第二章 常用试验机及测试仪器
§2-1 液压式万能材料试验机
材料试验机是测定材料力学性能的主要设备。常用的材料试验机有拉力试验机、压力试验机、扭转试验机、冲击试验机、疲劳试验机等,能兼作拉伸、压缩、弯曲、剪切等多种实验的试验机称为万能材料试验机(简称为万能机)。供静力实验用的万能材料试验机有液压式、机械式、电子式等多种类型。下面将以我室现有的国产WE系列液压式万能材料试验机为例着重进行介绍。
一、液压式万能材料试验机构造原理各种万能材料试验机虽然在外观、型号方面不尽相同，但基本结构和原理是一样的，它们的构造原理如图2-1-1所示。
图2-1-1
1、加载系统在底座1上，两根固定的立柱2和固定横梁3组成承载框架，工作油缸4固定于框架上。在工作油缸的活塞5上，支承着由上横梁6、活动立柱7和活动平台8组成的活动框架。当油泵16开动时，液压油通过送油阀17，经送油管18进入工作油缸，把活塞5连同活动平台8一同顶起。这样，如把试件安装于上夹头9和下夹头12之间，由于下夹头固定，上夹头随活动平台上升，试件将受到拉力作用。若把试件安装于两个承压板11之间，或将受弯试件置于两个弯曲支座10上，因固定横梁不动而活动平台上升，试件将分别产生压缩或弯曲。此外，实验开始前如须调整上、下夹头之间的距离，则可开动电机14，驱动螺杆13，可使下夹头12上升或下降。但电机14绝对不能用来给试件施加拉力。
2、测力系统加载时，开动油泵电机，打开送油阀17，油泵把液压油送入工作油缸4顶起工作活塞5给试件加载；同时，液压油经过回油管19及测力油管21（此时回油阀20处于关闭状态，液压油不能流回油箱37），进入测力油缸22，推动测力活塞23工作，带动拉杆24向下移动，从而使摆杆26和摆锤25连同推杆27绕支点偏转。推杆27偏转时，推动齿杆28作水平移动，于是驱动测力度盘的指针齿轮，使测力指针29绕测力度盘30的中心旋转，测力指针旋转的角度与测力油缸活塞上的总压力（即拉杆24所受拉力）成正比。因为测力油缸和工作油缸中油压压强相同，两个油缸活塞上的总压力与其面积成正比。这样，测力指针的转角便与工作油缸活塞上的总压力即试件所受载荷成正比。经过标定便可使测力指针在测力度盘上直接指示载荷的大小。
试验机一般配有重量不同的几个摆锤供选择。对重量不同的摆锤，测力指针转同样的角度，所需油压并不相同，即载荷并不相同。所以，测力度盘上由刻度表示的测力范围应与摆锤的重量相匹配。例如WE-300试验机配有A、B、C三种摆锤。摆锤A对应的测力范围为0~60kN,A+B对应0~150 kN，A+B+C对应0~300 kN。
开动油泵电机，适度开启送油阀以调节液压油进入工作油缸的快慢，可控制增加载荷的速度。开启回油阀20，使工作油缸中的液压油经回油管19泄回油箱37，可实现卸减载。
实验开始前，为消除活动平台等的自重影响，应开动油泵送油，将活动平台稍微升高。然后调节测力部分的平衡陀31，使摆杆26保持垂直位置，并使测力指针指在零点。
试验机上一般还有自动绘图装置，其工作原理是：活动平台上升时，由绕过滑轮（1）和（2）的拉绳33带动滚筒32绕轴线转动，在滚筒圆柱面上构成沿周线表示位移的坐标；同时，齿杆28的移动构成沿滚筒轴线表示载荷的坐标。这样，实验时绘图笔34在滚筒上就可自动绘出载荷—位移曲线。
二、液压式万能材料试验机操作步骤及注意事项
1、检查试验机状态；
2、估算最大载荷，选择测量范围；
3、根据试件的形状和尺寸选配好相应的钳口；
4、试验机的准备（注意消除活动平台自重）；
5、装夹试件及度盘调零（试件安装完成后不能移动下夹头）；
6、匀速缓慢加载进行试验；
7、试验结束，机器复原。
§2-2 电子万能材料试验机
电子式万能材料试验机是继液压式万能材料试验机之后的又一种新型试验机如图2-2-1所示，其由于测试的精度高及计算机控制的应用而将成为科研和教学的主流机型。电子式万能材料试验机除了具有液压式的万能材料试验机所有的实验功能外，还增加了一些新的功能。本节将介绍其构造原理和操作方法。
图2-2-1
一、电子万能材料试验机构造原理电子式万能材料试验机主要由主机部分和微机控制部分组成。
主机部分电子万能材料试验机的主机部分由上横梁、移动横梁、立柱和机箱等组成，上横梁、立柱和机箱组成一个门式框架，活动横梁由滚珠丝杆驱动，可在门式框架内上下移动；活动横梁的上方和上横梁的下部装有拉伸夹具，活动横梁下方和机箱的上方装有压缩夹具。门式框架右边的立柱上装有一个控制开关盒，用以调整活动横梁的位置，便于试件的装夹；机箱内封装了伺服器、伺服电机、减速机等，伺服电机在接到速度控制单元的指令后，驱动传动系统带动滚珠丝杆转动，滚珠丝杆推动横梁向上和向下位移，从而实现对试件的加载，而横梁的向上和向下位移通过光电编码器记录，横梁的位移的上下极限位置由立柱旁限位杆上的挡圈控制。试件所受的载荷和变形以及横梁的位移可以通过相应的传感器（力传感器、引伸计）和光栅编码器转化成电信号，经放大器放大，再经A/D转换成数字信号后输入，到微机控制部分进行处理和显示。如果微机控制部分还外接有其它显示设备，数字信号也可通过所接外围设备进行显示。其机械原理如图2-2-2所示。
图2-2-2
2、微机控制部分电子万能材料试验机的微机控制部分主要由计算机机、打印机等组成如图2-2-3所示，根据具体需要，还可以加入其它外接设备，这部分的主要功能是进行试验的前处理和后处理,
图2-2-3
以及试验过程的控制和显示，它通过安装于计算机内的配套专用软件实现试验测试方案的选择、试验配件及其参数的设置，实现对接受到的试验信号进行加工处理，并给出最终的实验结果及相应的实验报告。
二、电子万能材料试验机操作步骤
1、开机。检查试验机的开关是否处于原始状态，然后按先开主机部分后开微机控制部分的顺序依次打开试验机的电源开关；
2、进行试验设置。打开PC机内的配套专用软件，进行测试内容、测试配件和相应的参数设定；
3、安装试验所需的试验配件，如试验夹头、传感器等；
4、安装试件；
5、进行试验；
6、试验数据的后处理。试验结果的计算，编写试验报告等；
7、结束试验。试验完毕后，整理打印试验数据；卸掉试验载荷；关闭仪器电源；将试验仪器复原；清理试验现场；将试验数据交指导老师签字同意后离开实验室。
§2-3 NJ－100B型扭转试验机
扭转试验机是专门用来测定各种金属和非金属材料受扭转时的力学性能。该试验机的特点是采用了电子自动平衡测力装置、直流电机无级调速系统并设有记录装置，而且可以正反两个方向施加扭矩进行扭转试验。
一、主要技术性能
⑴最大扭矩：1000N·m
⑵度盘级数，共四级,0～100N·m ； 0～200N·m；0～500 N·m ；0～1000N·m
⑶主动夹头转速,0～36°/min； 0～360°/min
⑷夹头间距：0～650mm；试件直径：3～25mm
二、构造原理试验机由加载机构、测力计、自动绘图仪组成（见图2-3-1）。
图2-3-1
1--加载机构；2--机座；3--直流电机；4--减速器；5—主动夹头；6--试件7--电表；8—从动夹头；9--杠杆；10--杠杆；11变支点杠杆；12--拉杆；13--杠杆；14--差动变压器铁芯；15--放大器；16--伺服电机；17--钢丝；18--游铊；19--滑轮；20--指针；21--度盘；22--自动绘图器；23--绘图笔；24--滚筒；25--钢丝；26--自整角发动机；27--放大器；28；伺服电机；29--自整角变压器；30--速度范围开关；31--调速变压器；32--量程选择旋纽；33--电源开关；34--调零旋纽；35--传动齿轮；36--绘图器开关；37--加载开关；
1、加载机构加载机构1由六个滚珠轴承支持在机床2的导轨上，他可以左右自由滑动。加载时启动直流电机3，带动减速箱4使主动夹头5转动，对试件6施加扭矩。转速由控制面板上速度表7显示。
2、测力机构在测力计内有杠杆测力系统，如图2-3-1所示。试件受到扭矩后，夹头8传递扭矩，使杠杆9逆时针旋转，通过A点将力传给变支点杠杆11（C支点和杠杆10是传递反向扭矩用的），使拉杆12有一压力P压在杠杆13左端的刀口上。杠杆13则以B为支点使右端翘起,推动差动变速器的铁芯14移动，发出一个电信号，经放大器15使伺服电机16转动，通过钢丝17拉动游砣18水平移动。当游砣移动到对支点B的力矩等于机器施加给试件的扭矩时，杠杆13达到平衡，恢复水平状态，差动变压器的铁芯也恢复零位。此时差动变压器无信号输出，伺服电机16停止转动。由上述分析可知，扭矩与游铊移动的距离成正比。游铊的移动又通过钢丝带动滑轮19和指针20转动，这样在度盘21上便可指示出试件所受扭矩的大小。
3、自动绘图器自动绘图器22由绘图笔23和滚筒24等组成，绘图笔的移动量表示扭矩的大小，它的移动是在滑轮19带动指针转动的同时，带动钢丝25使绘图笔水平的移动。绘图滚筒的转动表示试件加力夹头5的绝对转角，它的转动是由装在夹头5上的自整角发送机26发出正比于转动的电信号，经放大器27放大后，带动伺服电机28和自整角变压器29，而使绘图滚筒转动，其转动量正比于试件的转角。
三、操作步骤
1、首先检查试验机夹头的形式是否与试件相配合，然后将速度范围开关置于0～36°/min处并把调速电位器31置于零位。
2、根据所需最大扭矩来转动量程选择旋纽32，选取相应的测力度盘。按下电源开关33，接通电源。转动调零旋纽34，使指针对准零点。
3、装好自动绘图器的笔和纸，挂好传动齿轮35，打开绘图器开关36。
4、安装试件。先将试件的一端插入从动夹头8中，旋转主动夹头5的方位到试件能够插入为止，然后推动加载机构1作水平移动，使试件的另一端插入夹头5中。试件夹紧顺序为：先从动夹头8，后主动夹头5。
5、加载。先将加载开关37“正”(或“反”)按下，然后逐步调节电位器31，操纵直流电机3使之以合适的速度转动，对试件施加扭矩。
