汽车车架应变测量实验报告.docx
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汽车车架应变测量实验报告
汽车车架应力应变实验报告
汽车车架应力应变实验报告
一、实验目的
1、了解应变片的工作原理和贴粘的工艺过程；
2、掌握应力应变试验中半桥电路的连接方法；
3、熟悉Hi-Techniques公司SYNERGY采集仪的简单操作。
二、试验仪器、工具
1、应变片
2、502粘结液
3、万用表
4、焊接工具：
电烙铁、焊锡、松香
5、绝缘胶带纸，脱脂棉、酒精、0＃砂纸、导线等。
6、SYNERGY采集仪
三、实验原理
1、电阻应变片的结构：
电阻应变片由金属电阻应变丝、引出线、基体、保护层组成，用粘贴剂粘贴在一起，如图所示。
图1电阻应变片结构图
2、电阻应变片的工作原理:
以金属材料为敏感元件的应变片，测量试件应变的原理是基于金属丝的应变效应，即金属丝的电阻随其变形而改变的一种物理特性。
将应变片固定在被测构件上，当构件变形时，电阻应变片的电阻值发生相应的变化。
通过电阻应变测量装置（简称应变仪）可将电阻应变片中的电阻值的变化测定出来，换算成应变或输出与应变呈正比的模拟电信号（电压或电流），用记录仪记录下来，也可用计算机按预定的要求进行数据处理，得到所需要的应力或应变值。
通过转换电路转换为相应的电压或电流变化。
其存在如下关系式:
R=ρL/S
式中：
R为电阻、S为金属丝截面积、L为金属丝长度、ρ金属丝电阻率。
3、电阻应变片应变测量组桥的工作原理（惠斯登电桥）:
一般电阻应变片在受到被测件变形而引起阻值变化十分小，需要借助与惠斯登电桥来测量阻值变化。
3.1电桥输出的关系
电桥的供桥电压为U0，电桥的输出电压为Uy。
图2惠斯登电桥
假设R1＝R2＝R3＝R4＝R，每个桥臂上电阻的变化率不同
设电阻应变片灵敏度Sg与应变值ε和电阻值R及其变化量的关系为
当各个桥臂的电阻应变片的灵敏度Sg相同时
3.2和差特性：
在组桥时，应变值是对臂相加，邻臂相减（重要概念）。
这是组桥的基本原则。
利用这一原则，可以合理组桥：
为了增大信号输出，对臂的应变方向相同，邻臂应变方向相反；为了抵销某一信号，对臂的应变方向相反，邻臂应变方向相同。
3.3电阻应变测量方式
单臂电桥测量方式图3（a）。
图3（a）单臂测量电路图3（c）全桥电路
图3（b）半桥测量电路
半桥测量方式图（b），，其中本次试验采用的便是半桥测量方式。
。
全桥测量方式图（c）
4、应变片的粘贴布置分布图：
图4应变片布置区域
4、实验连接框图：
5、半桥测试电路连接方法:
分别将两个应变片（R1、R2）的一根导线接入接线盒E+和E-，另外两个应变片的端子引连线接在一起,并接入数据采集仪接线盒的In+的位置。
四、实验步骤
试验之前，指导老师会详细介绍试验的相关要求、传感器工作原理、测量原理和安全注意事项等内容。
如下图所示。
图5指导老师授课
1、应变片的准备
贴片前，将待用的应变片进行外观检查，检查是否有锈斑等缺陷，基底和覆盖层有无损坏，引线是否完好。
然后用万用表进行阻值测量。
目的在于检查敏感栅是否有断路、短路，阻值相差不得超过。
同一次测量的变计，灵敏系数必须相同。
经测得本组应变片使用阻值为120.2Ω，符合要求，应变片完好。
2、车架表面处理准备
本次测量的部件是汽车底盘，属于金属构件，需要清除表面油漆、氧化层和污垢等。
试验车架如下图所示。
图6测试车架
首先磨平或锉平，并用细砂布磨光。
通常称此工艺为常称此工艺为“打磨”。
打磨光洁度应达▽5左右。
对非常光滑的构件，则需用细砂布沿45°方向交叉磨出一些纹路，以增强粘结力。
打磨面积约为变计面积的5倍左右。
打磨完毕后，用划刀轻轻划出贴片的准确方位。
然后用洁净棉纱或脱脂棉球蘸丙酮或其它挥发性溶剂对贴片部位进行反复擦洗，直至棉球上见不到污垢为止。
整理完毕区域如下图所示。
图7测试区域
3、划基准线
为保证应变片粘贴位置和方向的准确性，从而使实验结果精准，在粘贴应变片之前要在车架应变测点位置进行划线，使粘贴方向与测量的应变方向一致，在试件上用刻刀划出十字基准线确定中心点位置和粘贴方向。
4、应变片粘贴
粘贴之前带上保护手套，用502胶粘贴应变片，一手用镊子拿着应变片，另一手拿着502胶水，在应变片的粘贴面处涂上薄薄一层胶水，将应变片的方位线对准事先在试件上的划线，此时应密切注意应变片的方位线与试件的划线是否重合，戴上塑料手套用手指轻轻按压应变片表面，以便将里面多余的胶水和气泡挤出，不能产生滑动或转动，待胶水和气泡被完全挤出后，还应保持手指不动约一分钟左右，保证应变片在粘贴过程中不发生错移，保证其方位线与被测试件测试点处的定位线完全重合。
