液压法测弹性模量符秀丽精.ppt

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1、液压法测弹性模量符秀丽第1页，本讲稿共23页1.了解和研究压力传感器的静态、动态特性及其应用。2.理解非平衡电桥电路原理。3.设计电子称原理。实实 验验 目目 的的第2页，本讲稿共23页 应变 物体在外部压力或拉力作用下发生形变的现象。弹性应变 当外力去除后，物体能够完全恢复其尺寸和形状的应变。应变式传感器 利用电阻应变片将将应应变变转转换换为为电电阻阻变变化化的的传传感感器器。工作原理是基于“应变效应”。即导体或半导体材料在外界力的作用下产生机械变形时，其电阻值相应发生变化,这种现象称为“应变效应”。应变式传感器的结构：应变式传感器由弹性元件上粘贴电阻应变片构成。工工 作作 原原 理理第3页

2、，本讲稿共23页金属电阻应变片的内部结构金属电阻应变片的内部结构 第4页，本讲稿共23页一根金属电阻丝，在其未受力时，原始电阻值为：一根金属电阻丝，在其未受力时，原始电阻值为：当当电电阻阻丝丝受受到到拉拉力力F作作用用时时，将将伸伸长长l，横横截截面面积积相相应应减减小小A，电电阻阻率率因因材材料料晶格发生变形等因素影响而改变了晶格发生变形等因素影响而改变了，从而引起电阻值变化量为，从而引起电阻值变化量为：电阻相对变化量：电阻相对变化量：电阻应变片电阻应变片第5页，本讲稿共23页测测 量量 电电 路路 1.直流电桥直流电桥当当R0时，电桥输出电压为：时，电桥输出电压为：R0当电桥平衡时，当电桥

3、平衡时，Uo=0，则有：，则有：R1R4=R2R3或：或：第6页，本讲稿共23页2.电阻的变化与电压的关系电阻的变化与电压的关系若若R1=R2=R3=R4R，则有，则有 当受应变时：若应变片电阻变化为当受应变时：若应变片电阻变化为R，其它桥臂固定不变，电桥输出电，其它桥臂固定不变，电桥输出电压压Uo0，则电桥不平衡，则电桥不平衡，输出电压为，输出电压为 注注意意：电电桥桥电电压压灵灵敏敏度度正正比比于于电电桥桥供供电电电电压压，供供电电电电压压越越高高，电电桥桥电电压压灵灵敏敏度越高，但供电电压的提高受到应变片允许功耗的限制，所以要作适当选择。度越高，但供电电压的提高受到应变片允许功耗的限制，

4、所以要作适当选择。第7页，本讲稿共23页3.压力传感器的灵敏度压力传感器的灵敏度S 传传感感器器在在静静态态工工作作条条件件下下单单位位压压力力所所产产生生的的输输出出电电压压，称称为为静静态态灵灵敏敏度度。灵敏度越高，其分辨率也高灵敏度越高，其分辨率也高。如下公式表示：。如下公式表示：这这实实际际上上就就是是传传感感器器输输入入输输出出特特性性曲曲线线上上某某点点的的斜斜率率。非非线线性性传传感感器器各各处处的的灵敏度是不相同的，对于线性传感器灵敏度则为：灵敏度是不相同的，对于线性传感器灵敏度则为：第8页，本讲稿共23页1.给出设计思路，确定实验步骤，并列出原始数据表格。给出设计思路，确定实

5、验步骤，并列出原始数据表格。2.对对设设计计的的产产品品进进行行检检验验，给给出出输输出出电电压压与与重重量量之之间间的的对对应应关关系系，并并求求出出该该电电阻阻应应变变片片直直流流电电桥桥压压力力传传感感器器的灵敏度的灵敏度S。实实 验验 步步 骤骤第9页，本讲稿共23页液压拉伸法测量弹性模量液压拉伸法测量弹性模量第10页，本讲稿共23页目目 录录一一.实实 验验 目目 的的二二.实实 验验 原原 理理三三.实实 验验 装装 置置四四.实实 验验 内内 容容五五.数数 据据 处处 理理第11页，本讲稿共23页实实 验验 目目 的的了解杨氏模量的物理概念，掌握其测量原理和了解杨氏模量的物理概

6、念，掌握其测量原理和方法。方法。学会用光杠杆测量微小伸长量的方法。学会用光杠杆测量微小伸长量的方法。第12页，本讲稿共23页一、胡克定律一、胡克定律 在外力作用下，固体所发生的形状变化称为形变。在外力作用下，固体所发生的形状变化称为形变。形变可分为：弹性形变弹性形变：外力撤除后，物体能完全恢复原状的形变。：外力撤除后，物体能完全恢复原状的形变。范范氏氏形形变变：外外力力较较大大，撤撤除除后后物物体体不不能能完完全全恢恢复复原原状状，而而留留下下剩余形变。剩余形变。实实 验验 原原 理理第13页，本讲稿共23页特点：杨氏模量是表征材料性质的一个物理量，仅与材料的结构、化学成分及其加工制造方法有关