6、实验结束。停机，取下试件，将机器复原。
四、注意事项
1、施加扭矩后，禁止再转动量程选择旋纽32。
2、使用V型夹板夹持试件时，必须尽量夹紧，以免试验过程中试件打滑。
3、机器运转时,操作者不得擅自离开。听见异常声音或发生故障应立即停机。
§2-4 冲击试验机冲击试验机是测定材料冲击韧度的专用设备。按冲击方式冲击试验机可分为落锤式、摆锤式和回转圆盘式等三种类型，其中应用最广的是摆锤式冲击试验机。
一、工作原理摆锤式冲击试验机原理如图2-4-1所示。它是利用摆锤冲击前后的能量差，来确定冲断该试件所消耗的功，冲击功可从试验机的度盘上直接读取。
图2-4-1
二、操作步骤
1、估算冲击所需能量，选择摆锤。
2、将摆锤抬至锁定位置，指针拨到最大值，空打一次，检查刻度盘上的指针是否回到零点，否则应进行修正；
3、安装试件，使试件缺口背对刀刃，并用对中样板使其对中；
4、进行试验，将操纵杆推向预备位置，抬高摆锤，待听到锁住声响后方可慢慢松手；在确认摆锤摆动范围内无人和其他障碍物时，推动操纵杆至冲击位置，摆锤下落，待回摆后，将操纵杆推至制动位置，记录读数；
5、取下试件，机器复原。
三、注意事项
1、操作冲击试验机，务必注意安全；
2、安装试件时，严禁高抬摆锤；
3、摆锤摆动停止前不得捡取试件。
§2-5 纯弯曲疲劳试验机
一、PQ－6型纯弯疲劳试验机的工作原理
PQ－6型纯弯疲劳试验机外形、其构造原理如图2-5-1所示。两个空心轴2支撑在两个滚珠轴承3上，将试件的两端分别夹紧在两个空心轴2中，试件与空心轴构成一个整体；开动电机4，这个整体就在软轴5的带动下转动，横杆6挂在滚珠轴承7上，处于静止状态。横杆中央的砝码盘上放置砝码8时，在试件中段将产生纯弯曲变形。实验时，试件每旋转一周，试件上承受的拉、压应力就交替变化一次；试件经过一定次数循环后，发生断裂，其循环次可由转数计得出。
图2-5-1
1--试件；2--空心主轴；3--滚动轴承；4--电机；5--软轴；6--横杆；7--滚珠轴承；8--砝码；9--转速计；10--杠杆；11--加载手轮；
二、操作步骤
1、检查、试机。开动电机使其空转，检查电机运转是否正常；
2、装夹试件。将试件装入试验机，牢固夹紧，安装时试件与试验机转轴间要保持良好的同心度（用手慢慢转动试验机转轴时，千分表试件上测得的上、下跳动量应小于0.02mm；试验机空载运转时，测得的上、下跳动量应小于0.06mm）。
3、进行试验。加载前，先开动机器，再迅速而无冲击地将砝码加到预定值，记录下转数计的初读数。试件断裂后，记录下末读数。
三、注意事项
1、在试验机开动时须注意安全，在软轴和皮带轮处应安装安全罩。
2、开动试验机使试件旋转后，再迅速而无冲击的施加载荷。
3、试验时，如因试验机转速过高而使试件发热，则需降低转速或采取冷却措施。
§2-6 高频疲劳试验机
高频疲劳试验机一般由主机和控制柜组成，可进行拉伸、压缩、弯曲、扭转等交变载荷作用下的疲劳强度试验。
一、构造原理主机构造如图2-6-1所示。基座（2）由弹簧（1）支承，，主要传动部件均安装在U字形的基座内。滚珠丝杠（4）牢固地固定在基座（2）的轴对称线上，由电机（7）驱动蜗轮传动机构横梁（3），并通过静负荷弹簧（25）带动试台（18）在滚珠丝杠（4）上无间隙的自由进退，以此来实现试件上的静态拉伸或压缩，其给进速度由控制电机的手动开关（12）无级可调，最大行程由两个行程开关（5）限位。横梁（3）与滚珠丝杠（4）间的轴向间隙。上横梁（24）内装有力传感器（23），其下部法兰与上夹头的接头（22）相连。
图2-6-1
1--机座弹簧；2--机座；3--移动横梁；4--滚珠丝杠；5--行程开关；6--导向柱；7--直流电机；
8--油杯；9--螺母；10--平衡铁；11--电磁铁；12--手动开关；13--砝码托；14--砝码；15--螺钉 16--附加砝码；17--蜗杠；18--试台；19--下夹头；20--试件；21--上夹头；22--接头；
23--力传感器；24--上横梁；25静负荷弹簧
1、振动载荷的施加该机是基于共振原理进行工作，主要由两个并联弹簧（25）、测力传感器（23）、试样（20）及主振系统的质量构成机械振动系统，振动由激振器来激励和保持，当激振器产生的激振力的频率与振动系统的固有频率基本一致时，这个系统便发生共振，这时主质量在共振状态下所产生的惯性力往返作用于试样，从而完成对试样的拉压等疲劳试验。
试验中，振动载荷的大小由动载荷控制系统来控制。其基本原理是将前置放大器的信号进行峰值检出后与给定的一稳定电压值相比较后，调整主振回路的电压幅值来改变振动幅值以保证试验过程中的载荷恒定。当试验要求不同的载荷时，只需要调整给定电压的大小就可以获得。
2、载荷测量本机的载荷数值的测量是由数字电压表PZ38来完成的。其原理是测出传感器所受交流部分力值的大小，得到传感器所受单向脉动力值的大小，这个单向脉动的值，通过一个惯性环节在运算放大器中变成一直流信号，通过标定这个直流信号直接反映出动载荷幅值的大小。静载荷的测量是把传感器的交直流信号放大，把交流部分滤掉，测出其直流成分的大小，通过标定得到。
二、操作步骤
1、开机预热
2、装夹试样
3、调整预加静载荷。打开数字电压表，把手动开关停到中间位置后，旋动静给电位器到预加载荷（在10吨档位上数值大小为|电位器值－5|×2吨），当电位器左右旋转时则试样呈现拉压状态。此时按下按键“自动”，电机则自动调整到位。亦可在数字电压表的监视下用多圈电位器进行微量的慢慢的调整，达到预定值。
4、动载荷的控制与调整。根据振动吨位需要的大小来选择波段开关1K的位置，把动给电位器先旋到零位，按下振动开关，旋动动给电位器W21，再旋动增益电位器W22。这时振动开始建立，电流表A的指针逐渐上升。当振动稳定后移动相位Ⅰ使电流表指示最小为宜，逐渐增加电位器W21达到需要的数值。
5、断裂保护。当试验需要断裂保护时，先根据所需旋动W31，W32，然后按下保护按钮，试样出现裂纹时则会自动停车。
6、记数。当机器振动稳定之后，需要记载整个疲劳次数，先把开关打到计算位置，计算器先启动复零，按顺序按“+”，“|”，“=”几个按钮，再把开关拨到计数上，这样所计的数×103就是机器整个振动的次数。
§2-7 引伸仪、电阻应变计
引伸仪在材料力学实验中，所测的变形一般很小，必须用高放大倍数、高精度的仪器来进行测量，引伸仪便是用来测量微小线变形的仪器。引伸仪的种类很多，这里仅介绍其中一种——球铰式引伸仪。
图2-7-1
图2-7-1 是QY-2型球铰式引伸仪的结构和安装示意图。它主要由上、下标距叉、定位块、球铰杆、球铰、弹簧、表座板、千分表等组成。上标距叉与球铰杆、表座板用螺钉固定连接，下标距杆通过球铰，利用弹簧拉紧，组成变形传递架。千分表的触头与下标距叉接触。当试件变形时，上标距叉基本不动，试件的轴向伸长量通过下标距叉绕球铰转动，从千分表中读出。千分表触头的位移是两顶尖间试件变形量的两倍。
二,安装步骤
1、根据试件尺寸调整定位块和顶尖，拨动小轴尾部，方向朝上；
2、先将引伸仪套在试件上，使定位块与试件靠紧，旋紧固定顶尖和活动顶尖，使顶尖嵌入试件约0.05～0.1mm；
3、调整接触螺钉，使千分表的量程指针指在量程的一半左右（视具体情况可作调整），锁紧螺母；
4、把千分表指针调整到零位，小轴尾部旋转向下。
三,注意事项
1、使用引伸仪时，要严格遵守操作规程，注意轻拿轻放。
2、顶尖旋紧程度要适中，不可太紧或太松。
§2-8 电阻应变计
一,电阻应变计的构造与类型电阻应变计的种类很多，一般主要由基底、电阻丝、引出线、覆盖层用胶水粘贴而成。基底和覆盖层主要起隔离、保护电阻丝的作用，引出线则起连接电阻丝与测量导线之作用。常温应变片主要有丝绕式、箔式、半导体式等应变片。下面介绍几种常见的电阻应变计。
图2-8-1
1、金属丝绕式电阻应变计（图2-8-1）这种应变片一般采用直径0.02～0.05mm的康铜丝或镍铬丝绕成栅状，基底、覆盖层采用绝缘薄纸或胶膜，两端用直径为0.1～0.2mm的镀铜线引出。这种应变片的丝栅很难做得很小，横向效应较大，测量精度较差。
2、金属箔式电阻应变计（图2-8-1） 这种应变片的敏感栅是用厚度为0.003～0.01mm的康铜或镍铬金属箔片，涂上底胶，利用光刻技术腐蚀成栅状，两端焊上引出线后，涂胶、盖上覆盖层。箔式应变片尺寸准确，敏感栅可以制成各种形状，散热面积大，疲劳寿命长，横向效应小，测量精度高。这种应变片适宜于长期测量，并可作为传感器的敏感元件，工程上应用广泛。
3、半导体电阻应变计（图2-8-1） 这种应变片的敏感栅是由锗或硅等半导体材料制成，灵敏系数高，用数字欧姆表就能测出它的电阻变化，可作为高灵敏度传感器的敏感元件。
二,电阻应变计的工作原理金属丝受到拉伸（或压缩）时，电阻值会发生变化。金属丝的电阻与其长度成正比，与其横截面积成反比，并与材料的电阻率有关，它们的关系式为
为了求得电阻的变化，上式取对数后再微分，得
（1）
式中 ——金属丝长度的相对变化。
显然：
（2）
金属丝处于单向受力状态，它的截面面积的相对变化和（2）式间的关系可根据泊松效应表示为
（3）
将(2)、(3)式代入(1)式。得
（4）
令 （5）
将（5）代入（4），则
若用电阻增量表示则有
（6）
或
式中，称为电阻应变计的灵敏系数，K值的大小与敏感栅的材料及形状等因素有关，一般由生产厂家抽样标定并在产品包装上标明。
§2-9 静态电阻应变仪
电阻应变仪首先是通过电桥把电阻应变计的电阻变化量转变成电压信号，经过放大，再把放大的电信号转变成应变显示出来的一种专门用于测试应变的仪器。电阻应变仪按照测试频率可分为：静态电阻应变仪、静动态电阻应变仪、动态电阻应变仪等。本节我们介绍YD-88静态电阻应变仪。
