自動儀器儀表在梁材彎化受力試驗里的運用
1實驗內(nèi)容
1. 1實驗臺
實驗臺如所示，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變片（每片相距h/ 4） ，并在梁的端部不受力處貼上一個補償應變片。
1. 2實驗原理
利用金屬的應變電阻效應，我們將測量片和補償片組成的應變測量電橋制成電阻應變計，電阻應變片阻值的相對變化與應變片金屬絲的幾何形狀的相對變形成正比，由此可知，這種變化即反映被測物體的變化。
1. 3實驗過程
實驗開始時，學生記錄鋼梁的有關(guān)原始數(shù)據(jù)，包括梁的跨距、橫截面尺寸、載荷作用點距離和標點位置等。而后將測試儀器與電阻應變計上的相應標點聯(lián)接，打開開關(guān)，開始加載，每加10牛頓讀一次應變值，加到50牛頓為止。按同樣的方法測量另一片，直到五片全部測完為止。
1. 4數(shù)據(jù)處理
對學生實驗報告的基本要求是，分別用虎克定律=和材料力學公式= y/ I計算純彎曲梁橫截面上五點的彎曲正應力，將計算結(jié)果進行比較，并做誤差分析和適當?shù)挠懻摗?/FONT>
2實驗所用測試儀器
如何將直梁受到外力后的應變值測試出來，要用到測試儀器應變儀。
2. 1電阻應變儀
最常用的早期電阻應變儀也稱為交流載波式應變儀，它由載波震蕩器提供電橋交流電源，測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。一般這種應變儀的基本誤差為 1% ，穩(wěn)定性4小時內(nèi)零漂 5 ，應變測量精度為1% 3% ，考慮到構(gòu)件材料彈性模量和泊松比的測量誤差，則靜態(tài)應力測量精度為3% 5%，如我院材料力學實驗室八十年代使用的YJD -型靜動態(tài)電阻應變儀就是采用這種雙橋結(jié)構(gòu)的，特點是輸出結(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。缺點是接線復雜，讀數(shù)慢且需要修正，在課上理論講解占用時間多，學生只能看老師演示。
2. 2數(shù)字應變儀
隨著電子技術(shù)的發(fā)展，在原交流載波式應變儀基礎(chǔ)上將輸出信號利用精密雙斜積分的原理進行A/ D轉(zhuǎn)換而成數(shù)字信號顯示的應變儀。如我院九十年代使用的YJK4500型數(shù)字靜態(tài)電阻應變儀，它的基本誤差% 0. 2% 1個字， 4小時內(nèi)零點漂移% 2、讀數(shù)值變化% 0. 2% ，特點是不需要電容平衡，操作簡單，可進行多點應變快速測量，直接用四位半數(shù)碼顯示應變數(shù)值，在實驗課上學生可以自己動手操作。缺點是初始值不能設置為零，增加了計算工作量。
2. 3智能數(shù)字應變儀
90年代以來智能儀表在工業(yè)過程自動化中的應用已極為普遍。智能儀表：以微處理機或單片機為核心部件，借助計算機技術(shù)和測控技術(shù)等設計和制造出來，并用軟件代替一部分硬件功能，具有快速測量和處理數(shù)據(jù)性能的一代新型儀表， 2004年我院材料力學實驗室購置了YJZ- 8/ 16型智能數(shù)字應變儀，其原理如所示，由來自于CPU通道的控制信號順序接通測量橋路，惠斯登電橋?qū)⑽锢硇盘枺ㄈ鐟�、壓力、力、位移和溫度等）轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘�，�?jīng)過放大，模數(shù)轉(zhuǎn)換（ A/ D） ，成為對應的數(shù)字信號，經(jīng)CPU處理后，送LCD顯示并存儲該數(shù)據(jù)，也可以把此數(shù)據(jù)傳輸給計算機。它的基本誤差：測量值的0. 1%字，穩(wěn)定性： 4小時內(nèi)% 3個字。
3智能數(shù)字應變儀數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)
3. 1實驗數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)
利用某種檢測技術(shù)將待測的模擬量由傳感器和轉(zhuǎn)換裝置轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號收集到計算機中進行存貯、計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微機檢測和控制系統(tǒng)
微機把從上一個環(huán)節(jié)傳過來的數(shù)字量進行運算處理，得到對被測參數(shù)進行控制的控制信號送往執(zhí)行機構(gòu)，即構(gòu)成微機檢測和控制系統(tǒng)。
微機（或微處理器）采用89C51增強型單片機，它包含128字節(jié)數(shù)據(jù)存儲器和32KB閃存，一個串行接口RS- 232C.
3. 3應用軟件系統(tǒng)
YJZ- 8型智能數(shù)字應變儀數(shù)據(jù)處理軟件的操作平臺為Windows98/ 16/ 2000/ XP系統(tǒng)。軟件中包括系統(tǒng)設置（參數(shù)設置、通訊端口設置和集中接收）、視圖（應力曲線、- t曲線和應力應變曲線）和幫助等，他們在系統(tǒng)軟件的支持下，能夠快速而準確地完成對參數(shù)的檢測與顯示任務。
4智能數(shù)字應變儀的優(yōu)勢
（ 1）該實驗課為90分鐘，上課過程分為理論講解與實際操作兩部分，以前后者需70分鐘，現(xiàn)只用30分鐘學生即可完成所需數(shù)據(jù)的測試，而且可以感受到現(xiàn)代化的實驗技術(shù)。
（ 2）可用儀表面板上按鍵設定各種操作方式控制系統(tǒng)的運行，還可用鍵盤向主機輸入程序，對測量數(shù)據(jù)進行各種實時處理，這種雙向設置控制，方便操作和課堂教學。
（ 3）在實驗中可以采取手動、自動兩種采集和平衡方式，將應變初始值設置為零，免去了以前計算每枚應變片的平均應變差值步驟。
（ 4）改變了單一的只出各點應變數(shù)據(jù)的實驗結(jié)果，現(xiàn)可以多點曲線實時顯示同時生成數(shù)據(jù)文件并存儲， 曲線自動生成，如3所示。
從實測曲線可以看出，梁的拉伸和壓縮區(qū)相對于中性層、附加外力和撤除外力時相對于中性軸非常對稱，通過這次實驗加深了學生對純彎曲梁強度的理解。
5小結(jié)
智能儀表在直梁彎曲正應力實驗中的應用，不僅能使傳統(tǒng)的實驗技術(shù)和儀器設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驗技術(shù)和儀器設備，進而必將給實驗研究本身帶來巨大的變革，對實驗研究的發(fā)展起到巨大的推動作用。中國糧油儀器網(wǎng) http://m.feta-virtual.com/
