应变式传感器测量系统的设计
一、实验目的
１、 培养学生综合应用所学知识解决工程实际问题的能力 ２、 培养学生的创新能力与动手能力 ３、 培养学生的合作精神 一、 实验要求
１、 本实验以实验小组为单位进行
２、 学生自行选定实验方法、实验方案、设计实验报告表格等
３、 进行理论计算，并与实验结果进行比较，计算出误差，分析原因作出
结论。
４、 以科研论文的形式书写实验报告 二、 实验方式：
１、 时间开放：实验计划学时6学时（查找资料、提交实验方案、设计并
组织测量系统、测试、数据处理、完成实验报告）。学生可在给定期限内自行安排实验时间；可一次完成，亦可多次进行。实验时间提前到实验室预约。
２、 内容开放：实验测试内容和测试对象由学生自己选择。只要是运用所
学的测试技术方法（全桥或半桥），其测试内容可选：应力分布测量；应力集中测量等。最好能选择工程实际中的课题及内容进行测试。如果能在LABVIEW环境下完成也行。
３、 实验用试件：由实验室提供，特殊试件提前通知实验室进行加工。
４、 指导开放：实验指导教师只负责把关。比如，贴片后质量检查与把关；
实验结果与实验报告把关；不合格者必须改正重做。实验方案选择、实验过程、数据处理与分析完全由学生自主完成。
本实验参考资料之一：电阻应变片的粘贴
安装应变片是应变测量中最重要的环节之一，安装质量的好坏直接决定了应变测量能否正常进行和测量结果的准确性。
常温应变测量中，应变片的安装方法，均用粘贴法。粘贴法是用粘贴剂将应变片粘贴在被测构件表面上。测量时构件表面的变形由于固化胶层传给基层，再由基底传给敏感栅。显然，只有胶层均匀、不产生蠕变、才能保证敏感栅如实地再现构件的变形。因此，精心粘贴是十分必要的。
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一、 实验要求
1、 了解电阻应变片粘贴工艺的全过程 2、 初步掌握常温用电阻应变片的粘贴技术
二、 实验器材、工具与仪表（部分实验设备实物图片见附三） 1、 应变片、连接片、矩形纲板、导线
2、 502胶水、洒精、丙酮、刮刀、砂纸、玻璃纸、脱脂棉等 3、 电烙铁、剪刀、镊子、钢板尺、划针、剥线钳，红外线灯等 4、 单臂电桥、万用表、兆欧表、静态应变仪 三、 实验步骤：
应变片的粘贴工艺：
应变片粘贴工艺内容很多，包括贴片器材的准备；应变片的准备；粘贴
的表面的处理；应变片粘贴操作，粘贴质量的检查，测量导线的连接与固定等。
1、 贴片器材的准备
为了保证贴片工作的顺利进行，应将需用的器材、工具和仪表事先准备齐全。
2、 应变片的准备 （1）、应变片的外观检查，检查应变片敏感栅是否排列整齐、丝栅上是否有锈
斑、裂痕；基底和盖层有否损坏，中间是否夹着气泡；引出线是否牢固。 （2）、应变片电阻值测量，用单臂电桥测量应变片的电阻值，弃除其中的断路、
短路和阻值超出允许值的应变片，并将选用的应变片按阻值分装。要求组桥的工作片之间的电阻值不超0.3欧姆。 3、 粘贴表面的准备 （1）、构件表面贴片处首先应用有关工具丙酮除去油污、锈斑、涂料、氧化膜
等。 （2）、当构件表面比较平整时，可用砂布打磨至光洁度为▽6。 （3）、当构件表面比较粗糙时，可用铣刀，刮刀或手提砂轮等工具，将其加工
平整，然后要按（2）的要求进行，其后再用0#砂布打出与应变片轴线成45°的纹路，以加强粘贴剂的附着力。 （4）、贴片表面的打磨面积约为应变片面积的3~5倍。 4、 贴片 （1）、贴片前用划针和钢尺，在贴片处划出十字线，以保证粘贴方位的准确性，
并需对表面进行最后清洗。常用浸透丙酮的医用脱脂棉，在贴片位置擦洗，除去油污，尘土，直到脱脂棉上不见任何黑迹为止。然后用洒精清洗表面，晾干。 （2）、用502胶水均匀涂在贴片处，找准方向贴上应变片，用玻璃纸盖上，采
用滚压法挤出应变片与构件之间的多余胶水。用手指压住玻璃纸约30分针；使应变片和构件表面完全贴合后，轻而慢地揭掉玻璃纸。 （3）、在应变片引出线的位置，粘贴连接片，焊连接线。
