自动仪器仪表以及PT100传感器在梁材弯化受力试验里的运用

　　1. 1实验台

　　实验台如所示，其中试件为长宽高= 760 9 30mm的中碳钢矩形截面梁，在纯弯段中心的外表面上沿着梁高贴有五枚电阻应变片（每片相距h/ 4） ，并在梁的端部不受力处贴上一个补偿应变片。

　　1. 2实验原理

　　利用金属的应变电阻效应，我们将测量片和补偿片组成的应变测量电桥制成电阻应变计，电阻应变片阻值的相对变化与应变片金属丝的几何形状的相对变形成正比，由此可知，这种变化即反映被测物体的变化。

　　1. 3实验过程

　　实验开始时，学生记录钢梁的有关原始数据，包括梁的跨距、横截面尺寸、载荷作用点距离和标点位置等。而后将测试仪器与电阻应变计上的相应标点联接，打开开关，开始加载，每加10牛顿读一次应变值，湿度传感器探头, 不锈钢电热管, PT100传感器, 流体电磁阀,铸铝加热器,加热圈

加到50牛顿为止。按同样的方法测量另一片，直到五片全部测完为止。

　　1. 4数据处理

　　对学生实验报告的基本要**，分别用虎克定律=和材料力学公式= y/ I计算纯弯曲梁横截面上五点的弯曲正应力，将计算结果进行比较，并做误差分析和适当的讨论。

　　2实验所用测试仪器

　　如何将直梁受到外力后的应变值测试出来，要用到测试仪器应变仪。

　　2. 1电阻应变仪

　　*常用的早期电阻应变仪也称为交流载波式应变仪，它由载波震荡器提供电桥交流电源，测量电桥中还有电阻平衡和电容平衡调整电路，其组成包括测量电桥、载波震荡器、放大器、相敏检波器、低通滤波器、读数电桥和指示记录仪等。一般这种应变仪的基本误差为 1% ，稳定性4小时内零漂 5 ，应变测量精度为1% 3% ，考虑到构件材料弹性模量和泊松比的测量误差，则静态应力测量精度为3% 5%，如我院材料力学实验室八十年代使用的YJD -型静动态电阻应变仪就是采用这种双桥结构的，特点是输出结果用指示电表或用记录仪将电阻变化R/ R转换为电压或电流的变化。缺点是接线复杂，读数慢且需要修正，在课上理论讲解占用时间多，学生只能看老师演示。

　　2. 2数字应变仪

　　随着电子技术的发展，在原交流载波式应变仪基础上将输出信号利用精密双斜积分的原理进行A/ D转换而成数字信号显示的应变仪。如我院九十年代使用的YJK4500型数字静态电阻应变仪，它的基本误差% 0. 2% 1个字， 4小时内零点漂移% 2、读数值变化% 0. 2% ，特点是不需要电容平衡，操作简单，可进行多点应变快速测量，直接用四位半数码显示应变数值，在实验课上学生可以自己动手操作。缺点是初始值不能设置为零，增加了计算工作量。

　　2. 3智能数字应变仪

　　90年代以来智能仪表在工业过程自动化中的应用已极为普遍。智能仪表：以微处理机或单片机为核心部件，借助计算机技术和测控技术等设计和制造出来，并用软件代替一部分硬件功能，具有快速测量和处理数据性能的一代新型仪表， 2004年我院材料力学实验室购置了YJZ- 8/ 16型智能数字应变仪，其原理如所示，由来自于CPU通道的控制信号顺序接通测量桥路，惠斯登电桥将物理信号（如应变、压力、力、位移和温度等）转变为电信号，经过放大，模数转换（ A/ D） ，成为对应的数字信号，经CPU处理后，送LCD显示并存储该数据，也可以把此数据传输给计算机。它的基本误差：测量值的0. 1%字，稳定性： 4小时内% 3个字。

　　3智能数字应变仪数据采集处理系统

　　3. 1实验数据采集系统

　　利用某种检测技术将待测的模拟量由传感器和转换装置转变为数字信号收集到计算机中进行存贮、计算和处理的装置即为数据采集系统。从我们知道， YJZ- 8智能数字应变仪的数据采集系统包括多路模拟开关K1 K8、放大器和模数（ A/ D）转换器等。

　　3. 2微机检测和控制系统

　　微机把从上一个环节传过来的数字量进行运算处理，得到对被测参数进行控制的控制信号送往执行机构，即构成微机检测和控制系统。

　　微机（或微处理器）采用89C51增强型单片机，它包含128字节数据存储器和32KB闪存，一个串行接口RS- 232C.

　　3. 3应用软件系统

　　YJZ- 8型智能数字应变仪数据处理软件的操作平台为Windows98/ 16/ 2000/ XP系统。软件中包括系统设置（参数设置、通讯端口设置和集中接收）、视图（应力曲线、- t曲线和应力应变曲线）和帮助等，他们在系统软件的支持下，能够快速而准确地完成对参数的检测与显示任务。

　　4智能数字应变仪的优势

　　（ 1）该实验课为90分钟，上课过程分为理论讲解与实际操作两部分，以前后者需70分钟，现只用30分钟学生即可完成所需数据的测试，而且可以感受到现代化的实验技术。

　　（ 2）可用仪表面板上按键设定各种操作方式控制系统的运行，还可用键盘向主机输入程序，对测量数据进行各种实时处理，这种双向设置控制，方便操作和课堂教学。

　　（ 3）在实验中可以采取手动、自动两种采集和平衡方式，将应变初始值设置为零，免去了以前计算每枚应变片的平均应变差值步骤。

　　（ 4）改变了单一的只出各点应变数据的实验结果，现可以多点曲线实时显示同时生成数据文件并存储， 曲线自动生成，如3所示。

　　从实测曲线可以看出，梁的拉伸和压缩区相对于中性层、附加外力和撤除外力时相对于中性轴非常对称，通过这次实验加深了学生对纯弯曲梁强度的理解。

　　5小结

　　智能仪表在直梁弯曲正应力实验中的应用，不仅能使传统的实验技术和仪器设备的性能得到很大的提高，而且可以发展出在新概念下的新型实验技术和仪器设备，进而必将给实验研究本身带来巨大的变革，对实验研究的发展起到巨大的推动作用。