知識資料結(jié)構(gòu)試驗(yàn)(四)(新版)知識資料

朽木易折，金石可鏤。千里之行，始于足下。第頁/共頁需要課件請或(3)電阻應(yīng)變計(jì)的種類電阻應(yīng)變計(jì)的種類無數(shù)，按敏感柵的種類劃分，有絲式、箔式、半導(dǎo)體等；按基底材料劃分，有紙基、膠基等；按使用極限溫度劃分，有低溫、常溫、高溫等。箔式應(yīng)變計(jì)是在薄膠膜基底上鍍合金薄膜，然后通過光刻技術(shù)制成，具有絕緣度高、耐疲勞性能好、橫向效應(yīng)小等特點(diǎn)，但價(jià)格較高。絲繞式多為紙基，雖有防潮性能、耐疲勞性能稍差，橫向效應(yīng)較大等缺點(diǎn)。但價(jià)格較低，且易粘貼，可用于普通的靜力實(shí)驗(yàn)。圖18—2—30為幾種應(yīng)變計(jì)的形式。(4)電阻應(yīng)變計(jì)的粘貼用應(yīng)變計(jì)測量試件的應(yīng)變，應(yīng)該使應(yīng)變計(jì)與被測物體變形一致，才干得到確切的測量結(jié)果。通常采用粘結(jié)劑把應(yīng)變計(jì)粘貼在被測物體上，粘貼的好壞對測量結(jié)果影響很大。粘貼的技術(shù)要求十分鄭重，為保證粘貼質(zhì)量和測量準(zhǔn)確，要求：①測點(diǎn)基底平整、清潔、干燥；②粘結(jié)劑的電絕緣性、化學(xué)穩(wěn)定性和工藝性能良好，以及蠕變小、粘貼強(qiáng)度高如四個(gè)應(yīng)變計(jì)規(guī)格相同，即R1=R2=R3=R4，應(yīng)變計(jì)靈巧系數(shù)K1=K2=K3=K4=K，則有由上式可知，當(dāng)△R≤R時(shí)，輸出電壓與應(yīng)變成線性關(guān)系，與四個(gè)橋臂應(yīng)變的代數(shù)和成線性關(guān)系；相鄰橋臂的應(yīng)變符號相反，如ε1與ε2，相對橋臂的應(yīng)變符號相同，如ε1與ε3。由此可得電橋的橋臂特性，即當(dāng)相鄰橋臂的應(yīng)變增量同號時(shí)，其作用互相抵消；異號時(shí)，其作用互相疊加。而兩相對橋臂的應(yīng)變增量同號時(shí)，其作用互相疊加；異號時(shí)，其作用則相減輸出，兩者情況正巧相反。利用這一特性，可以舉行溫度補(bǔ)償和求得不同聯(lián)接時(shí)的橋臂系數(shù)及相應(yīng)不同的量測靈巧度。見表18—2—1。用電阻應(yīng)變儀測量應(yīng)變時(shí)，用電阻應(yīng)變儀中的電阻和電阻應(yīng)變計(jì)共同組成惠斯頓電橋。當(dāng)應(yīng)變計(jì)發(fā)生應(yīng)變、其電阻值發(fā)生變化，使電橋失去平衡；倘若在電橋中接入一可變電阻，調(diào)節(jié)可變電阻、使電橋恢復(fù)平衡，這個(gè)可變電阻調(diào)節(jié)值與應(yīng)變計(jì)的電阻變化有對應(yīng)關(guān)系，通過測量這個(gè)可變電阻調(diào)節(jié)值來測量應(yīng)變的主意稱為零位讀數(shù)法。倘若不用可變電阻，直接測量電橋失去平衡后的輸出電壓，再換算成應(yīng)變值，這種主意稱為直讀法(或偏位法)。常用的電橋與相應(yīng)的應(yīng)變計(jì)布置見表18—2—1，采用何種電橋和應(yīng)變計(jì)布置應(yīng)按照實(shí)驗(yàn)要求而定，當(dāng)用于測量非勻質(zhì)材料的應(yīng)變時(shí)，或當(dāng)應(yīng)變測點(diǎn)較多時(shí)，應(yīng)盡量采用1／4電橋，以避免各個(gè)應(yīng)變測點(diǎn)之間的互相影響。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，配置有高精度、高分辨率的積分電壓表的數(shù)據(jù)采集儀廣泛應(yīng)用于結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)、應(yīng)用于應(yīng)變測量。數(shù)據(jù)采集儀測量應(yīng)變常采用直讀法，直接測量電橋失去平衡后的輸出電壓。通過換算可得到相應(yīng)的應(yīng)變值。2．