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（4）、用红外线灯烘烤 5、 贴片后的检查 （1）、先用万用表检查应变片与构件是否短路，应变片本身是否断路。 （2）、绝缘电阻的检查，一般用兆欧表测量。绝缘电阻越高越好，过低会使应
变片灵敏系数下降，产生严重的零漂和蠕变。在一般测量中，绝缘电阻值应大于100兆欧。 （3）、组桥验证，将贴好的应变片组成半桥或全桥接入静态应变仪的相应接线
柱上，给构件加力，看静态应变仪是否有应变值显示。 6、 应变片的防护
实际测量中，为了防止应变片被大气中的水分侵入，雨水、露水的淋溅，
以及酸、碱、油等介质的侵入，要求对贴好的应变片立即采取相应的防护措施，以保证测量的准确可靠，特别是防潮措施，因水分会使电阻应变片绝缘电阻下降，不能有效地传递应变，吸湿后的应变片在测量中通电后，会产生水解现象，使敏感栅受到腐蚀，致使测量产生误差等，所以在应测量中防潮工作应引起特别注意。
7、防潮措施是在粘贴好的应变片部位，涂刷防潮剂涂层。我们采用的防潮剂配方为：石蜡：松香：凡士林：机械油=45%：30%：15%：10% 四、 实验要求
在矩形纲板的上下表面沿轴线各贴一片应变片（如图1所示），按（三） 叙述的粘贴工艺内容进行操作
五、 思考题：简述贴片、接线、检查等主要步骤
本实验参考资料之二：电桥特性和静态应变测量
一、 实验要求：
1、掌握用应变片组成测量电桥的方法 2、掌握静态应变仪的使用方法 3、验证电桥的和差特性
4、验证材料在静态下，在贴片处的实验应变值与理论计算值的一致性
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二、 实验器材：（部分实验设备实物图片见附三）
1、静态应变仪 2、等强度梁 3、砝码、挂盘、小起子
三、实验原理：
1、 电桥输出特性
U0?R1?R2?R3?R4U?(???)4R1R2R3R4
或
U0U?K(?1??2??3??4)4
其中U—供桥电压 K—应变片灵敏系数 ε—各片所受应变
当电桥中的邻臂有异号或相对臂有同号的电阻变化时，电桥输出电压为各臂由电阻变化引起的输出电压之和；
当电桥中的邻臂有同号或相对臂有异号的电阻变化时，电桥输出电压为各臂由电阻变化引起的输出电压之差。
2、 等强度梁上任一断面的应变：
6PL?0?Ebh2
其中：P—加载重量 E—弹性模量，45#钢 E=2.05*106Kg/cm2
b,h ,Lo 梁上几何尺寸。 B=4cm h=0.6cm L=24cm
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∵1με=1*10-6 ∴ε0=48.89 (με)
由此式可知，当加载重P不断改变时，就可以算出不同的P，在截面A-A’处产生的不同的静应变，由此可用来验证电桥特性。
3、 组桥方式
（a）半桥单臂 （b）半桥双臂 (c)半桥双臂 同值异号 同值同号
（d）全桥四臂对臂同号 （e）全桥四臂对臂异号
四、实验步骤
1、 组桥接线于静态应变仪的相应接线柱（半桥测量时，接A，B，C接线
柱，全桥测量时，接A，B，C，D接线柱，而D1、D、D2接线柱上的连接片半桥测量时加，全桥测量时去掉。）
2、 按下静态应变仪电源开关，仪器预热30min，然后按下“基零”琴键
开关，仪器显示应为0000（-0000）
3、 按下静态应变仪的标定开关，调节灵敏度电位器，使显示表显示值为
15000。（注意：当灵敏度电位器调节好以后，在整个测量过程中，不允许再调节该电位器开关。 4、 按下静态应变仪的测量开关，调节“调零”电位器，使仪器显示为0000
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