第一部分 常温电阻应变片的筛选和粘贴
一、实验目的
掌握使用万用表筛选电阻应变片的方法、掌握应变片的粘贴、引线连接技术。
二、实验仪表与器材
数字式万用电表、电桥、兆欧表、粘结剂（502胶）、等强度梁试件、补偿块、常温应变片、接线端子、电烙铁、镊子、砂布、剪子、聚乙烯塑料薄膜、脱脂棉、丙酮、钢尺、划针、引线以及防潮剂（蜂蜡或环氧树脂胶）。
三、实验方法和实验步骤
1、电阻应变片的筛选
（1）剔出丝栅有形状缺陷、断栅、缺少引线、片内有气泡、霉斑、锈点等的应变片。
（2）用电桥或高精度的数字万用表测量应变片的电阻阻值，按照电阻值的大小进行分组。每组应变片阻值的偏差最大不应超过应变仪可调平衡允许范围的一半，一般按照0.2Ω级差分组。选择其中一组应变片进行试验。
（3）记录所使用应变片的灵敏系数K= 。
2、电阻应变片的粘贴
（1）在等强度梁应变测试位置，用钢尺和划针划出应变片的定位线（应变片的具体粘贴位置应由实验课指导教师确定），用0号砂布将粘贴部位打磨平整，再用镊子夹住脱脂棉球蘸丙酮，沿一个方向反复擦拭并不断更换棉球，直至擦拭的脱脂棉球不再变脏为止。
（2）待测点的丙酮挥发干净后，取出待粘贴的应变片，左手捏持应变片的引线，右手拿住502胶水瓶向应变片的基底底面涂抹胶水，胶水应涂抹的匀且薄（使用502胶水时应注意安全）。校正好应变片的粘贴方向，小心地将其摆放好，立即在应变片的表面铺盖聚乙烯塑料薄膜，用手指稍加用力，沿应变片的一个方向连续滚压，挤出多余胶水和粘结层中的气泡，使应变片粘贴牢固，待502胶固化后，再将聚乙烯塑料薄膜沿相反方向轻轻扯下。
（3）粘贴好应变片后，轻轻地将应变片的两根引线从试件表面轻轻拨离出来，如果胶层粘接引线较结实，可利用电烙铁对引线稍微加热，并轻轻拨离即可。再用502胶将接线端子紧贴应变片基底的边缘粘贴牢固。用电烙铁将接线端子挂锡，将应变片的引出线与接线端子焊接牢固，并剪掉多余的引出线。
3、应变片粘贴质量检验
（1）首先进行外观检查。观察粘贴层是否存在气泡，应变片的粘贴位置是否准确，方向与应变测量方向是否平行。若粘贴层存在气泡，应将应变片剔除重贴，若方向误差过大也应重新粘贴。
（2）利用万用表对应变片粘贴的内在质量进行检查。将万用表拨至电阻挡，选择与应变片阻值相适应的电阻挡，测量应变片的电阻阻值，如果测量的阻值与应变片的原电阻阻值相差较大，则视为不合格，需铲除重新粘贴。电阻阻值检验合格，还应检验应变片丝栅与试件之间的绝缘电阻，可以利用兆欧表或数字式万用电表的100MΩ挡进行测量，测量到的绝缘电阻阻值应大于20MΩ视为合格，否则应将应变片铲除重贴。
4、固定测量导线
将导线焊接到接线端子上，然后用不锈钢制作成卡子，利用点焊机将线卡点焊在接线端子附近的结构上，在要求不高的情况下，也可使用透明胶带将导线绑扎固定在结构上。
5、应变片的防护
在应变片、接线端子和导线的裸露部位熔滴一层蜂蜡作为防潮处理，或封固环氧树脂胶作为防潮处理及固化措施。
四、数据记录
记录筛选出的电阻应变片的标称阻值和实际阻值、以及焊接后对应的阻值，并对应变片进行分组。
电阻阻值记录表
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标称 阻值 |
实测电阻阻值 |
序号 |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
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8 |
9 |
10 |
阻值（Ω） |
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是否筛除 |
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五、实验成果