一、测量电桥原理在使用电阻应变计进行应变测量时，必须有一个恰当的办法来检测其阻值的微小变化。
通常的办法是把电阻应变计接入某种电桥，而这种电桥能把电阻应变计阻值的微小变化转换成输出电压的变化，之后再对这个电信号进行相应的处理就可以得到我们所需的应变了。目前应变仪大都采用惠斯顿电桥电路来测量应变片的阻值变化。
图2-9-1
如图2-9-1所示，若桥臂均由因实验所需粘贴的电阻应变计联接而成，称之为全桥联接；若只有桥臂联接的是构件上的工作片、补偿片，而桥臂联接的为仪器内部精密无感电阻Rn，则称为半桥联接。
由电工学原理我们知道,
=
（1）
如需，则 （2）
式（2）为惠斯顿电桥的平衡条件。
在电桥平衡后，假定构件受力，四个桥臂上的电阻应变计均不同程度产生微小的电阻增量?R1、R2、R3、R4，忽略高阶无穷小量之后，（1）式可得：
（3）
将代入（3）：
（4）
上式表明：相邻的桥臂应变值互相抵消，相对的桥臂应变值相加，其输出电压与各桥臂上应变片的应变代数和成正比关系。这一特性称为电桥的加减特性。
二、温度补偿技术在电阻应变测量中，温度变化而引起电阻的变化概括起来包括两方面：（1）当温度发生变化时，由于敏感栅的线膨胀系数与构件不同，电阻丝因受到附加的拉伸（或压缩）而造成电阻值的变化；（2）敏感栅材料受温度影响阻值发生变化。以上情况都将使所测得的应变中包含温度的影响，不能真实反映构件因受载荷引起的应变。排除温度影响的措施叫做温度补偿。目前消除温度影响的方法有两类：一是在常温测试中经常使用的桥路补偿法；二是利用温度自补偿应变片补偿法。桥路补偿法又可分为补偿片补偿法和工作片补偿法，下面介绍桥路补偿法。
1、补偿片补偿法如图2-9-2所示，接在电桥的桥臂上的为粘贴在被测构件上的工作片。当构件受力时，工作片反映出的应变包括：构件受力引起的应变，温度变化引起的应变。补偿片因为不受力，所以仅感受由温度引起的应变即：
如果被贴构件与补偿块的材料相同，所贴电阻应变计的K相同，粘贴工艺相同，且被测构件与补偿块放置在同一温度场中（此即桥路补偿法的理想条件），则。另外两桥臂为仪器内部电阻，。所以根据电桥的加减特性，有
由此可见，温度变化产生的虚假应变，由于桥路中接入补偿片而被消除。
图2-9-2
2、工作片补偿法当应变计与均粘贴在被测构件上时，、所感受到的应变分别为：
如果桥路补偿法的条件成立，则由于、分别接入电桥中相邻的两个桥臂，因此可以起到温度补偿的作用。工作片补偿法常用的有以下两种情况：
如图2-9-2（b）所示联接时，
根据电桥的加减特性，有
例如：在受拉的等截面直杆上，沿杆的轴线方向粘贴，垂直于杆的轴向粘贴，就属这种情况。
另外，在受弯曲的梁上，和沿梁的轴向分别粘贴在梁的中性层两侧的对称位置处，也属此情况。
三、静态电阻应变仪的简单原理以YD-88型便携式应变仪为例。该仪器以集成电路为主，由5V稳压电源、2V高稳定悬浮桥源、高稳定专用放大器、功率放大器、转换器、驱动器、4位半数字面板表、通道切换单元等部分组成，其原理方框图如图2-9-3所示。
图2-9-3
四、使用方法
为了说明静态电阻应变仪的操作使用，仍以YD-88为例。
1、接通电源，检查仪器是否正常，然后关闭电源开关。
2、按测试要求联接电阻应变计（见图2-9-4），若需半桥联接时，首先将前面板全、半桥开关拨到半桥位置，然后将一个测试点应变片和温度补偿片的联接导线分别接入同一个惠斯顿电桥的、桥臂，其余测点依此类推；需使用公共补偿片时，测点应变片与半桥单点补偿时相同，公共补偿片接入后面板公共补偿桥臂。若作全桥联接：则要将前面板全、半桥开关拨到全桥位置，将电阻应变计按测试方案要求分别接入每通道的、、、桥臂即可。
3、仪器灵敏系数K值的设定：根据应变计的灵敏系数值将后面板的灵敏系数设定开关中的对应按键拨到ON位置。
4、测试前调整：旋转面板上的测点开关，对应测点的指示灯亮。数据显示窗口中的数据如出现闪动或极不稳定，说明桥路有问题，需查明原因直至问题解决为止。若数据稳定，即用小螺丝刀调节指示灯下电位器，直至数显为零。
图2-9-4
5、测试完毕，应关闭电源并拆除测试导线，仪器恢复原状。
五、注意事项
1、使用前仪器需要预热30分钟。
2、要保证接线质量，裸线除去氧化层。
3、切换通道时，注意切换到位，不要使切换开关停在两档之间。
4、灵敏系数开关只能将开关中的一个对应按键拨到ON位置。
2-10 电阻应变式传感器
一、电阻应变式传感器工作原理电阻应变计式传感器的种类比较多，按用途可分为拉、压力传感器、扭转传感器、位移传感器以及压强、加速度传感器等等。这类传感器的灵敏度和精度都比较高，由于输出的是电信号，便于实现测量的数字化、自动化，因而被广泛应用。
本节以拉、压力传感器中柱式力传感器为例简要说明传感如图2-10-1（a）所示，在圆筒中部，沿周向在外表面均匀分布4枚纵向电阻应变计，4枚横向电阻应变计。然后把对称且同一方向的应变片两片串联起来，按图2-10-1（b）组成测量电桥。当载荷作用在轴线上时，各桥臂上电阻应变计产生的应变分别为：
，
当P力出现偏心时，各桥臂上的电阻应变计串联结果为：
图2-10-1
将上式代入（2-6），得：
由此可见，采用这种布片和接桥方式，既可消除因载荷偏心和温度带来的影响，又提高了测试精度。
二、拉、压力传感器的应用传感器的应用范围十分广泛，例如在材料力学实验中，弯曲正应力实验装置中就有拉、
压力传感器。在传感器中，传感器的弹性体感受被测载荷产生的应变，通过粘贴在弹性体上的应变计将荷载引起的应变增量转变为电阻的改变量，再通过测力仪将电信号转变成力值输出。从而使同学们在加载荷的同时，可以从测力仪中知道自己所加载荷的大小，从而达到控制外力，准确测出受力构件在该荷载作用下测试点对应的应变值的测试目的。在弯扭组合实验装置中，我们可以见到另外一种外观形式有所不同的弓形传感器，该传感器利用其弹性体在结构形式上的优势，从而提高了传感器的灵敏度，有利于载荷较小时的测试。
三,注意事项严格控制所加载荷的大小，不得超过最大量程。
§2-11 DY-3动态电阻应变仪
DY-3是一种先进的动态数据采集系统，主要用于动态电阻应变测试，亦可作为振动与试验模态分析测试仪器。系统软件包括基于Windows的DASYLab、Daqview、Gagcal等大型实验软件。系统实现了图形显示，数字化数据存储及回放，激励源、增益、偏值可调，可通过软件任意设置程控增益、采用频率、触发方式、显示模式、工程量纲，并提供Windows下VB、C语言驱动，是一种集数据采集器、信号调理器、高速A/D及并口通讯、示波器、频率计、磁带机、数字电压表、函数发生器、信号分析仪等功能于一体化的现代动态电阻应变测试仪器。
一、主要技术指标频响：
分辨率：12 bit
采样频率：最高100KHz
输入通道：8Ch（可扩展至256Ch）
精度：静态0.05%，动态：0.1%
程控增益：100~1250倍输入：开文桥（6线），全桥（4线）半桥（3线）1/4桥（2线）
激励源：
二、软件主要功能
1、可以在Windows9x/NT下进行数据采集，分析及显示，并提供网络功能。
2、数据采集处理流程完全由用户自定义，通过模块组态的方式完成，实现虚拟仪器设计。
3、提供灵活强大的数据分析功能，如FFT，Sliding,Window，Filter Rain Flow
等高级数据分析处理功能。
4、提供多种数据显示方式，如：电压―时间波形图、电压－频率波形图、
棒形图、指针表、数字表等等。
5、在电压－时间波形图中，可按不同时基方式查看波形曲线。
6,提供用户软件窗口，经简单二次开发，即可开发出特定功能的专用系统，即虚拟仪器。
7、采集分析功能：
（1）采集信号：应变、应力、压力、位移、加速度、振动频率噪声、温度、电压、电流。
（2）记录功能：连续记录
（3）显示模式：曲线、曲线、数字电压表、状态灯
（4）运算功能：算术、几何、微分、积分、逻辑
（5）统计功能：最大值、最小值、平均值等
（6）分析功能：实时FFT、滤波、相关分析、时域分析、频谱分析、幅值分析、桩基分析、大型机械设备诊断
（7）控制功能：PID开关，延时
（8）GUI（用户图形界面）开关，支持Windows环境下动态数据交换。
三、系统构成
DY-3动态电阻应变仪系统构成的简单原理框图如图2-11-1所示：
图2-11-1
首先，测量电桥将应变计或传感器感受到的结构或构件的应变信号直接转变为微伏级的电信号，送入信号调理器的程控放大器放大，并按计算机指令校准修正后，然后再送入高速A/D，将其转换为数字信号，最后送入计算机进行分析、计算、显示、输出或存储。
多路动态数据采集时，计算机以每10μs选择一个通道程控放大器，并依次对各通道放大器数据采样，由于通道切换时间远低于单个通道采样间隔时间，可以把各通道的时序采样看成并行采样，从而对各通道采样数据的同时处理提供理论保证。
DY-3的各项主要功能集中由两大模块实现，即由一台DBK43A和一台Daq112共同完成滤波放大、A/D转换、数据采集。
四、操作与使用
1、将DBK43A与Daq112用专用37芯电缆连接，将Daq112与计算机用专用的25芯电缆连接。
接好DBK43A与Daq112的AC电源适配器。
依次打开Daq112、DBK43A和计算机的电源，启动系统并将Norm、Calc
选择开关置于Norm位置。
在Win98的“控制面板”中双击“Daq* Configuration”，屏幕显示Daq Configuration
界面，双击“Daqbook0”，选择“Test Hadware”，点击“Test”按钮，若系统连接正确，待软件提示“”后返回，否则应仔细检查各部分之间的连接，重新测试通讯连接直至通过。
打开采集、分析软件“DASYLab”。
在DASYLab的File下拉菜单中打开c:\program files\DASYLab\worksheet\动应力测量.dsb.