粘贴的两片应变片要成垂直角度，从此可以测量剪切和扭转变形。
5、应变片粘贴后检查
粘贴后对应变片的粘贴质量进行检查观察应变片粘贴位置和方位角是否准确，粘贴表面有无气泡，应变片是否粘贴牢固；用万用表测量应变片有无断路、短路现象．若无异常，则再用低压变阻表测量应变片的引出线和金属试件之间的绝缘电阻是否符合要。
6、接线端子粘贴
由于应变片引出线很细，连接强度低，容易被拉断，所以需要用接线端子进行连接。
通过接线端子将应变片的引线与接入应变仪的导线连接。
在粘贴前先对端子进行挂锡处理，粘贴方法与应变片粘贴方法一致，粘贴后用透明胶带进行固定和绝缘处理。
然后使用电烙铁，将应变片引出线焊接在接线端子上，再将测量线路焊接在接线端子上，焊接时要注意不要多焊或者漏焊等现象发生。
连接好之后用万用表测量导线两端电阻，如为120±0.5Ω则说明连接成功，如下图所示。
图8装配完整的测试电路
7、半桥测试电路连接
分别将两个应变片的一根导线接入接线盒E+和E-，另外两根导线拧在一起In+。
然后将接线盒接入数据采集仪。
5、SYNERGY信号采集仪的操作
Synergy采用便携式独立机箱设计，主机可以支持4个输入模块，最高搭载64个通道。
可搭配任意输入模块配置或选择一整套经济性配置模块。
主要特点：
a）4个输入模块，每个模块含16个2MS/s 的通道，通道均有500kS/s硬盘写入速度，可搭载最多64个高精度通道，同时开启时可达到100kS/s/ch
b）内置高速处理器
c）双视频显示可支持同步分析和显示数据
d）内置大容量硬盘
e）双GigE技术可实现同步连接到其他PC和协同网络
f）主副界面可实现多台设备启停和采集同步
g）可选IRIG/GPS界面可为采集数据标记时间
采集仪如图所示：
图9Synergy信号采集仪
采集仪使用步骤为：
（1）开机：
接上电源，按下仪器背后的电源按钮，然后按下仪器前面的开机按钮。
（2）打开软件：
点击桌面上的，进入主界面，如图10所示。
图10主界面图11
（3）初始化：
在第一次做实验前，点击SystemTools按钮，进入如图11所示界面。
然后点击RestoreDefault,然后点击OK，恢复到初始状态。
（4）模式选择：
SYNERGY采集仪操作软件中为我们提供了两种模式，其中Scope模式用于采集瞬态的信号，Restore用于采集连续信号。
选择Restore模式。
在主界面点击StorageMode按钮，进入如图12所示界面。
点击Recorder，然后点击OK，退出该界面。
图12图13
（5）通道设置：
点击主界面的Channels按钮，进入通道设置页面，如图13所示。
先选择Channels选项，勾选所要用的通道。
然后在Mode（模式）下选择所要用的桥路连接方式，既DCBridge（直流电桥）。
在Range（量程）下选择20mV。
其他选项选择默认。
然后点击上方的CalibrationWizard选项，进入如图14所示界面。
选择enterinformationfromadatasheet，进入如图15所示界面。
点选Gagefactor，点击Next，进入如图16所示界面，将应变片灵敏度系数，最大期望输入应变及桥路模式选好后点击Next，进入如图17所示界面，核实无误后，点选finish。
最后点选Bridge选项，进入如图18界面，进行桥路设置。
Excitation（激励电压）选择5V。
BridgeConfiguration（桥型）选择1/2Bridge。
最后点击AutoBalance。
待BalanceStatus显示OK后通道设置完成。
点击右下角的Exit退出通道设置界面。
图14图15
图16图17
图18
（6）显示界面设置：
点击主界面右侧Display按钮，进入如图19所示界面。
选择每页你要显示的通道数据数，然后点击OK退出。
（7）数据采集和数据分析:
点击下方REC按钮，如图20所示。
此时我们会看到一条水平线，然后给试件一个激励，水平线出现振动信号。
点击STOP按钮，停止采集；点击主界面的Search按钮，进入如图21所示界面，对采集到的数据图像进行简单的分析；点击Min/Max按钮，可以看到如图界面22所示应变参数；
点击SEARCH，得到数据的最大值和最小值及其所在时刻,检查分析各通道的信号及相关参数；
图18图19
图20
图21
（8）数据存储：
点击SAVEAS将所采集到的数据存储。
六、试验结果
组内同学负责敲打测试车架，获得车架测变形信号，其中绿色通道信号为本小组采集信号，使用9通道分别用不同力度敲击结果，如下图所示。
图21图22
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