力傳感器和壓力傳感器結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)中，力傳感器和壓力傳感器是用來測量對結(jié)構(gòu)(試件)的作使勁(荷載)、支座反力等。力傳感器和壓力傳感器主要有機(jī)械式和電測式兩類，如圖18—2—32所示。傳感器的基本原理是用一彈性元件在感觸力或壓力時(shí)，彈性元件即發(fā)生與外力或壓力成相對應(yīng)關(guān)系的變形，用機(jī)械裝置把這些變形按邏輯舉行放大和顯示的即為機(jī)械式傳感器，用電阻應(yīng)變計(jì)把這些變形改變成電阻變化然后再舉行測量的即為應(yīng)變式傳感器。此外，還有利用壓電效應(yīng)制成的壓電式傳感器。測量時(shí)，機(jī)械式傳感器為直讀儀器，可以直接從傳感器指示的變形值得到量測的力值；應(yīng)變式傳感器應(yīng)與應(yīng)變儀或數(shù)據(jù)采集儀銜接，從應(yīng)變儀上讀到應(yīng)變值再換算成力值或壓力值，也可由數(shù)據(jù)采集儀或通過數(shù)據(jù)采集儀接人計(jì)算機(jī)，自動換算成力值或壓力值輸出；壓電式傳感器應(yīng)與電荷放大器銜接，然后再輸給記錄儀器等。3．線位移傳感器線位移傳感器(簡稱位移傳感器)可用來測量結(jié)構(gòu)的位移，包括結(jié)構(gòu)的反應(yīng)和對結(jié)構(gòu)的作用、支座位移。它測到的是某一點(diǎn)相對另一點(diǎn)的位移、即測點(diǎn)相對于位移傳感器支架固定點(diǎn)的位移。常用的位移傳感器有機(jī)械式百分表、電子百分表、滑阻式傳感器和差動電感式傳感器，見圖18—2—33。它們的工作原理是用一可滑動的測桿去感觸線位移，然后把這個(gè)位移量用各種主意轉(zhuǎn)換成表盤讀數(shù)或各種電量。如機(jī)械式百分表，它用一組齒輪等把測桿的滑動(即位移)轉(zhuǎn)換成指針的轉(zhuǎn)動、即表盤讀數(shù)；電子百分表是通過彈簧把測桿的滑動改變?yōu)楣潭ㄔ诒須ど系膽冶坌×旱膹澢冃?，再用?yīng)變計(jì)把這個(gè)彎曲變形改變成應(yīng)變輸出；滑阻式傳感器是通過可變電阻把測桿的滑動改變成兩個(gè)相鄰橋臂的電阻變化，與應(yīng)變儀等接成惠斯登電橋，把位移轉(zhuǎn)換成電壓輸出；差動式傳感器是把測桿的滑動變成滑動鐵芯和線圈之間的相對位移、并轉(zhuǎn)換成電壓輸出。當(dāng)位移值較大、測量要求不高時(shí)，還可用水準(zhǔn)儀、經(jīng)緯儀及直尺等舉行測量。在結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)中，人們還常常利用位移傳感器來量測結(jié)構(gòu)的應(yīng)變。應(yīng)變的定義是單位長度的變形(拉伸、壓縮和剪切)，在實(shí)驗(yàn)中，可以量測兩點(diǎn)之間的相對位移來計(jì)算兩點(diǎn)之間的平均應(yīng)變。設(shè)兩點(diǎn)之間的距離為L(稱為標(biāo)距)，被測物體發(fā)生變形后，兩點(diǎn)之間有相對位移△L，則在標(biāo)距內(nèi)的平均應(yīng)變ε為ε=△L／L(18—2—8)式中，△L是以兩點(diǎn)之間的距離增強(qiáng)為正，表示得到拉應(yīng)變，以減少為負(fù)，表示得到壓應(yīng)變。圖18—2—34所示的手持應(yīng)變儀和百分表應(yīng)變裝置是兩種利用位移傳感器測量應(yīng)變的儀器和裝置。4．角位移傳感器角位移傳感器(簡稱傾角儀)是安裝在結(jié)構(gòu)的被測點(diǎn)上，實(shí)驗(yàn)時(shí)隨結(jié)構(gòu)的變形而產(chǎn)生傾角，由此測得結(jié)構(gòu)的角位移。常用的角位移傳感器有水準(zhǔn)管式傾角儀、電阻應(yīng)變式傾角傳感器及DC—10水準(zhǔn)式角度傳感器，見圖18—2—35。它們的工作原理是以重力作用線為參考，以感觸元件相對于重力線的某一狀態(tài)為初值，當(dāng)傳感器隨結(jié)構(gòu)一起發(fā)生角位移后，其感觸元件相對于重力線的狀態(tài)也隨之改變，把這個(gè)相應(yīng)的變化量用各種主意轉(zhuǎn)換成表盤讀數(shù)或各種電量。