
 

载荷 测量方法		串联双臂 半桥测量		并联双臂 半桥测量
F(N)	F(N)	读数	增量	读数	增量
5		108		108
	5		110		108
10		218		216
	5		106		104
15		324		320
	5		108		110
20		432		430
平均增量		108		107.3

五、数据处理
应变增量平均值的计算：
由公式

可以计算出各种方法下应变增量的平均值，具体数值见上表。
理论值计算：
有公式（4-1）与（4-2）得
Pa

六、实验结果
本次实验通过了六种桥路方法来直接或间接的测量了等强度梁在外载荷作用下梁的中轴线上的应变。虽然这些桥路方法不同，但是它们都消除了温度应变的影响，达到了测试的目的。下面来比较它们的优劣，见表4-3。
表4-3 组桥方案比较

测 量 方 法	读 数 应变值	灵敏度	理 论 应变值	相 对 误 差
单臂半桥	51.2	1	57.5	10.96%
双臂半桥	103.3	2		10.43%
对臂全桥	107.3	2		6.70%
四臂全桥	216.3	4		5.96%
串联半桥	108	2		6.09%
并联半桥	107.3	2		6.70%

通过表4-3可得，此六种桥路接法均能如实得反映工作片处的应变值，但是它们各有优缺点：单臂（多点）半桥测量，采用公共补偿片法最为简便，并且可以进行多点测量，但是测量灵敏度最低；半桥自补接法较简单，灵敏度高；全桥外补接法较复杂，但灵敏度较高；全桥自补接法最复杂，但灵敏度很高。串联双臂半桥和并联双臂半桥测法对于提高精度没太大帮助。
七、思考题
1.  分析各种桥路接法的优点和缺点？
答：半桥：优点，线性性、准确性很高，使用简单，适用于大多数测量；缺点：不适用于某些特殊测量，如外接全桥传感器。全桥：优点，线性性、准确性很高，使用变种全桥还可在特定测量中起到良好的抗干扰作用；缺点：使用应变片多，操作复杂；根据测量要求适当选用。
2.  分析各种组桥方式中温度补偿的方法。
答：单臂半桥、对臂全桥均由温度补偿片实现温度补偿；双臂半桥、四臂全桥、串、并联半桥组桥均由工作片实现温度自补偿。