应变和力的测试

　　我院2001年从浙江大学引进CSY一2000型传感器试验台，尽管采用的传感器大部分是教学传感器，但其结构与线路是工业应用的基础。在实验进行过程中，通过信号的拾取、转换、分析，培养学生应具有的基本操作与动手能力。本文以该实验装置的应变测试模块，介绍应变测试的原理与测试方法。

　　0引言

　　在机械工程中，通过对应变测试可以分析与研究零件或结构的受力状况以及工作状态，验证设计的正确性。如对机床切削力的应变测试，可监视刀具的磨损、工件表面质量的变化，防止机床过载，控制切削过程的稳定性，为研究金属切削原理、制定切削用量、设计机床和夹具提供必要的切削力数据。

　　1电阻应变测试原理

　　在各种应变测试方法中，电阻应变电测法是最基本和应用最广泛的测试方法。金属箔式应变片是通过光刻、腐蚀等工艺制成的应变敏感元件，通过它转换被测部分受力状态变化。通过电桥完成电阻到电压的比例变化，电桥的输出电压反映了相应的受力状态。

　　描述电阻应变的关系式为:

　　式中△R/R为电阻丝电阻相对变化，S为应变灵敏度，为电阻丝长度相对变化。测量电路如下图1:

　　相邻边桥臂电阻变化使各自引起的输出电压相减，相对边两桥臂电阻变化使各自引起的输出电压相加。电桥的和差特性表明了桥臂电阻变化对输出电压的影响。利用和差特性，可以合理布置应变片，进行温度补偿，提高电桥的灵敏度。

　　2 CSY一2000实验台的应变测试

　　图2为CSY一2000实验台的应变式传感器实验装置安装示意图。

　　图3为应变测试模板测量电路接线图。

　　图1(C)中传感器中各应变片已接入图3所示模板左上方的R₁、R₂、R₃、R₄，R₁=R₂=R₃=R₄=350Ω。如图2所示，应变片所在梁为悬臂梁，应变片R₁、R₃在梁上方，受拉应力，△R₁/R、△R₃/R为正值，应变片R₂、R₄在梁下方，△R₂/R、△R₄/R为负值，则电桥输出电压：

　　图1(b)传感器中应变片接人模板R₁、R₂，△R₁/R为正值，△R₂/R为负值，R₃=R₄=350Ω为固定电阻。则电桥输出电压为:

　　图1(a)传感器应变片仅接人模板左上方的R₁，△R₁/R为正值，固定电阻R₂=R₃=R₄=350Ω。则电桥输出电压: