自動(dòng)儀器儀表在梁材彎化受力試驗(yàn)里的運(yùn)用
1實(shí)驗(yàn)內(nèi)容
1. 1實(shí)驗(yàn)臺(tái)
實(shí)驗(yàn)臺(tái)如所示，其中試件為長寬高= 760 9 30mm的中碳鋼矩形截面梁，在純彎段中心的外表面上沿著梁高貼有五枚電阻應(yīng)變片（每片相距h/ 4） ，并在梁的端部不受力處貼上一個(gè)補(bǔ)償應(yīng)變片。
1. 2實(shí)驗(yàn)原理
利用金屬的應(yīng)變電阻效應(yīng)，我們將測(cè)量片和補(bǔ)償片組成的應(yīng)變測(cè)量電橋制成電阻應(yīng)變計(jì)，電阻應(yīng)變片阻值的相對(duì)變化與應(yīng)變片金屬絲的幾何形狀的相對(duì)變形成正比，由此可知，這種變化即反映被測(cè)物體的變化。
1. 3實(shí)驗(yàn)過程
實(shí)驗(yàn)開始時(shí)，學(xué)生記錄鋼梁的有關(guān)原始數(shù)據(jù)，包括梁的跨距、橫截面尺寸、載荷作用點(diǎn)距離和標(biāo)點(diǎn)位置等。而后將測(cè)試儀器與電阻應(yīng)變計(jì)上的相應(yīng)標(biāo)點(diǎn)聯(lián)接，打開開關(guān)，開始加載，每加10牛頓讀一次應(yīng)變值，加到50牛頓為止。按同樣的方法測(cè)量另一片，直到五片全部測(cè)完為止。
1. 4數(shù)據(jù)處理
對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告的基本要求是，分別用虎克定律=和材料力學(xué)公式= y/ I計(jì)算純彎曲梁橫截面上五點(diǎn)的彎曲正應(yīng)力，將計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較，并做誤差分析和適當(dāng)?shù)挠懻摗?/FONT>
2實(shí)驗(yàn)所用測(cè)試儀器
如何將直梁受到外力后的應(yīng)變值測(cè)試出來，要用到測(cè)試儀器應(yīng)變儀。
2. 1電阻應(yīng)變儀
最常用的早期電阻應(yīng)變儀也稱為交流載波式應(yīng)變儀，它由載波震蕩器提供電橋交流電源，測(cè)量電橋中還有電阻平衡和電容平衡調(diào)整電路，其組成包括測(cè)量電橋、載波震蕩器、放大器、相敏檢波器、低通濾波器、讀數(shù)電橋和指示記錄儀等。一般這種應(yīng)變儀的基本誤差為 1% ，穩(wěn)定性4小時(shí)內(nèi)零漂 5 ，應(yīng)變測(cè)量精度為1% 3% ，考慮到構(gòu)件材料彈性模量和泊松比的測(cè)量誤差，則靜態(tài)應(yīng)力測(cè)量精度為3% 5%，如我院材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)室八十年代使用的YJD -型靜動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀就是采用這種雙橋結(jié)構(gòu)的，特點(diǎn)是輸出結(jié)果用指示電表或用記錄儀將電阻變化R/ R轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化。缺點(diǎn)是接線復(fù)雜，讀數(shù)慢且需要修正，在課上理論講解占用時(shí)間多，學(xué)生只能看老師演示。
2. 2數(shù)字應(yīng)變儀
隨著電子技術(shù)的發(fā)展，在原交流載波式應(yīng)變儀基礎(chǔ)上將輸出信號(hào)利用精密雙斜積分的原理進(jìn)行A/ D轉(zhuǎn)換而成數(shù)字信號(hào)顯示的應(yīng)變儀。如我院九十年代使用的YJK4500型數(shù)字靜態(tài)電阻應(yīng)變儀，它的基本誤差% 0. 2% 1個(gè)字， 4小時(shí)內(nèi)零點(diǎn)漂移% 2、讀數(shù)值變化% 0. 2% ，特點(diǎn)是不需要電容平衡，操作簡(jiǎn)單，可進(jìn)行多點(diǎn)應(yīng)變快速測(cè)量，直接用四位半數(shù)碼顯示應(yīng)變數(shù)值，在實(shí)驗(yàn)課上學(xué)生可以自己動(dòng)手操作。缺點(diǎn)是初始值不能設(shè)置為零，增加了計(jì)算工作量。
2. 3智能數(shù)字應(yīng)變儀
90年代以來智能儀表在工業(yè)過程自動(dòng)化中的應(yīng)用已極為普遍。智能儀表：以微處理機(jī)或單片機(jī)為核心部件，借助計(jì)算機(jī)技術(shù)和測(cè)控技術(shù)等設(shè)計(jì)和制造出來，并用軟件代替一部分硬件功能，具有快速測(cè)量和處理數(shù)據(jù)性能的一代新型儀表， 2004年我院材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)室購置了YJZ- 8/ 16型智能數(shù)字應(yīng)變儀，其原理如所示，由來自于CPU通道的控制信號(hào)順序接通測(cè)量橋路，惠斯登電橋?qū)⑽锢硇盘?hào)（如應(yīng)變、壓力、力、位移和溫度等）轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，經(jīng)過放大，模數(shù)轉(zhuǎn)換（ A/ D） ，成為對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)，經(jīng)CPU處理后，送LCD顯示并存儲(chǔ)該數(shù)據(jù)，也可以把此數(shù)據(jù)傳輸給計(jì)算機(jī)。它的基本誤差：測(cè)量值的0. 1%字，穩(wěn)定性： 4小時(shí)內(nèi)% 3個(gè)字。
3智能數(shù)字應(yīng)變儀數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)
3. 1實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)
利用某種檢測(cè)技術(shù)將待測(cè)的模擬量由傳感器和轉(zhuǎn)換裝置轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)收集到計(jì)算機(jī)中進(jìn)行存貯、計(jì)算和處理的裝置即為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。從我們知道， YJZ- 8智能數(shù)字應(yīng)變儀的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括多路模擬開關(guān)K1 K8、放大器和模數(shù)（ A/ D）轉(zhuǎn)換器等。
3. 2微機(jī)檢測(cè)和控制系統(tǒng)
微機(jī)把從上一個(gè)環(huán)節(jié)傳過來的數(shù)字量進(jìn)行運(yùn)算處理，得到對(duì)被測(cè)參數(shù)進(jìn)行控制的控制信號(hào)送往執(zhí)行機(jī)構(gòu)，即構(gòu)成微機(jī)檢測(cè)和控制系統(tǒng)。
微機(jī)（或微處理器）采用89C51增強(qiáng)型單片機(jī)，它包含128字節(jié)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和32KB閃存，一個(gè)串行接口RS- 232C.
3. 3應(yīng)用軟件系統(tǒng)
YJZ- 8型智能數(shù)字應(yīng)變儀數(shù)據(jù)處理軟件的操作平臺(tái)為Windows98/ 16/ 2000/ XP系統(tǒng)。軟件中包括系統(tǒng)設(shè)置（參數(shù)設(shè)置、通訊端口設(shè)置和集中接收）、視圖（應(yīng)力曲線、- t曲線和應(yīng)力應(yīng)變曲線）和幫助等，他們?cè)谙到y(tǒng)軟件的支持下，能夠快速而準(zhǔn)確地完成對(duì)參數(shù)的檢測(cè)與顯示任務(wù)。
4智能數(shù)字應(yīng)變儀的優(yōu)勢(shì)
（ 1）該實(shí)驗(yàn)課為90分鐘，上課過程分為理論講解與實(shí)際操作兩部分，以前后者需70分鐘，現(xiàn)只用30分鐘學(xué)生即可完成所需數(shù)據(jù)的測(cè)試，而且可以感受到現(xiàn)代化的實(shí)驗(yàn)技術(shù)。
（ 2）可用儀表面板上按鍵設(shè)定各種操作方式控制系統(tǒng)的運(yùn)行，還可用鍵盤向主機(jī)輸入程序，對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行各種實(shí)時(shí)處理，這種雙向設(shè)置控制，方便操作和課堂教學(xué)。
（ 3）在實(shí)驗(yàn)中可以采取手動(dòng)、自動(dòng)兩種采集和平衡方式，將應(yīng)變初始值設(shè)置為零，免去了以前計(jì)算每枚應(yīng)變片的平均應(yīng)變差值步驟。
（ 4）改變了單一的只出各點(diǎn)應(yīng)變數(shù)據(jù)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，現(xiàn)可以多點(diǎn)曲線實(shí)時(shí)顯示同時(shí)生成數(shù)據(jù)文件并存儲(chǔ)， 曲線自動(dòng)生成，如3所示。
從實(shí)測(cè)曲線可以看出，梁的拉伸和壓縮區(qū)相對(duì)于中性層、附加外力和撤除外力時(shí)相對(duì)于中性軸非常對(duì)稱，通過這次實(shí)驗(yàn)加深了學(xué)生對(duì)純彎曲梁強(qiáng)度的理解。
5小結(jié)
智能儀表在直梁彎曲正應(yīng)力實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用，不僅能使傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)技術(shù)和儀器設(shè)備的性能得到很大的提高，而且可以發(fā)展出在新概念下的新型實(shí)驗(yàn)技術(shù)和儀器設(shè)備，進(jìn)而必將給實(shí)驗(yàn)研究本身帶來巨大的變革，對(duì)實(shí)驗(yàn)研究的發(fā)展起到巨大的推動(dòng)作用。中國糧油儀器網(wǎng) http://www.pfyin.com/