各电阻应变计接入DBK43A，准备加载测试。
点击的快捷按钮(开始采集。
卸载，退出“动应力测量”，打开“结果显示与分析.dsb”实现采集数据的回放与分析。
10、退出“DASYLab”，依次关闭计算机、DBK43A、Daq112。
§2-12 SC-16光线示波器
光线示波器记录动态信号频响宽、灵敏度高、记录线多，采用紫外线感光纸记录，二次曝光显影，无需暗室冲印即可显示记录曲线。在我国，SC—16型光线示波器目前仍是一种较为常用的记录设备。
一、结构与原理
光线示波器由振子、光源及光路、记录纸驱动机构、时标发生器、输入和控制电路等组成，工作原理如图2-12-1所示。由水银灯发出的紫外光，经聚光镜1、反光镜1照射到振子的反光镜上。振子反射出的光线经反光镜2、聚光镜2照射到记录纸上，调节振子的位置，可使照射到记录纸上的光聚成一小圆点。当变化的电信号输入振子时，振子内的线圈在磁场中偏转，照射到记录纸上的光点也随之移动。当记录纸以恒定的速度送出时，光点即在记录纸上绘出信号变化曲线，经紫外线二次曝光后，得到可见的信号波形。
示波器内装有分格线和时标发生器，可方便的测量信号幅值。时标信号的标记线与记录纸移动方向垂直。频闪灯的发光时间间隔由频闪信号发生器控制，并随记录纸的记录速度而变。SC-16型光线示波器最多可同时记录16道信号。
图2-12-1
二、振子的结构及工作原理
SC—16型示波器采用动圈式振子。动圈式振子的结构见图2-12-2，图中N、S为一对磁极，线圈固定于磁场中，当线圈中流过电流时，线圈所受的作用力F形成力偶矩使线圈偏转一个角度，反光镜3随之偏转。张丝1和弹簧4产生反力偶矩，使线圈处于静止位置。线圈转动角度与信号电流I之间的关系为
式中，称为振子常数，由试验测定，它与磁场强度、线圈面积和匝数成正比，与张丝的扭转刚度成反比。显然，当很小时，，表明振子线圈的偏转角与信号电流成正比。
图2-12-2
三、振子的主要特性振子的主要特性包括固有频率、振子灵敏度（即振子线圈有lmA电流通过时，振子光点在示波器记录纸上移动的距离，单位为mm／mA）、最大允许电流、非线性误差、振子的内阻和外临界电阻。
振子有一定的内阻，在与应变仪相连时，振子就是应变仪的负载，为了满足阻抗匹配的要求，应将应变仪的输出阻抗调到与振子内阻相一致。
SC—16型示波器采用FC 6型振子，其主要性能列于表2-12-1中。
振子特性参数 表 2-12-1
振子型号
固有频率/Hz
工作频率范围/Hz
灵 敏 度/mm· mA-1
内 阻 /Ω
外 阻 /Ω
最大允许电流 /mA
FC6-10
10
0～6
30000
120±24
2000
0.004
FC6-120
120
0～60
610
56±10
180
0.2
FC6-400
400
0～200
72
50±10
20
2
FC6-1200
1200
0～400
11.4
20±4
油阻尼
5
FC6-2500
2500
0～800
2.4
16±4
油阻尼
30
FC6-5000
5000
0～1700
0.45
12±4
油阻尼
80
FC6-1000
10000
0～2500
0.1
14.5±1.5
油阻尼
100
四、使用说明
(1) 打开记录纸贮仓盖2（参见前面板布置图2-12-3a），装好紫外线记录纸（有感光材料的一面朝上），并将感光纸从光点观察屏1出口拉出少许。
(2)将电源线接头插入电源插座22（参见后面板布置图2-12-3b），接通电源开关23，指示灯亮，仪器内散热风扇启动。确认面板上的电压表5指示220V。
(3)根据被记录信号的幅值和频率范围，选择合适的振子插入磁系统中，接好信号输入线。
(4)按起辉按钮8，点亮高压汞灯。
(5)逐个调整振子：用专用起子调节振子的俯、仰角度，使振子光点出现在观察屏上，然后再左右旋转振子，使光点移到观察屏上预定位置。
(6)按下电机按钮7，并顺时针方向旋转锁住按钮不让其弹回，拍摄电机启动。选择慢速档，按下拍摄按钮11使记录纸送出；同时作好标定记录。
(7)根据信号频率选择合适的拍摄速度，将拍摄定长旋钮3调到合适的位置，按下相应的走纸速度，实验开始后适时按下拍摄钮进行拍摄。
(8)拍摄完毕切断输入信号，剪下送出的记录纸，放到日光灯或阳光下曝光左右，即可显示出记录的波形。
(9)松开拍摄电机旋钮。为使高压汞灯发出的热量迅速散掉，还应使散热风扇工作几分钟，最后切断仪器电源。
五、注意事项
1、光线示波器属精密仪器，镜片不能用手触摸或其他物体碰撞。
2、振子易损坏，不能碰撞或倒置，用后放回振子箱中保存。
3、高压汞灯熄灭后，不能立即点燃，应隔5分钟等到灯管内的压强降低后，才能再次起辉。
4、使用环境的振动过大时，应采取防振措施。
（b）
图2-12-3
1光点观察屏 2记录纸贮仓盖 3拍摄定长旋钮 4光栅调节杆 5电压表 6拍摄速度选择按钮 7电机启动按钮 8起辉按钮 9分辩线按钮 10标记按钮 11拍摄按钮 12记录纸贮量指示 13通风孔 14信号输入插座 15时标输入插座接触点 16控制信号插座 17接地端子 18时标选择开关 19遥控插座 20电压调节开关 21保险丝 22电源输入插座 23电源开关
§2-13 409-Ⅱ型光测弹性仪
光弹性实验方法是实验应力分析中经常使用的方法。409-Ⅱ型光测弹性仪是光弹性试验的主要仪器，在这种仪器上可以进行平面受力模型和三维模型切片的应力分析。它的光路布置如图2-13-1 所示。
图2-13-1
一,仪器构造及功能简介仪器主要由起偏部分、检偏部分、加力装置三部分组成。
起偏部分包括光源箱、隔热玻璃、聚光镜、可变光栏、准直透镜、起偏器及前仪器桌。
检偏部分包括检偏器、视场镜、投影物镜（或照相机）、投影屏幕、同步控制器和后仪器桌。
1、光源箱：为满足实验的需求，在光源箱内装有白光灯、钠光灯、高压汞灯三种光源。由箱背面的调节手柄调整灯的位置。
2、起偏器：主要由起偏镜、1/4波片组成。
3,检偏器：主要由1/4波片、检偏镜组成。
4、同步控制器：在正交平面偏振光场中，使起、检偏镜作同步旋转，可获得一组不同角度的等倾线条纹。
二、使用方法
1、打开仪器总电源，光源箱下风扇转动。按照实验要求选取不同的光源。
2、前仪器桌上的光学部件调整好之后，一般固定不动。后仪器桌上的部件根据需要进行必要的移动或更换。
3、根据需要偏振器有三种组合形式,表2-13-1
光 场
起偏度盘
检偏度盘
起偏波片度盘
检偏波片度盘
正交平面偏振光场
00
900
1/4波片移出
1/4波片移出
圆偏振光暗场
00
900
450
450
圆偏振光明场
00（900）
00（900）
450
450
4、进行手工描绘时，要安装投影物镜。安装时应使镜筒上的箭头背离光源。若要进行拍摄，则取下投影物镜，安装相机，转动相机上的调节齿轮，直至成像清晰后紧固螺钉。
5、同步控制器：开启仪器总电源的同时，同步操纵箱上指示度盘的照明灯亮。打开同步控制器面板上的开关，手动调节起偏器中起偏镜偏振轴，使其示值与操纵箱上的度盘示值相同，然后调整检偏器中检偏镜偏振轴，保证其光场为正交平面偏振光场。转动调节手轮，对起、检偏镜进行同步操作。
6、仪器使用完毕，应关闭电源，恢复原状。
三、注意事项
1、请勿用手触摸所有光学镜片。
2、加载要平稳，防止光弹模型弹出损坏镜片。
3、在打开同步控制器面板开关的同时，必须用手扶住操纵手轮，防止损坏仪器。
4、关闭单色光源后，不能立即打开其他光源，需等待15分钟后才能开启其他光源。
§2-1 液压式万能材料试验机
材料试验机是测定材料力学性能的主要设备。常用的材料试验机有拉力试验机、压力试验机、扭转试验机、冲击试验机、疲劳试验机等,能兼作拉伸、压缩、弯曲、剪切等多种实验的试验机称为万能材料试验机(简称为万能机)。供静力实验用的万能材料试验机有液压式、机械式、电子式等多种类型。下面将以我室现有的国产WE系列液压式万能材料试验机为例着重进行介绍。
一、液压式万能材料试验机构造原理各种万能材料试验机虽然在外观、型号方面不尽相同，但基本结构和原理是一样的，它们的构造原理如图2-1-1所示。
图2-1-1
1、加载系统在底座1上，两根固定的立柱2和固定横梁3组成承载框架，工作油缸4固定于框架上。在工作油缸的活塞5上，支承着由上横梁6、活动立柱7和活动平台8组成的活动框架。当油泵16开动时，液压油通过送油阀17，经送油管18进入工作油缸，把活塞5连同活动平台8一同顶起。这样，如把试件安装于上夹头9和下夹头12之间，由于下夹头固定，上夹头随活动平台上升，试件将受到拉力作用。若把试件安装于两个承压板11之间，或将受弯试件置于两个弯曲支座10上，因固定横梁不动而活动平台上升，试件将分别产生压缩或弯曲。此外，实验开始前如须调整上、下夹头之间的距离，则可开动电机14，驱动螺杆13，可使下夹头12上升或下降。但电机14绝对不能用来给试件施加拉力。