掌握应变片的筛选和粘贴过程，将电阻应变片按阻值进行分组，选取可使用的电阻应变片进行粘贴，连线，为实验的下一步做好准备。
六、实验报告
1、实验报告记述应变片的筛选过程。
2、记述应变片的粘贴过程。
第二部分 应变仪的使用技术
一、实验目的
掌握静态电阻应变仪的使用和进行单点应变测量的基本原理；掌握应变片半桥及全桥应变测量的接线方法，了解不同桥路接线方式的工作特点。
二、实验仪器和设备
静态电阻应变仪、已经粘贴好应变片的等强度梁、温度补偿块及温度补偿片。
三、实验方法和实验步骤
1、静态电阻应变仪的使用
静态电阻应变仪主要由电桥电路、放大器及显示装置组成。电桥电路的主要作用是配合应变片组成测量电桥，放大器则将桥路的输出信号进行放大，供显示装置正常工作。
静态电阻应变仪的测量电路采用惠斯顿电桥。惠斯顿电桥四个桥臂中任何一个都可以连接应变片，当四个桥臂电阻相等时，电桥输出为零，称之为“电桥平衡”。由于电桥电路的工作特点所限制，电桥输出的电压信号并不与检测到的应变信号成线性关系，造成应变仪应变显示值存在测量误差，误差的大小与所采用应变片阻值及各桥臂实际应变值大小相关。以YD-88型静态应变仪为例，当使用应变片的阻值为60-600Ω时对测量造成的误差极小；测试开始时，将电桥调平也是减少误差的有效措施。一般正常使用情况下，测量误差能控制在0.1%以内。采用半桥模式测量应变时，应变仪显示的应变；当应变片组成全桥应变测量电路时，应变仪显示的应变2、学习YD-88型静态应变仪主要技术指标
应变测量范围： 0-19 999
分辨率： 1
零点漂移： 2h内不大于3
电阻平衡范围： 应变片阻值为120时为0.6
供桥电压： 直流2.5V
3、掌握YD-88型静态应变仪正常的工作条件
（1）环境温度：205℃，温度变化速度不超过1℃/h；
（2）环境湿度：相对湿度不超过85%；
（3）环境无腐蚀性气体；
（4）环境无工频强磁场干扰，电源电压波动范围不超过额定值的3%；
（5）使用前预热30min
YD-88型应变仪允许使用的环境温度：0-40℃；允许电源电压波动范围为-10%-+5%。
4、掌握YD-88型应变仪的使用
（1）将应变仪前面板的电源开关置于OFF，电源处于断路状态；选择开关置于“0”通道；桥路模式开关置于半桥工作模式；灵敏系数开关置于2.0。
（2）将标准应变发生仪的A、B、C接线端子与应变仪后面板0号端子板的A、B、C插孔一一对应相接，并注意应旋紧螺丝，其它端子板不应连接任何应变片或电阻，否则会影响应变仪标定工作的正常进行。初始工作时，标准应变发生仪的各个旋钮应置于0位。
（3）接通220V交流电源，开启电源开关，显示屏应显示一组稳定的数字，此时显示的数字就是电桥不平衡的分量。调节前面板0通道对应的调平电位器（多圈电位器），使显示的数字为0。旋转标准应变发生仪的旋钮，产生某一应变值，应变仪应显示相应的应变值，否则表示应变仪存在误差，应调整维修后使用。
（4）应变仪前面板的选择开关1－10档位与电位器1－10是一一对应的，与后面板1－10测点的接线端子也是一一对应的。如果测点数不超过10个，使用主机即可；若测点多于10个，可配用外接平衡箱，每台平衡箱可增加测点20个。
（5）进行半桥测量。
半桥单补法：将工作应变片接至后面板1－10号接线端子板的A，B端子，B，C端子与温度补偿应变片连接，调节与应变片连接的端子板相对应的平衡电位器，使应变仪显示值为0，旋转选择开关至各个档位，依次调整平衡，就可以准备进行应变测量了。应注意，未接应变片的档位，应变仪的显示值将无序闪动，无法调节至0；进行应变测量时，应按照工作应变计出厂时所标明的灵敏系数，调整应变仪的灵敏系数开关，使之相等，否则应变仪的输出值与工作应变片的实际应变值将存在较大误差。
半桥公共补偿法：半桥测量时，除选择单独温度补偿模式外，还可以选用公共补偿模式。即将工作应变计依次分别接至各个接线端子的A、B端子上，在公共补偿端子，连接一只公共温度补偿应变片，按照上述的方法调节各个测点电路，即可正常工作。
半桥互补法：当桥路中连接的2只应变片都是工作应变片时，可采用与半桥单补法相同的连接模式，2只工作应变片互相进行温度补偿，并具有较高的桥臂系数。电路调整方法与前述方法相同。
（6）进行全桥测量。将桥路模式开关拨动至全桥位置，调整灵敏系数开关，使其与所选用的工作应变片标明的灵敏系数相同，将4个桥臂的应变片组成测量电桥，依次连接到接线端子板的A、B、C、D端子上，调节平衡电位器，使其达到平衡状态，依次连接并调节好每一个测点，测量准备工作即已完成。应注意，应变仪只能在半桥或全桥单一模式下工作，因此，应变仪正常工作时，不允许半桥模式和全桥模式混合使用。
5、使用应变仪时的注意事项
（1）要求测量电路的工作应变片与温度补偿应变片阻值应尽量相等，灵敏系数相同，工作片与补偿片的连接导线应相同，便于调节平衡。
（2）应变仪应远离磁场源（电机、大型变压器等），如有较强的磁场源，可调整应变仪的放置方向，并将应变仪的金属外壳妥善接地，以减少干扰。
（3）工作片与补偿片均不应受到强日光照射，避免高温辐射和空气剧烈流动的影响，补偿片应粘贴在与测试构件相同材质的试块上，并与工作片保持相同的工作温度。应变片对地的绝缘电阻应大于20
利用在等强度梁上粘贴的应变片，在应变仪上进行各种半桥及全桥测量电路的连接练习。
四、实验成果
掌握应变仪的使用，熟悉各种桥路的原理和接法。
五、实验报告
1、写出实验的操作过程、电桥和万用表的使用方法。
2、写出你所参与的实验操作过程。
3、简述你所使用的静态电阻应变仪的使用方法。
4、阐述半桥以及全桥测量电路的连接方法和工作特点。
第三部分 半桥、全桥测量等强度梁的应变值
一、实验目的
熟练掌握电阻应变仪对等强度梁的应变进行半桥及全桥测量，理解理论计算值与实际实验值之间的关系。
二、实验设备及仪表
YD-88型静态电阻应变仪、等强度标准钢梁、50N砝码（6个）、直尺1把。等强度钢梁几何尺寸及应变片粘贴情况可参见图1。
三、实验原理、方法及步骤
1、测量A-A截面尺寸
测量等强度梁A-A截面（粘贴测量应变片的截面）的尺寸，包括截面宽b、截面高h、截面到加载点的距离L，填写于表1中。
表1 等强度梁截面尺寸 单位：mm
2、调整静态电阻应变仪
按照第二部分，学习到的方法，对静态电阻应变仪进行调整（等强度梁上的应变片已经粘贴好，应变片的灵敏系数同上，应按应变片的实际灵敏系数调整应变仪）。
3、测量A-A截面的应变
下面的实验按半桥和全桥两种情况分别进行测量桥路连接，测量A－A截面的应变。常用的桥路实验连接接线图可参考图2。
（1）半桥测量法接线与测量
1半桥单补
测量工作应变片粘贴在A-A截面的拉应力区，应变片的2根接线分别连接于应变仪的A、和B接线端子上，温度补偿应变片粘贴在补偿块或等强度梁的非受力区。应变片的2根引线，分别连接到应变仪同一接线端子的B、C端。2只应变片构成半桥单补测量电路。此时应变仪显示的应变值与构件的实际应变值的关系
将半桥单补实验中应变仪显示的应变值及等强度梁的实际应变值填写于表2中。
表2 半桥单补应变仪显示值及构件应变值 单位：
实验荷载 |
50N |
100N |
150N |
100N |
50N |
0N |
应变显示值 |
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截面应变值 |
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2半桥互补
在等强度梁A－A截面的拉、压应力区分别粘贴工作应变片和，将应变片和的引线分别连接到应变仪接线端子板的A、B和B、C端子上，电阻应变片和既是工作应变片又是温度补偿应变片，称作半桥互补测量电路，应变仪显示的应变值
因为，所以
即测量桥路的桥臂系数为2。将半桥互补实验中应变仪显示的应变值和等强度梁实际应变值填写于表3中。