如水準(zhǔn)管式傾角儀，用一長水準(zhǔn)管作為感觸元件，與微調(diào)螺絲和度盤配合，測量角位移；電阻應(yīng)變式傾角傳感器用梁式擺作為感觸元件，因?yàn)閿[的重力，擺上的梁將發(fā)生與角位移相應(yīng)的彎曲變形，再用梁上的應(yīng)變計(jì)把這個(gè)彎曲變形轉(zhuǎn)換成應(yīng)變輸出；BC—10水準(zhǔn)式角度傳感器用液體擺來感觸角位移，液面的傾斜將引起電極A、B之間和B、C之間的電阻發(fā)生相應(yīng)改變，把電極A、B和C接入測量電橋，就可以得到與角位移相對應(yīng)電壓輸出。5．裂縫測量儀器測量裂縫寬度通常用讀數(shù)顯微鏡(圖18—2—36)，它是由光學(xué)透鏡與游標(biāo)刻度等組成。還可以用印有不同寬度線條的裂縫標(biāo)尺(圖18—2—37)與裂縫對照來決定裂縫寬度；也可使用一組具有不同厚度的標(biāo)準(zhǔn)塞尺舉行試插，正巧插入裂縫的塞尺厚度即為該裂縫的寬度。6．測振傳感器測振傳感器是由慣性質(zhì)量、阻尼和彈簧組成一個(gè)質(zhì)量彈簧系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)固定在振動體上(即傳感器的外殼固定在振動體上)、與振動體一起振動；通過測量慣性質(zhì)量相對于傳感器外殼的運(yùn)動，就可以得到振動體的振動(圖18—2—38)。(1)磁電式速度傳感器磁電式速度傳感器是按照電磁感應(yīng)的原理制成的，圖18—2—39為一磁電式速度傳感器，磁鋼和殼體相銜接、并通過殼體安裝在振動體上，與振動體一起振動；芯軸和線圈組成傳感器的系統(tǒng)質(zhì)量，通過彈簧片(系統(tǒng)彈簧)與殼體銜接。振動體振動時(shí)，系統(tǒng)質(zhì)量與傳感器殼體之間發(fā)生相對位移，因此線圈與磁鋼之間也發(fā)生相對運(yùn)動，按照電磁感應(yīng)定律，感應(yīng)電動勢正的大小為E=BLnv(18—2—9)式中B為線圈所在磁鋼間隙的磁感應(yīng)強(qiáng)度，L為每匝線圈的平均長度，n為線圈匝數(shù)，v為線圈相對于磁鋼的運(yùn)動速度、即系統(tǒng)質(zhì)量相對于傳感器殼體的運(yùn)動速度。對于傳感器來說BLn是常量，所以傳感器的電壓輸出(即感應(yīng)電動勢E)是與相對運(yùn)動速度v成正比。圖18—2—40為一擺式測振傳感器，它的質(zhì)量彈簧系統(tǒng)設(shè)計(jì)成轉(zhuǎn)動的形式，因而可以獲得更低的儀器固有頻率。擺式傳感器可以測垂直方向或水平方向的振動；它也是磁電式傳感器，輸出電壓與相對運(yùn)動速度成正比。磁電式傳感器輸出的電壓信號普通比較微弱，需要用電壓放大器舉行放大。(2)壓電式加速度傳感器從物理學(xué)知道，一些晶體材料當(dāng)受到壓力并產(chǎn)生機(jī)械變形時(shí)，在其相應(yīng)的兩個(gè)表面上浮上異號電荷，當(dāng)外力去掉后，晶體又重新回到不帶電的狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。壓電式加速度傳感器是利用晶體的壓電效應(yīng)而制成的。圖18—2—41為壓電式加速度傳感器的結(jié)構(gòu)原理，壓電晶體片上是質(zhì)量塊，用硬彈簧將它們夾緊在基座上；質(zhì)量彈簧系統(tǒng)的彈簧剛度由硬彈簧的剛度和晶體片的剛度組成，剛度很大，質(zhì)量塊的質(zhì)量較小，因而質(zhì)量彈簧系統(tǒng)的固有頻率很高，可達(dá)數(shù)千赫茲，甚至可達(dá)100—200kHz。當(dāng)傳感器的固有頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于所測振動的頻率時(shí)，質(zhì)量塊相對于外殼的位移就反映所測振動的加速度；質(zhì)量塊相對于外殼的位移乘上晶體的剛度就是作用在晶體上的動壓力，這個(gè)動壓力與壓電晶體兩個(gè)表面所產(chǎn)生的電荷量(或電壓)成正比，因此可以通過測量壓電晶體的電荷量來得到所測振動的加速度。壓電式加速度傳感器用的放大器有電壓放大器和電荷放大器兩種。