2、测力系统加载时，开动油泵电机，打开送油阀17，油泵把液压油送入工作油缸4顶起工作活塞5给试件加载；同时，液压油经过回油管19及测力油管21（此时回油阀20处于关闭状态，液压油不能流回油箱37），进入测力油缸22，推动测力活塞23工作，带动拉杆24向下移动，从而使摆杆26和摆锤25连同推杆27绕支点偏转。推杆27偏转时，推动齿杆28作水平移动，于是驱动测力度盘的指针齿轮，使测力指针29绕测力度盘30的中心旋转，测力指针旋转的角度与测力油缸活塞上的总压力（即拉杆24所受拉力）成正比。因为测力油缸和工作油缸中油压压强相同，两个油缸活塞上的总压力与其面积成正比。这样，测力指针的转角便与工作油缸活塞上的总压力即试件所受载荷成正比。经过标定便可使测力指针在测力度盘上直接指示载荷的大小。
试验机一般配有重量不同的几个摆锤供选择。对重量不同的摆锤，测力指针转同样的角度，所需油压并不相同，即载荷并不相同。所以，测力度盘上由刻度表示的测力范围应与摆锤的重量相匹配。例如WE-300试验机配有A、B、C三种摆锤。摆锤A对应的测力范围为0~60kN,A+B对应0~150 kN，A+B+C对应0~300 kN。
开动油泵电机，适度开启送油阀以调节液压油进入工作油缸的快慢，可控制增加载荷的速度。开启回油阀20，使工作油缸中的液压油经回油管19泄回油箱37，可实现卸减载。
实验开始前，为消除活动平台等的自重影响，应开动油泵送油，将活动平台稍微升高。然后调节测力部分的平衡陀31，使摆杆26保持垂直位置，并使测力指针指在零点。
试验机上一般还有自动绘图装置，其工作原理是：活动平台上升时，由绕过滑轮（1）和（2）的拉绳33带动滚筒32绕轴线转动，在滚筒圆柱面上构成沿周线表示位移的坐标；同时，齿杆28的移动构成沿滚筒轴线表示载荷的坐标。这样，实验时绘图笔34在滚筒上就可自动绘出载荷—位移曲线。
二、液压式万能材料试验机操作步骤及注意事项
1、检查试验机状态；
2、估算最大载荷，选择测量范围；
3、根据试件的形状和尺寸选配好相应的钳口；
4、试验机的准备（注意消除活动平台自重）；
5、装夹试件及度盘调零（试件安装完成后不能移动下夹头）；
6、匀速缓慢加载进行试验；
7、试验结束，机器复原。
§2-2 电子万能材料试验机
电子式万能材料试验机是继液压式万能材料试验机之后的又一种新型试验机如图2-2-1所示，其由于测试的精度高及计算机控制的应用而将成为科研和教学的主流机型。电子式万能材料试验机除了具有液压式的万能材料试验机所有的实验功能外，还增加了一些新的功能。本节将介绍其构造原理和操作方法。
图2-2-1
一、电子万能材料试验机构造原理电子式万能材料试验机主要由主机部分和微机控制部分组成。
主机部分电子万能材料试验机的主机部分由上横梁、移动横梁、立柱和机箱等组成，上横梁、立柱和机箱组成一个门式框架，活动横梁由滚珠丝杆驱动，可在门式框架内上下移动；活动横梁的上方和上横梁的下部装有拉伸夹具，活动横梁下方和机箱的上方装有压缩夹具。门式框架右边的立柱上装有一个控制开关盒，用以调整活动横梁的位置，便于试件的装夹；机箱内封装了伺服器、伺服电机、减速机等，伺服电机在接到速度控制单元的指令后，驱动传动系统带动滚珠丝杆转动，滚珠丝杆推动横梁向上和向下位移，从而实现对试件的加载，而横梁的向上和向下位移通过光电编码器记录，横梁的位移的上下极限位置由立柱旁限位杆上的挡圈控制。试件所受的载荷和变形以及横梁的位移可以通过相应的传感器（力传感器、引伸计）和光栅编码器转化成电信号，经放大器放大，再经A/D转换成数字信号后输入，到微机控制部分进行处理和显示。如果微机控制部分还外接有其它显示设备，数字信号也可通过所接外围设备进行显示。其机械原理如图2-2-2所示。
图2-2-2
2、微机控制部分电子万能材料试验机的微机控制部分主要由计算机机、打印机等组成如图2-2-3所示，根据具体需要，还可以加入其它外接设备，这部分的主要功能是进行试验的前处理和后处理,
图2-2-3
以及试验过程的控制和显示，它通过安装于计算机内的配套专用软件实现试验测试方案的选择、试验配件及其参数的设置，实现对接受到的试验信号进行加工处理，并给出最终的实验结果及相应的实验报告。
二、电子万能材料试验机操作步骤
1、开机。检查试验机的开关是否处于原始状态，然后按先开主机部分后开微机控制部分的顺序依次打开试验机的电源开关；
2、进行试验设置。打开PC机内的配套专用软件，进行测试内容、测试配件和相应的参数设定；
3、安装试验所需的试验配件，如试验夹头、传感器等；
4、安装试件；
5、进行试验；
6、试验数据的后处理。试验结果的计算，编写试验报告等；
7、结束试验。试验完毕后，整理打印试验数据；卸掉试验载荷；关闭仪器电源；将试验仪器复原；清理试验现场；将试验数据交指导老师签字同意后离开实验室。
§2-3 NJ－100B型扭转试验机
扭转试验机是专门用来测定各种金属和非金属材料受扭转时的力学性能。该试验机的特点是采用了电子自动平衡测力装置、直流电机无级调速系统并设有记录装置，而且可以正反两个方向施加扭矩进行扭转试验。
一、主要技术性能
⑴最大扭矩：1000N·m
⑵度盘级数，共四级,0～100N·m ； 0～200N·m；0～500 N·m ；0～1000N·m
⑶主动夹头转速,0～36°/min； 0～360°/min
⑷夹头间距：0～650mm；试件直径：3～25mm
二、构造原理试验机由加载机构、测力计、自动绘图仪组成（见图2-3-1）。
图2-3-1
1--加载机构；2--机座；3--直流电机；4--减速器；5—主动夹头；6--试件7--电表；8—从动夹头；9--杠杆；10--杠杆；11变支点杠杆；12--拉杆；13--杠杆；14--差动变压器铁芯；15--放大器；16--伺服电机；17--钢丝；18--游铊；19--滑轮；20--指针；21--度盘；22--自动绘图器；23--绘图笔；24--滚筒；25--钢丝；26--自整角发动机；27--放大器；28；伺服电机；29--自整角变压器；30--速度范围开关；31--调速变压器；32--量程选择旋纽；33--电源开关；34--调零旋纽；35--传动齿轮；36--绘图器开关；37--加载开关；
1、加载机构加载机构1由六个滚珠轴承支持在机床2的导轨上，他可以左右自由滑动。加载时启动直流电机3，带动减速箱4使主动夹头5转动，对试件6施加扭矩。转速由控制面板上速度表7显示。
2、测力机构在测力计内有杠杆测力系统，如图2-3-1所示。试件受到扭矩后，夹头8传递扭矩，使杠杆9逆时针旋转，通过A点将力传给变支点杠杆11（C支点和杠杆10是传递反向扭矩用的），使拉杆12有一压力P压在杠杆13左端的刀口上。杠杆13则以B为支点使右端翘起,推动差动变速器的铁芯14移动，发出一个电信号，经放大器15使伺服电机16转动，通过钢丝17拉动游砣18水平移动。当游砣移动到对支点B的力矩等于机器施加给试件的扭矩时，杠杆13达到平衡，恢复水平状态，差动变压器的铁芯也恢复零位。此时差动变压器无信号输出，伺服电机16停止转动。由上述分析可知，扭矩与游铊移动的距离成正比。游铊的移动又通过钢丝带动滑轮19和指针20转动，这样在度盘21上便可指示出试件所受扭矩的大小。
3、自动绘图器自动绘图器22由绘图笔23和滚筒24等组成，绘图笔的移动量表示扭矩的大小，它的移动是在滑轮19带动指针转动的同时，带动钢丝25使绘图笔水平的移动。绘图滚筒的转动表示试件加力夹头5的绝对转角，它的转动是由装在夹头5上的自整角发送机26发出正比于转动的电信号，经放大器27放大后，带动伺服电机28和自整角变压器29，而使绘图滚筒转动，其转动量正比于试件的转角。
三、操作步骤
1、首先检查试验机夹头的形式是否与试件相配合，然后将速度范围开关置于0～36°/min处并把调速电位器31置于零位。
2、根据所需最大扭矩来转动量程选择旋纽32，选取相应的测力度盘。按下电源开关33，接通电源。转动调零旋纽34，使指针对准零点。
3、装好自动绘图器的笔和纸，挂好传动齿轮35，打开绘图器开关36。
4、安装试件。先将试件的一端插入从动夹头8中，旋转主动夹头5的方位到试件能够插入为止，然后推动加载机构1作水平移动，使试件的另一端插入夹头5中。试件夹紧顺序为：先从动夹头8，后主动夹头5。
5、加载。先将加载开关37“正”(或“反”)按下，然后逐步调节电位器31，操纵直流电机3使之以合适的速度转动，对试件施加扭矩。
6、实验结束。停机，取下试件，将机器复原。
四、注意事项
1、施加扭矩后，禁止再转动量程选择旋纽32。
2、使用V型夹板夹持试件时，必须尽量夹紧，以免试验过程中试件打滑。
3、机器运转时,操作者不得擅自离开。听见异常声音或发生故障应立即停机。
§2-4 冲击试验机冲击试验机是测定材料冲击韧度的专用设备。按冲击方式冲击试验机可分为落锤式、摆锤式和回转圆盘式等三种类型，其中应用最广的是摆锤式冲击试验机。
一、工作原理摆锤式冲击试验机原理如图2-4-1所示。它是利用摆锤冲击前后的能量差，来确定冲断该试件所消耗的功，冲击功可从试验机的度盘上直接读取。
图2-4-1
二、操作步骤
1、估算冲击所需能量，选择摆锤。
2、将摆锤抬至锁定位置，指针拨到最大值，空打一次，检查刻度盘上的指针是否回到零点，否则应进行修正；
3、安装试件，使试件缺口背对刀刃，并用对中样板使其对中；
4、进行试验，将操纵杆推向预备位置，抬高摆锤，待听到锁住声响后方可慢慢松手；在确认摆锤摆动范围内无人和其他障碍物时，推动操纵杆至冲击位置，摆锤下落，待回摆后，将操纵杆推至制动位置，记录读数；
5、取下试件，机器复原。
三、注意事项
1、操作冲击试验机，务必注意安全；
2、安装试件时，严禁高抬摆锤；
3、摆锤摆动停止前不得捡取试件。
§2-5 纯弯曲疲劳试验机
一、PQ－6型纯弯疲劳试验机的工作原理
PQ－6型纯弯疲劳试验机外形、其构造原理如图2-5-1所示。两个空心轴2支撑在两个滚珠轴承3上，将试件的两端分别夹紧在两个空心轴2中，试件与空心轴构成一个整体；开动电机4，这个整体就在软轴5的带动下转动，横杆6挂在滚珠轴承7上，处于静止状态。横杆中央的砝码盘上放置砝码8时，在试件中段将产生纯弯曲变形。实验时，试件每旋转一周，试件上承受的拉、压应力就交替变化一次；试件经过一定次数循环后，发生断裂，其循环次可由转数计得出。
图2-5-1
1--试件；2--空心主轴；3--滚动轴承；4--电机；5--软轴；6--横杆；7--滚珠轴承；8--砝码；9--转速计；10--杠杆；11--加载手轮；
二、操作步骤
1、检查、试机。开动电机使其空转，检查电机运转是否正常；
2、装夹试件。将试件装入试验机，牢固夹紧，安装时试件与试验机转轴间要保持良好的同心度（用手慢慢转动试验机转轴时，千分表试件上测得的上、下跳动量应小于0.02mm；试验机空载运转时，测得的上、下跳动量应小于0.06mm）。
3、进行试验。加载前，先开动机器，再迅速而无冲击地将砝码加到预定值，记录下转数计的初读数。试件断裂后，记录下末读数。
三、注意事项
1、在试验机开动时须注意安全，在软轴和皮带轮处应安装安全罩。
2、开动试验机使试件旋转后，再迅速而无冲击的施加载荷。
3、试验时，如因试验机转速过高而使试件发热，则需降低转速或采取冷却措施。
§2-6 高频疲劳试验机
高频疲劳试验机一般由主机和控制柜组成，可进行拉伸、压缩、弯曲、扭转等交变载荷作用下的疲劳强度试验。
一、构造原理主机构造如图2-6-1所示。基座（2）由弹簧（1）支承，，主要传动部件均安装在U字形的基座内。滚珠丝杠（4）牢固地固定在基座（2）的轴对称线上，由电机（7）驱动蜗轮传动机构横梁（3），并通过静负荷弹簧（25）带动试台（18）在滚珠丝杠（4）上无间隙的自由进退，以此来实现试件上的静态拉伸或压缩，其给进速度由控制电机的手动开关（12）无级可调，最大行程由两个行程开关（5）限位。横梁（3）与滚珠丝杠（4）间的轴向间隙。上横梁（24）内装有力传感器（23），其下部法兰与上夹头的接头（22）相连。
图2-6-1
1--机座弹簧；2--机座；3--移动横梁；4--滚珠丝杠；5--行程开关；6--导向柱；7--直流电机；
8--油杯；9--螺母；10--平衡铁；11--电磁铁；12--手动开关；13--砝码托；14--砝码；15--螺钉 16--附加砝码；17--蜗杠；18--试台；19--下夹头；20--试件；21--上夹头；22--接头；
23--力传感器；24--上横梁；25静负荷弹簧
1、振动载荷的施加该机是基于共振原理进行工作，主要由两个并联弹簧（25）、测力传感器（23）、试样（20）及主振系统的质量构成机械振动系统，振动由激振器来激励和保持，当激振器产生的激振力的频率与振动系统的固有频率基本一致时，这个系统便发生共振，这时主质量在共振状态下所产生的惯性力往返作用于试样，从而完成对试样的拉压等疲劳试验。
试验中，振动载荷的大小由动载荷控制系统来控制。其基本原理是将前置放大器的信号进行峰值检出后与给定的一稳定电压值相比较后，调整主振回路的电压幅值来改变振动幅值以保证试验过程中的载荷恒定。当试验要求不同的载荷时，只需要调整给定电压的大小就可以获得。
2、载荷测量本机的载荷数值的测量是由数字电压表PZ38来完成的。其原理是测出传感器所受交流部分力值的大小，得到传感器所受单向脉动力值的大小，这个单向脉动的值，通过一个惯性环节在运算放大器中变成一直流信号，通过标定这个直流信号直接反映出动载荷幅值的大小。静载荷的测量是把传感器的交直流信号放大，把交流部分滤掉，测出其直流成分的大小，通过标定得到。
二、操作步骤
1、开机预热
2、装夹试样
3、调整预加静载荷。打开数字电压表，把手动开关停到中间位置后，旋动静给电位器到预加载荷（在10吨档位上数值大小为|电位器值－5|×2吨），当电位器左右旋转时则试样呈现拉压状态。此时按下按键“自动”，电机则自动调整到位。亦可在数字电压表的监视下用多圈电位器进行微量的慢慢的调整，达到预定值。
4、动载荷的控制与调整。根据振动吨位需要的大小来选择波段开关1K的位置，把动给电位器先旋到零位，按下振动开关，旋动动给电位器W21，再旋动增益电位器W22。这时振动开始建立，电流表A的指针逐渐上升。当振动稳定后移动相位Ⅰ使电流表指示最小为宜，逐渐增加电位器W21达到需要的数值。
5、断裂保护。当试验需要断裂保护时，先根据所需旋动W31，W32，然后按下保护按钮，试样出现裂纹时则会自动停车。
6、记数。当机器振动稳定之后，需要记载整个疲劳次数，先把开关打到计算位置，计算器先启动复零，按顺序按“+”，“|”，“=”几个按钮，再把开关拨到计数上，这样所计的数×103就是机器整个振动的次数。
§2-7 引伸仪、电阻应变计
引伸仪在材料力学实验中，所测的变形一般很小，必须用高放大倍数、高精度的仪器来进行测量，引伸仪便是用来测量微小线变形的仪器。引伸仪的种类很多，这里仅介绍其中一种——球铰式引伸仪。
图2-7-1
图2-7-1 是QY-2型球铰式引伸仪的结构和安装示意图。它主要由上、下标距叉、定位块、球铰杆、球铰、弹簧、表座板、千分表等组成。上标距叉与球铰杆、表座板用螺钉固定连接，下标距杆通过球铰，利用弹簧拉紧，组成变形传递架。千分表的触头与下标距叉接触。当试件变形时，上标距叉基本不动，试件的轴向伸长量通过下标距叉绕球铰转动，从千分表中读出。千分表触头的位移是两顶尖间试件变形量的两倍。
二,安装步骤
1、根据试件尺寸调整定位块和顶尖，拨动小轴尾部，方向朝上；
2、先将引伸仪套在试件上，使定位块与试件靠紧，旋紧固定顶尖和活动顶尖，使顶尖嵌入试件约0.05～0.1mm；
3、调整接触螺钉，使千分表的量程指针指在量程的一半左右（视具体情况可作调整），锁紧螺母；
4、把千分表指针调整到零位，小轴尾部旋转向下。
三,注意事项
1、使用引伸仪时，要严格遵守操作规程，注意轻拿轻放。
2、顶尖旋紧程度要适中，不可太紧或太松。
§2-8 电阻应变计
一,电阻应变计的构造与类型电阻应变计的种类很多，一般主要由基底、电阻丝、引出线、覆盖层用胶水粘贴而成。基底和覆盖层主要起隔离、保护电阻丝的作用，引出线则起连接电阻丝与测量导线之作用。常温应变片主要有丝绕式、箔式、半导体式等应变片。下面介绍几种常见的电阻应变计。
图2-8-1
1、金属丝绕式电阻应变计（图2-8-1）这种应变片一般采用直径0.02～0.05mm的康铜丝或镍铬丝绕成栅状，基底、覆盖层采用绝缘薄纸或胶膜，两端用直径为0.1～0.2mm的镀铜线引出。这种应变片的丝栅很难做得很小，横向效应较大，测量精度较差。
2、金属箔式电阻应变计（图2-8-1） 这种应变片的敏感栅是用厚度为0.003～0.01mm的康铜或镍铬金属箔片，涂上底胶，利用光刻技术腐蚀成栅状，两端焊上引出线后，涂胶、盖上覆盖层。箔式应变片尺寸准确，敏感栅可以制成各种形状，散热面积大，疲劳寿命长，横向效应小，测量精度高。这种应变片适宜于长期测量，并可作为传感器的敏感元件，工程上应用广泛。
3、半导体电阻应变计（图2-8-1） 这种应变片的敏感栅是由锗或硅等半导体材料制成，灵敏系数高，用数字欧姆表就能测出它的电阻变化，可作为高灵敏度传感器的敏感元件。
二,电阻应变计的工作原理金属丝受到拉伸（或压缩）时，电阻值会发生变化。金属丝的电阻与其长度成正比，与其横截面积成反比，并与材料的电阻率有关，它们的关系式为
为了求得电阻的变化，上式取对数后再微分，得
（1）
式中 ——金属丝长度的相对变化。
显然：
（2）
金属丝处于单向受力状态，它的截面面积的相对变化和（2）式间的关系可根据泊松效应表示为
（3）
将(2)、(3)式代入(1)式。得
（4）
令 （5）
将（5）代入（4），则
若用电阻增量表示则有
（6）
或
式中，称为电阻应变计的灵敏系数，K值的大小与敏感栅的材料及形状等因素有关，一般由生产厂家抽样标定并在产品包装上标明。
§2-9 静态电阻应变仪
电阻应变仪首先是通过电桥把电阻应变计的电阻变化量转变成电压信号，经过放大，再把放大的电信号转变成应变显示出来的一种专门用于测试应变的仪器。电阻应变仪按照测试频率可分为：静态电阻应变仪、静动态电阻应变仪、动态电阻应变仪等。本节我们介绍YD-88静态电阻应变仪。
一、测量电桥原理在使用电阻应变计进行应变测量时，必须有一个恰当的办法来检测其阻值的微小变化。
通常的办法是把电阻应变计接入某种电桥，而这种电桥能把电阻应变计阻值的微小变化转换成输出电压的变化，之后再对这个电信号进行相应的处理就可以得到我们所需的应变了。目前应变仪大都采用惠斯顿电桥电路来测量应变片的阻值变化。
图2-9-1
如图2-9-1所示，若桥臂均由因实验所需粘贴的电阻应变计联接而成，称之为全桥联接；若只有桥臂联接的是构件上的工作片、补偿片，而桥臂联接的为仪器内部精密无感电阻Rn，则称为半桥联接。
由电工学原理我们知道,
=
（1）
如需，则 （2）
式（2）为惠斯顿电桥的平衡条件。
在电桥平衡后，假定构件受力，四个桥臂上的电阻应变计均不同程度产生微小的电阻增量?R1、R2、R3、R4，忽略高阶无穷小量之后，（1）式可得：
（3）
将代入（3）：
（4）
上式表明：相邻的桥臂应变值互相抵消，相对的桥臂应变值相加，其输出电压与各桥臂上应变片的应变代数和成正比关系。这一特性称为电桥的加减特性。
二、温度补偿技术在电阻应变测量中，温度变化而引起电阻的变化概括起来包括两方面：（1）当温度发生变化时，由于敏感栅的线膨胀系数与构件不同，电阻丝因受到附加的拉伸（或压缩）而造成电阻值的变化；（2）敏感栅材料受温度影响阻值发生变化。以上情况都将使所测得的应变中包含温度的影响，不能真实反映构件因受载荷引起的应变。排除温度影响的措施叫做温度补偿。目前消除温度影响的方法有两类：一是在常温测试中经常使用的桥路补偿法；二是利用温度自补偿应变片补偿法。桥路补偿法又可分为补偿片补偿法和工作片补偿法，下面介绍桥路补偿法。
1、补偿片补偿法如图2-9-2所示，接在电桥的桥臂上的为粘贴在被测构件上的工作片。当构件受力时，工作片反映出的应变包括：构件受力引起的应变，温度变化引起的应变。补偿片因为不受力，所以仅感受由温度引起的应变即：
如果被贴构件与补偿块的材料相同，所贴电阻应变计的K相同，粘贴工艺相同，且被测构件与补偿块放置在同一温度场中（此即桥路补偿法的理想条件），则。另外两桥臂为仪器内部电阻，。所以根据电桥的加减特性，有
由此可见，温度变化产生的虚假应变，由于桥路中接入补偿片而被消除。
图2-9-2
2、工作片补偿法当应变计与均粘贴在被测构件上时，、所感受到的应变分别为：
如果桥路补偿法的条件成立，则由于、分别接入电桥中相邻的两个桥臂，因此可以起到温度补偿的作用。工作片补偿法常用的有以下两种情况：
如图2-9-2（b）所示联接时，
根据电桥的加减特性，有
例如：在受拉的等截面直杆上，沿杆的轴线方向粘贴，垂直于杆的轴向粘贴，就属这种情况。
另外，在受弯曲的梁上，和沿梁的轴向分别粘贴在梁的中性层两侧的对称位置处，也属此情况。
三、静态电阻应变仪的简单原理以YD-88型便携式应变仪为例。该仪器以集成电路为主，由5V稳压电源、2V高稳定悬浮桥源、高稳定专用放大器、功率放大器、转换器、驱动器、4位半数字面板表、通道切换单元等部分组成，其原理方框图如图2-9-3所示。
图2-9-3
四、使用方法
为了说明静态电阻应变仪的操作使用，仍以YD-88为例。
1、接通电源，检查仪器是否正常，然后关闭电源开关。
2、按测试要求联接电阻应变计（见图2-9-4），若需半桥联接时，首先将前面板全、半桥开关拨到半桥位置，然后将一个测试点应变片和温度补偿片的联接导线分别接入同一个惠斯顿电桥的、桥臂，其余测点依此类推；需使用公共补偿片时，测点应变片与半桥单点补偿时相同，公共补偿片接入后面板公共补偿桥臂。若作全桥联接：则要将前面板全、半桥开关拨到全桥位置，将电阻应变计按测试方案要求分别接入每通道的、、、桥臂即可。
3、仪器灵敏系数K值的设定：根据应变计的灵敏系数值将后面板的灵敏系数设定开关中的对应按键拨到ON位置。
4、测试前调整：旋转面板上的测点开关，对应测点的指示灯亮。数据显示窗口中的数据如出现闪动或极不稳定，说明桥路有问题，需查明原因直至问题解决为止。若数据稳定，即用小螺丝刀调节指示灯下电位器，直至数显为零。
图2-9-4
5、测试完毕，应关闭电源并拆除测试导线，仪器恢复原状。
五、注意事项
1、使用前仪器需要预热30分钟。
2、要保证接线质量，裸线除去氧化层。
3、切换通道时，注意切换到位，不要使切换开关停在两档之间。
4、灵敏系数开关只能将开关中的一个对应按键拨到ON位置。
2-10 电阻应变式传感器
一、电阻应变式传感器工作原理电阻应变计式传感器的种类比较多，按用途可分为拉、压力传感器、扭转传感器、位移传感器以及压强、加速度传感器等等。这类传感器的灵敏度和精度都比较高，由于输出的是电信号，便于实现测量的数字化、自动化，因而被广泛应用。
本节以拉、压力传感器中柱式力传感器为例简要说明传感如图2-10-1（a）所示，在圆筒中部，沿周向在外表面均匀分布4枚纵向电阻应变计，4枚横向电阻应变计。然后把对称且同一方向的应变片两片串联起来，按图2-10-1（b）组成测量电桥。当载荷作用在轴线上时，各桥臂上电阻应变计产生的应变分别为：
，
当P力出现偏心时，各桥臂上的电阻应变计串联结果为：
图2-10-1
将上式代入（2-6），得：
由此可见，采用这种布片和接桥方式，既可消除因载荷偏心和温度带来的影响，又提高了测试精度。
二、拉、压力传感器的应用传感器的应用范围十分广泛，例如在材料力学实验中，弯曲正应力实验装置中就有拉、
压力传感器。在传感器中，传感器的弹性体感受被测载荷产生的应变，通过粘贴在弹性体上的应变计将荷载引起的应变增量转变为电阻的改变量，再通过测力仪将电信号转变成力值输出。从而使同学们在加载荷的同时，可以从测力仪中知道自己所加载荷的大小，从而达到控制外力，准确测出受力构件在该荷载作用下测试点对应的应变值的测试目的。在弯扭组合实验装置中，我们可以见到另外一种外观形式有所不同的弓形传感器，该传感器利用其弹性体在结构形式上的优势，从而提高了传感器的灵敏度，有利于载荷较小时的测试。
三,注意事项严格控制所加载荷的大小，不得超过最大量程。
§2-11 DY-3动态电阻应变仪
DY-3是一种先进的动态数据采集系统，主要用于动态电阻应变测试，亦可作为振动与试验模态分析测试仪器。系统软件包括基于Windows的DASYLab、Daqview、Gagcal等大型实验软件。系统实现了图形显示，数字化数据存储及回放，激励源、增益、偏值可调，可通过软件任意设置程控增益、采用频率、触发方式、显示模式、工程量纲，并提供Windows下VB、C语言驱动，是一种集数据采集器、信号调理器、高速A/D及并口通讯、示波器、频率计、磁带机、数字电压表、函数发生器、信号分析仪等功能于一体化的现代动态电阻应变测试仪器。
一、主要技术指标频响：
分辨率：12 bit
采样频率：最高100KHz
输入通道：8Ch（可扩展至256Ch）
精度：静态0.05%，动态：0.1%
程控增益：100~1250倍输入：开文桥（6线），全桥（4线）半桥（3线）1/4桥（2线）
激励源：
二、软件主要功能
1、可以在Windows9x/NT下进行数据采集，分析及显示，并提供网络功能。
2、数据采集处理流程完全由用户自定义，通过模块组态的方式完成，实现虚拟仪器设计。
3、提供灵活强大的数据分析功能，如FFT，Sliding,Window，Filter Rain Flow
等高级数据分析处理功能。
4、提供多种数据显示方式，如：电压―时间波形图、电压－频率波形图、
棒形图、指针表、数字表等等。
5、在电压－时间波形图中，可按不同时基方式查看波形曲线。
6,提供用户软件窗口，经简单二次开发，即可开发出特定功能的专用系统，即虚拟仪器。
7、采集分析功能：
（1）采集信号：应变、应力、压力、位移、加速度、振动频率噪声、温度、电压、电流。
（2）记录功能：连续记录
（3）显示模式：曲线、曲线、数字电压表、状态灯
（4）运算功能：算术、几何、微分、积分、逻辑
（5）统计功能：最大值、最小值、平均值等
（6）分析功能：实时FFT、滤波、相关分析、时域分析、频谱分析、幅值分析、桩基分析、大型机械设备诊断
（7）控制功能：PID开关，延时
（8）GUI（用户图形界面）开关，支持Windows环境下动态数据交换。
三、系统构成
DY-3动态电阻应变仪系统构成的简单原理框图如图2-11-1所示：
图2-11-1
首先，测量电桥将应变计或传感器感受到的结构或构件的应变信号直接转变为微伏级的电信号，送入信号调理器的程控放大器放大，并按计算机指令校准修正后，然后再送入高速A/D，将其转换为数字信号，最后送入计算机进行分析、计算、显示、输出或存储。
多路动态数据采集时，计算机以每10μs选择一个通道程控放大器，并依次对各通道放大器数据采样，由于通道切换时间远低于单个通道采样间隔时间，可以把各通道的时序采样看成并行采样，从而对各通道采样数据的同时处理提供理论保证。
DY-3的各项主要功能集中由两大模块实现，即由一台DBK43A和一台Daq112共同完成滤波放大、A/D转换、数据采集。
四、操作与使用
1、将DBK43A与Daq112用专用37芯电缆连接，将Daq112与计算机用专用的25芯电缆连接。
接好DBK43A与Daq112的AC电源适配器。
依次打开Daq112、DBK43A和计算机的电源，启动系统并将Norm、Calc
选择开关置于Norm位置。
在Win98的“控制面板”中双击“Daq* Configuration”，屏幕显示Daq Configuration
界面，双击“Daqbook0”，选择“Test Hadware”，点击“Test”按钮，若系统连接正确，待软件提示“”后返回，否则应仔细检查各部分之间的连接，重新测试通讯连接直至通过。
打开采集、分析软件“DASYLab”。
在DASYLab的File下拉菜单中打开c:\program files\DASYLab\worksheet\动应力测量.dsb.
各电阻应变计接入DBK43A，准备加载测试。
点击的快捷按钮(开始采集。
卸载，退出“动应力测量”，打开“结果显示与分析.dsb”实现采集数据的回放与分析。
10、退出“DASYLab”，依次关闭计算机、DBK43A、Daq112。
§2-12 SC-16光线示波器
光线示波器记录动态信号频响宽、灵敏度高、记录线多，采用紫外线感光纸记录，二次曝光显影，无需暗室冲印即可显示记录曲线。在我国，SC—16型光线示波器目前仍是一种较为常用的记录设备。
一、结构与原理
光线示波器由振子、光源及光路、记录纸驱动机构、时标发生器、输入和控制电路等组成，工作原理如图2-12-1所示。由水银灯发出的紫外光，经聚光镜1、反光镜1照射到振子的反光镜上。振子反射出的光线经反光镜2、聚光镜2照射到记录纸上，调节振子的位置，可使照射到记录纸上的光聚成一小圆点。当变化的电信号输入振子时，振子内的线圈在磁场中偏转，照射到记录纸上的光点也随之移动。当记录纸以恒定的速度送出时，光点即在记录纸上绘出信号变化曲线，经紫外线二次曝光后，得到可见的信号波形。
示波器内装有分格线和时标发生器，可方便的测量信号幅值。时标信号的标记线与记录纸移动方向垂直。频闪灯的发光时间间隔由频闪信号发生器控制，并随记录纸的记录速度而变。SC-16型光线示波器最多可同时记录16道信号。
图2-12-1
二、振子的结构及工作原理
SC—16型示波器采用动圈式振子。动圈式振子的结构见图2-12-2，图中N、S为一对磁极，线圈固定于磁场中，当线圈中流过电流时，线圈所受的作用力F形成力偶矩使线圈偏转一个角度，反光镜3随之偏转。张丝1和弹簧4产生反力偶矩，使线圈处于静止位置。线圈转动角度与信号电流I之间的关系为
式中，称为振子常数，由试验测定，它与磁场强度、线圈面积和匝数成正比，与张丝的扭转刚度成反比。显然，当很小时，，表明振子线圈的偏转角与信号电流成正比。
图2-12-2
三、振子的主要特性振子的主要特性包括固有频率、振子灵敏度（即振子线圈有lmA电流通过时，振子光点在示波器记录纸上移动的距离，单位为mm／mA）、最大允许电流、非线性误差、振子的内阻和外临界电阻。
振子有一定的内阻，在与应变仪相连时，振子就是应变仪的负载，为了满足阻抗匹配的要求，应将应变仪的输出阻抗调到与振子内阻相一致。
SC—16型示波器采用FC 6型振子，其主要性能列于表2-12-1中。
振子特性参数 表 2-12-1
振子型号
固有频率/Hz
工作频率范围/Hz
灵 敏 度/mm· mA-1
内 阻 /Ω
外 阻 /Ω
最大允许电流 /mA
FC6-10
10
0～6
30000
120±24
2000
0.004
FC6-120
120
0～60
610
56±10
180
0.2
FC6-400
400
0～200
72
50±10
20
2
FC6-1200
1200
0～400
11.4
20±4
油阻尼
5
FC6-2500
2500
0～800
2.4
16±4
油阻尼
30
FC6-5000
5000
0～1700
0.45
12±4
油阻尼
80
FC6-1000
10000
0～2500
0.1
14.5±1.5
油阻尼
100
四、使用说明
(1) 打开记录纸贮仓盖2（参见前面板布置图2-12-3a），装好紫外线记录纸（有感光材料的一面朝上），并将感光纸从光点观察屏1出口拉出少许。
(2)将电源线接头插入电源插座22（参见后面板布置图2-12-3b），接通电源开关23，指示灯亮，仪器内散热风扇启动。确认面板上的电压表5指示220V。
(3)根据被记录信号的幅值和频率范围，选择合适的振子插入磁系统中，接好信号输入线。
(4)按起辉按钮8，点亮高压汞灯。
(5)逐个调整振子：用专用起子调节振子的俯、仰角度，使振子光点出现在观察屏上，然后再左右旋转振子，使光点移到观察屏上预定位置。
(6)按下电机按钮7，并顺时针方向旋转锁住按钮不让其弹回，拍摄电机启动。选择慢速档，按下拍摄按钮11使记录纸送出；同时作好标定记录。
(7)根据信号频率选择合适的拍摄速度，将拍摄定长旋钮3调到合适的位置，按下相应的走纸速度，实验开始后适时按下拍摄钮进行拍摄。
(8)拍摄完毕切断输入信号，剪下送出的记录纸，放到日光灯或阳光下曝光左右，即可显示出记录的波形。
(9)松开拍摄电机旋钮。为使高压汞灯发出的热量迅速散掉，还应使散热风扇工作几分钟，最后切断仪器电源。
五、注意事项
1、光线示波器属精密仪器，镜片不能用手触摸或其他物体碰撞。
2、振子易损坏，不能碰撞或倒置，用后放回振子箱中保存。
3、高压汞灯熄灭后，不能立即点燃，应隔5分钟等到灯管内的压强降低后，才能再次起辉。
4、使用环境的振动过大时，应采取防振措施。
（b）
图2-12-3
1光点观察屏 2记录纸贮仓盖 3拍摄定长旋钮 4光栅调节杆 5电压表 6拍摄速度选择按钮 7电机启动按钮 8起辉按钮 9分辩线按钮 10标记按钮 11拍摄按钮 12记录纸贮量指示 13通风孔 14信号输入插座 15时标输入插座接触点 16控制信号插座 17接地端子 18时标选择开关 19遥控插座 20电压调节开关 21保险丝 22电源输入插座 23电源开关
§2-13 409-Ⅱ型光测弹性仪
光弹性实验方法是实验应力分析中经常使用的方法。409-Ⅱ型光测弹性仪是光弹性试验的主要仪器，在这种仪器上可以进行平面受力模型和三维模型切片的应力分析。它的光路布置如图2-13-1 所示。
图2-13-1
一,仪器构造及功能简介仪器主要由起偏部分、检偏部分、加力装置三部分组成。
起偏部分包括光源箱、隔热玻璃、聚光镜、可变光栏、准直透镜、起偏器及前仪器桌。
检偏部分包括检偏器、视场镜、投影物镜（或照相机）、投影屏幕、同步控制器和后仪器桌。
1、光源箱：为满足实验的需求，在光源箱内装有白光灯、钠光灯、高压汞灯三种光源。由箱背面的调节手柄调整灯的位置。
2、起偏器：主要由起偏镜、1/4波片组成。
3,检偏器：主要由1/4波片、检偏镜组成。
4、同步控制器：在正交平面偏振光场中，使起、检偏镜作同步旋转，可获得一组不同角度的等倾线条纹。
二、使用方法
1、打开仪器总电源，光源箱下风扇转动。按照实验要求选取不同的光源。
2、前仪器桌上的光学部件调整好之后，一般固定不动。后仪器桌上的部件根据需要进行必要的移动或更换。
3、根据需要偏振器有三种组合形式,表2-13-1
光 场
起偏度盘
检偏度盘
起偏波片度盘
检偏波片度盘
正交平面偏振光场
00
900
1/4波片移出
1/4波片移出
圆偏振光暗场
00
900
450
450
圆偏振光明场
00（900）
00（900）
450
450
4、进行手工描绘时，要安装投影物镜。安装时应使镜筒上的箭头背离光源。若要进行拍摄，则取下投影物镜，安装相机，转动相机上的调节齿轮，直至成像清晰后紧固螺钉。
5、同步控制器：开启仪器总电源的同时，同步操纵箱上指示度盘的照明灯亮。打开同步控制器面板上的开关，手动调节起偏器中起偏镜偏振轴，使其示值与操纵箱上的度盘示值相同，然后调整检偏器中检偏镜偏振轴，保证其光场为正交平面偏振光场。转动调节手轮，对起、检偏镜进行同步操作。
6、仪器使用完毕，应关闭电源，恢复原状。
三、注意事项
1、请勿用手触摸所有光学镜片。
2、加载要平稳，防止光弹模型弹出损坏镜片。
3、在打开同步控制器面板开关的同时，必须用手扶住操纵手轮，防止损坏仪器。
4、关闭单色光源后，不能立即打开其他光源，需等待15分钟后才能开启其他光源。