7、。测量方法：拉伸法、梁的弯曲法、振动法、内耗法等等，本实验采用拉伸法测定弹性模量。二、弹性模量 设物体的原长为L，横截面积为S，当在长度方向施加外力F时，其伸长(或缩短)L。根根据据胡胡克克定定律律，在在弹弹性性限限度度内内，单单位位面面积积上上的的垂垂直直作作用用力力F/S（正正应应力力）与与金金属属丝丝的的相相对对伸伸长长L/L（线线应应变变）成成正正比比，其其比比例例系系数数称称为为弹弹性性模模量量，用用E表表示，即示，即条形物体（如钢丝）沿纵向的弹性模量叫条形物体（如钢丝）沿纵向的弹性模量叫杨氏模量杨氏模量。第14页，本讲稿共23页三、光杠杆装置及放大原理三、光杠杆装置及放大原理（1

8、1）光杠杆装置示意图）光杠杆装置示意图光杠杆结构示意图光杠杆结构示意图三角形铁板三角形铁板 光杠杆倾角调节架光杠杆倾角调节架 光杠杆反射镜光杠杆反射镜 第15页，本讲稿共23页（2 2）光杠杆放大原理示意图）光杠杆放大原理示意图照照明明标标尺尺光杠杆光杠杆 调节反射镜调节反射镜望望远远镜镜钢丝的实际伸长量；N放大后的钢丝伸长量。第16页，本讲稿共23页钢丝的截面积为 钢丝伸长量与标尺读数的关系杨氏模量的测量公式杨氏模量的测量公式（3 3）测量公式）测量公式上式中，各物理量的意义：上式中，各物理量的意义：E弹性模量；F施加的外力；L钢丝的长度；D调节反射镜到标尺的距离；d钢丝的直径（在钢丝上6处

9、测量，然后取其平均值）；b光杠杆后足尖A到两前足尖BC连线的垂直距离。第17页，本讲稿共23页实验装置示意图实验装置示意图液压加力装置液压加力装置实实 验验 装装 置置第18页，本讲稿共23页实实 验验 内内 容容1.调整杨氏弹性模量仪的支架底角螺旋调整杨氏弹性模量仪的支架底角螺旋H，使支架铅直。，使支架铅直。2.调节光杠杆装置。调节光杠杆装置。（1）粗调粗调：调整两平面镜与望远镜在同一高度。：调整两平面镜与望远镜在同一高度。调调整整两两平平面面镜镜的的倾倾角角及及望望远远镜镜方方位位，使使得得从从望望远远镜镜上上方方看看去去，能在光杠杆反射镜中看到调节反射镜像中直尺的像。能在光杠杆反射镜中看

10、到调节反射镜像中直尺的像。（2）细调细调 3.测量测量 打打开开电电源源，待待显显示示器器出出现现“0.000”后后用用液液压压加加力力盒盒调调节节螺螺旋旋杆杆缓缓慢慢加加力力，数数显显拉拉力力从从10kg开开始始，每每加加1kg记记录录一一次次标标尺尺读读数数，共共测测10或或12组组数数据据；将将液液压压螺螺旋旋调调节杆旋至最外，即数显拉力指示为节杆旋至最外，即数显拉力指示为“0.000”附近后，关闭电源；测量：附近后，关闭电源；测量：D 调节反射镜到标尺的距离调节反射镜到标尺的距离 L 钢丝原长钢丝原长 b 光杠杆腿长光杠杆腿长 d 钢丝直径（测钢丝直径（测6次）次）第19页，本讲稿共2

11、3页注注 意意 事事 项项n调好光杠杆和镜尺组构成的光路后，在测量过程中不能再动；n应缓慢增加压力，加力停之后拉力会有微小变化，0.5-1分钟内压力变化最缓慢，适宜测量；n测量结束后，必须将压力减小至测量结束后，必须将压力减小至0附近，即液压螺旋附近，即液压螺旋杆旋至最外方可关闭电源。杆旋至最外方可关闭电源。第20页，本讲稿共23页 数数 据据 记记 录录原始数据表格：原始数据表格：所施拉力（kg）n0n1n2n3n4n5n6n7n8n910111213141516171819望远镜读数（cm）2.2.测量金属棒的直径，千分尺的零点误差测量金属棒的直径，千分尺的零点误差 1.1.杨氏模量的测量杨氏模量的测量3.3.其他物理量的测量其他物理量的测量 D=D=；L=L=；b=b=；d=d=第21页，本讲稿共23页（1）根据理论公式 ，数数 据据 处处 理理对测量结果进行线性拟合回归系数a的确定:讲义第21页。（2）相关系数的计算：讲义第21页。1.最小二乘法处理数据最小二乘法处理数据2.作图法处理数据，求出弹性模量的数值。作图法处理数据，求出弹性模量的数值。3.对两种数据处理方法得到的测量结果进行分析比较。对两种数据处理方法得到的测量结果进行分析比较。第22页，本讲稿共23页 谢 谢第23页，本讲稿共23页