表3 半桥互补应变仪显示值及构件应变值 单位：
实验荷载 |
50N |
100N |
150N |
100N |
50N |
0N |
应变显示值 |
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截面应变值 |
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结论：在等强度梁发生相同应变的情况下，半桥互补测量桥路输出的应变值比半桥单补测量桥路输出的应变值高一倍，所以半桥互补测量桥路测量应变的灵敏度高（桥臂系数提高一倍，灵敏度提高一倍）。
（2）全桥测量法接线与测量
1全桥单补
在等强度梁A－A截面的拉应力区分别粘贴工作应变片和，将应变片和的引线分别连接到应变仪同一接线端子板的A、B和B、C端子上，补偿应变片和粘贴在补偿块或等强度梁的非受力区，分别将其引线连接至应变仪该测点B、C和D、A端子上，组成全桥单补测量电路。应变仪显示的应变值为
因和为温度补偿应变片，测得的应变是温度变化引起的应变，令其应变值为，则
，
故
将全桥单补实验中应变仪显示的应变值及等强度梁的实际应变值填写于表4中。
表4 半桥单补应变仪显示值及构件应变值 单位：
实验荷载 |
50N |
100N |
150N |
100N |
50N |
0N |
应变显示值 |
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截面应变值 |
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结论：全桥单补测量桥路不但可以消除温度变化引起的影响，而且输出的应变值是测点实际应变的2倍，提高了应变测量的灵敏度。
2全桥互补
在等强度梁A－A截面的拉应力区分别粘贴工作应变片和，将应变片和的引线分别连接到应变仪接线端子板的A、B和C、D端子上，在压应力区分别粘贴工作应变片和，将其引线分别连接到应变仪接线端子板的B、C和D、A端子上，组成全桥互补测量电路，应变仪显示的应变值
将全桥互补实验中应变仪显示的应变值和构件实际应变值填写于表5中。
表5 半桥互补应变仪显示值及构件应变值 单位：
实验荷载 |
50N |
100N |
150N |
100N |
50N |
0N |
应变显示值 |
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截面应变值 |
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结论：对于等强度梁，全桥互补桥路测量应变的灵敏度比半桥单补桥路测量应变的灵敏度构件发生相同应变的情况下，半桥互补测量桥路输出的应变值是半桥单补测量桥路输出的应变值的4倍，是半桥互补测量桥路输出的应变值的2倍，是全桥单补测量桥路输出的应变值的2倍。表明，针对具体的测试结构进行力学分析，选择适当的测量桥路，可以达到提高测量应变灵敏度及精度的目的。全桥测量应变的优点是：测量精度高，缺点是：组成桥路所使用的应变片较多。
四、计算A－A截面的理论应变值
利用下式计算等强度梁A－A截面的理论应变值
分别比较各种测量桥路试验时，应变仪显示的应变值与理论计算应变值之间是否满足给定的倍数（桥臂系数）关系，计算实验测量误差。
五、实验报告
1、简述电阻应变测量的全过程。
2、通过四种桥路的连接与测试，分析四种桥路的连接方式的优、缺点。并画出四种桥路的连接图。
3、分析实验值与理论计算值之间的关系。
综合试验成果
通过本次综合性试验，使学生系统的掌握了电阻应变片的筛选、粘贴和连接技术； 掌握了电阻应变仪的使用，熟悉各种桥路的接法和工作特点，以及运用各种桥路对待测构件的应变测量。能够在将来的实际生产和科研中熟练的对建筑物或构筑物进行静态应变测量。
