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基于應(yīng)變傳感器的高精度懸臂梁撓度測量儀
發(fā)布時(shí)間：2017-09-01
1引言
梁的撓度測量是力學(xué)實(shí)驗(yàn)課中重點(diǎn)的內(nèi)容,在以往的實(shí)驗(yàn)課程中測量撓度變形的主要方法是采用鏡式引申儀來測量,其撓度的值由讀數(shù)放大鏡讀出;但通過理論分析以及大量的實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)由于加載過程中存在著擾動及讀數(shù)中存在著人為偏差,使得測量出的結(jié)果存在著較大的誤差,該種方法不利于撓度的精確測量,因此本文提出了基于應(yīng)變傳感器的梁的撓度精確測量方法。
2懸臂梁的撓度測量原理
常見的懸臂梁的加載方式如圖1所示,其撓度方程、i處的彎矩方程分別為:
因?yàn)閼?yīng)力應(yīng)變關(guān)系式為:ε=σ/E,而矩形截面梁上的正應(yīng)力σmax=M/W,因此梁表面上任意點(diǎn)i處應(yīng)變與彎矩的關(guān)系為:Mi=W?E?εi,因此上述懸臂梁的撓度方程可改寫為:
因此只要測得i處的應(yīng)變值,便可求出梁上任意x處的撓度的大小。相應(yīng)的測量、計(jì)算及推導(dǎo)過程由系統(tǒng)的硬件、軟件自動完成。
3撓度測量儀硬件電路及軟件流程
系統(tǒng)主要由信號調(diào)理電路(放大、濾波電路)、模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換電路、80C51單片機(jī)、大容量存儲器、時(shí)鐘電路、看門狗電路、小鍵盤和數(shù)碼管等組成,系統(tǒng)硬件電路框圖如圖2所示。系統(tǒng)根據(jù)需要,其軟件流程如圖3所示。
4撓度的理論計(jì)算與試驗(yàn)測量結(jié)果
為了保證梁撓度測量的精確性,我們分別對理論計(jì)算結(jié)果與裝置測量結(jié)果進(jìn)行了對比,得到了以下幾組數(shù)據(jù):
4.1梁的撓度理論計(jì)算數(shù)據(jù)
以圖1懸臂梁進(jìn)行試驗(yàn)測試。在懸臂梁撓度測量的實(shí)驗(yàn)裝置中(梁的長度l=25cm,測量點(diǎn)x=20cm處梁的撓度位移量,采用逐級加載的方法,逐漸增加外載的大小,根據(jù)公式(2)來分別算的不同載荷下梁的撓度變形,計(jì)算結(jié)果如表1所示。
4.2梁的撓度實(shí)驗(yàn)測量數(shù)據(jù)結(jié)果
實(shí)驗(yàn)中對梁采用逐級加載的方法,由撓度測量儀測得測點(diǎn)的應(yīng)變值、外載荷值以及測點(diǎn)處的撓度,測得的結(jié)果如表2所示。
5結(jié)論
在本文設(shè)計(jì)的便攜式撓度測量系統(tǒng)中,利用電阻應(yīng)變式傳感器對梁的撓度變形進(jìn)行數(shù)據(jù)的測量,從測量數(shù)據(jù)的結(jié)果可以看出,該方法不僅有效的消除了因?yàn)榧虞d所引起的擾動誤差,而且有效的排除了在傳統(tǒng)撓度測量實(shí)驗(yàn)中由人為原因所帶來的誤差。從整體來看,一方面該測量系統(tǒng)省去了許多的數(shù)據(jù)計(jì)算為測量帶來了方便;另一方面,高精度傳感器及A/D轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用有效的保證了測量精度。
摘自：中國計(jì)量測控網(wǎng)