（三）記錄器1．X—Y記錄儀X—Y記錄儀是一種常用的模擬式記錄器，它用記錄筆把實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)以X—Y平面坐標(biāo)系中的曲線形式記錄在紙上，得到的是兩個(gè)實(shí)驗(yàn)變量的關(guān)系曲線、或某個(gè)實(shí)驗(yàn)變量與時(shí)光的關(guān)系曲線。圖18—2—42為X—Y記錄儀的工作原理，X、Y軸各由一套自立的，以伺服放大器、電位器和伺服馬達(dá)組成的系統(tǒng)驅(qū)動滑軸和筆滑塊；用多筆記錄時(shí)，將y軸系統(tǒng)作相應(yīng)增強(qiáng)，則可同時(shí)得到若干條實(shí)驗(yàn)曲線。實(shí)驗(yàn)時(shí)，將實(shí)驗(yàn)變量1(如某一個(gè)位移傳感器)接通到X軸方向，將實(shí)驗(yàn)變量2(如荷載傳感器)接通到y(tǒng)軸方向；實(shí)驗(yàn)變量1的信號使滑軸沿X軸方向移動、實(shí)驗(yàn)變量2的信號使筆滑塊沿y軸方向移動，移動的大小和方向與信號一致，由此帶動記錄筆在坐標(biāo)紙上畫出實(shí)驗(yàn)變量1與實(shí)驗(yàn)變量2的關(guān)系曲線。倘若在X軸方向輸入時(shí)光信號，或使滑軸、或使座標(biāo)紙沿X軸按邏輯勻速運(yùn)動，就可以得到某一實(shí)驗(yàn)變量與時(shí)光的關(guān)系曲線。2．光芒示波器光芒示波器也是一種常用的模擬式記錄器，它將電信號轉(zhuǎn)換為光信號并記錄在感光紙或膠片上，得到的是實(shí)驗(yàn)變量與時(shí)光的關(guān)系曲線。圖18—2—43為光芒示波器的工作原理，當(dāng)振動的信號電流輸入振動子線圈2時(shí)，在固定磁場3內(nèi)的振動子線圈就發(fā)生偏轉(zhuǎn)，與線圈連著的小鏡片及其反射的光芒也隨之偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)的角度大小和方向與輸入的信號電流相對應(yīng)，光芒射在前進(jìn)著的感光記錄紙上，即留下所測信號的波形，與此同時(shí)在感光記錄紙上用頻閃燈8打上時(shí)光標(biāo)記。光芒示波器可以同時(shí)記錄若干條波形曲線，它還可以用于靜力實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)記錄。3．磁帶記錄儀磁帶記錄儀是一種常用的較理想的記錄器，它將電信號轉(zhuǎn)換成磁信號并記錄在磁帶上，得到的是實(shí)驗(yàn)變量與時(shí)光的變化關(guān)系。磁帶記錄儀由磁帶、磁頭、磁帶傳動機(jī)構(gòu)、放大器和調(diào)制器等組成，它的原理見圖18—2—44。記錄時(shí)，從傳感器來的信號輸入到磁帶記錄儀，經(jīng)過放大器和調(diào)制器的處理，通過記錄磁頭把電信號轉(zhuǎn)換成磁信號，記錄在以規(guī)定速度作勻速運(yùn)動的磁帶上。重放時(shí)，使記錄有信號的磁帶按本來記錄時(shí)的速度(也可以改變速度)作勻速運(yùn)動，通過重放磁頭從磁帶“讀出”磁信號、并轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)過放大器和調(diào)制器的處理，輸出給其他儀器。（四）數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件由三個(gè)部分組成：傳感器部分、數(shù)據(jù)采集儀部分和計(jì)算機(jī)(控制例1.電阻應(yīng)變片(K=2.0)粘貼于軸向拉伸的試件表面,應(yīng)變片軸線與試件軸線平行,試件材料E=2.1×105MPa,若應(yīng)變片的阻值變化為3.400,則應(yīng)力為(B)。A.2795B.2975C.3975D.5950電阻應(yīng)變片的電阻值普通為120Ω,則:R=120Ω。dR/R=Kε；σ=E·ε則σ=＝＝2975MPa2.柱子實(shí)驗(yàn)中餃支座是一個(gè)重要的實(shí)驗(yàn)設(shè)備,試回答下列哪種鉸支座比較可靠靈便?(D)(A)圓球形餃支座;(