应变式试样直径测量装置

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1、应变式试样直径测量装置摘要：这个项目是我，许克徇和王陈俊三个人在参加学校srtp时做的项目。我们研制出一种应变式试样直径测量装置，主要用于测量试样的直径.这个测量装置，具有制作方便、价格低廉、测量精度高、重复性好、数字显示、工作效率高等特点，可以替代卡尺用于材料力学性能测试及其它需要测量直径的场合。成果可以在高校和企业中推广应用。关键词：应变；试样；直径在材料力学的一些实验中尤其是拉伸试验，经常需要多次测量被测试件的直径，在现在的技术条件下，实验室是通过游标卡尺手工对被测试样多次测量，操作繁琐，可重复性较差，因此增加了实验的随机误差。高精度的测量设备又因为成

2、本过高，一般院校难以承担。因此为了解决这一实际问题我们着手开始设计一种具有制作方便、价格低廉、测量精度高、重复性好、数字显示、工作效率高等特点的测量装置。为达到以上设计目的，我们选择采用应变原理来解决问题。1.产品功能这种应变式试样直径测量装置，主要用于测量试样的直径.这个测量装置，具有制作方便、价格低廉、测量精度高、重复性好、数字显示、工作效率高等特点，可以替代卡尺用于材料力学性能测试及其它需要测量直径的场合。成果可以在高校和企业中推广应用。2.工作原理及构造实际效果图：图1产品设计图图2产品工作图Solidworks建模模型图3三维模型图1双悬臂式传感器

3、2刀口3圆导轨4调整螺丝5支座6螺母7螺钉8螺钉2.1理论分析将试棒直径的变化量转化为双悬臂的弹性变形，再通过应变片将双悬臂的弹性变形转化为电量，接入数字应变仪，最后通过标准试样和电阻应变仪对传感器进行标定，完成测量。下面是设计计算过程：对传感器的一根悬臂梁来说，其与试样接触点的挠度可有材料力学知识得将四枚应变片按全桥接线如图3所示，图3电路接线图四枚应变片的应变绝对值相等，设为，而且与符号相同，与和符号相反，因此可知应变仪读数为=-+-上式表明，按这种方式组成的全桥测量，使应变仪读数为应变的4倍，极大的提高了测量灵敏度。由测量原理图可知，试样直径的变化量等

4、于两接触点的挠度，即将式中的常数记为，上式可写成由于悬臂梁的尺寸及贴片位置等难免存在误差，实际上是用标准试样和电阻应变仪对传感器进行标定，以确定系数。实测时，只要读出，便可求得试样的直径变化，进而求得试样的实际直径。2.2精度问题为了保证精度要求，现取L=30mm，,即直径每变化1μm，应变仪读数变化5.11，因此测量精度为2.3工作原理本实用新型的直径测量装置，包括双悬臂式传感器、刀口、圆导轨、调整螺丝、支座、螺母和螺钉。刀口通过螺钉紧固在双悬臂式传感器内侧，双悬臂传感器套在圆导轨上而且可在其上自由滑动并实现左右定位，例如在测量拉伸试棒直径时双悬臂传感器可

5、在圆导轨上左右各移动20mm,以得到三个测量点，获取六个测量数据，圆导轨两端有螺纹，中间有键槽，通过螺母固定在支座上，支座左右立柱上端面各开有V形槽，用于被测试件的的固定，调整螺丝与双悬臂传感器下端面的螺纹孔配合，并顶入圆导轨的键槽内，与键槽间隙配合，保证双悬臂传感器沿圆导轨周向有一轻微摆动量，因此所有约束均为点接触，并且没有多余约束，避免试件发生挠性变形。该装置结构简单、借助被测试件的自身重力即可自行滑入双臂梁传感器的上端开口内，固定在支座上，且双悬臂传感器有轻微的摆动量，因此该装置具有自调整性，防止试件发生挠性变形，保证测量过程的准确性和可重复性，精度较

6、高。1.实验过程3.1加工过程本装置结构十分简单，加工过程十分简单。主要麻烦的问题在于刀口的加工。由于主要采用比较原始的加工方法，故导致最后我们对实验装置经行检测时发现刀口之间的距离为9.9mm，而我们设计要求是9.8mm。但是由于这是第一台样机，对这些要求不是很高，只要求能达到实际的测量结果和测量精度即可。3.2操作步骤刀口通过螺钉紧固在双悬臂式传感器内侧，双悬臂传感器套在圆导轨上而且可在其上自由滑动并实现左右定位，圆导轨两端有螺纹，中间有键槽，通过螺母固定在支座上，支座左右立柱上端面各开有V形槽，用于被测试件的的固定，调整螺丝与双悬臂传感器端面的螺纹孔配

7、合，并顶入圆导轨的键槽内，与键槽间隙配合，保证双悬臂传感器沿圆导轨周向有一轻微摆动量，因此所有约束均为点接触，并且没有多余约束，避免试件发生挠性变形。刀口和悬臂梁传感器的结合面要光洁，保证安装精度，双悬臂传感器的两个伸出端的平行度和垂直度均有较高要求，以保证比较理想的灵敏度。3.3标定过程由于本装置的使用必须经过严格的标定才能使用，确定装置的输入—输出关系，赋予仪器分度值。应变片是一种能把物理量或化学量转变成便于利用的电信号的器件。应变片是测量系统中的一种前置部件，它将输入变量转换成可供测量的信号。本装置就是将试棒直径的变化量转化为双悬臂的弹性变形，再通过应

8、变片将双悬臂的弹性变形转化为电量，接入数字应变仪，最