第3-4章 应变仪(电阻应变测量技术)

1、 Sichuan UniversitySichuan University1 13-4 3-4 应变仪应变仪应变仪是将应变仪是将电桥输出信号转换和放大，用应变标度指示电桥输出信号转换和放大，用应变标度指示出出来或输出相应的信号推动显示和记录仪器。来或输出相应的信号推动显示和记录仪器。电阻应变仪具电阻应变仪具有灵敏度高、稳定性好、测试简便、精确可靠、远距测量有灵敏度高、稳定性好、测试简便、精确可靠、远距测量特点。作为应变片以及拉压力传感器、液压传感器、位移、特点。作为应变片以及拉压力传感器、液压传感器、位移、加速度传感器等应变式传感器的二次仪表，可进行相应物加速度传感器等应变式传感器的二次仪表，

2、可进行相应物理量测量。理量测量。电桥电桥放大器放大器相敏检波器相敏检波器指示器指示器稳压电源稳压电源振荡器振荡器 Sichuan UniversitySichuan University2 23-4 3-4 应变仪应变仪1-电桥电桥2-放大器放大器3-相敏检波器相敏检波器4-低通滤波器低通滤波器5-稳压电源稳压电源6-振荡器振荡器 Sichuan UniversitySichuan University3 33-4 3-4 应变仪应变仪电阻应变仪一般介绍 由于电阻应变片的相对变化很小，因此必须设计专门的仪器对上述应变转化成的电阻相对变化进行测量，最后用应变的标度指示出来。该类仪器就是应变仪，它

3、由测量电路和放大器构成。 类类 别别 测量应变信号测量应变信号 测量频率范围测量频率范围 静态电阻应变仪静态电阻应变仪 静态应变静态应变 0 15Hz 静动态电阻应变仪静动态电阻应变仪 单点动态应变测量单点动态应变测量 200Hz 动态电阻应变仪动态电阻应变仪 周期或非周期动态应变周期或非周期动态应变 多通道多通道 5KHz 超动态电阻应变仪超动态电阻应变仪 动态应变：爆炸、高速冲击动态应变：爆炸、高速冲击 几十几十 KHz 遥测应变仪遥测应变仪 无线电传输信号原理无线电传输信号原理 测量旋转体、运动件测量旋转体、运动件 Sichuan UniversitySichuan University

4、4 43-4 3-4 应变仪应变仪二、应变仪的分类和二、应变仪的分类和特点特点 根据应变仪工作频率范围分：静态根据应变仪工作频率范围分：静态、动态、超、动态、超动态动态 1. 静态电阻应变仪（测量不随时间变化的应变）静态电阻应变仪（测量不随时间变化的应变）应变仪组成 ：测量桥、读数桥、振荡器 、放大器、 相敏检波 、平衡指示仪 、电源 Sichuan UniversitySichuan University5 53-4 3-4 应变仪应变仪二、应变仪的分类和二、应变仪的分类和特点特点 1. 静态电阻应变仪（测量不随时间变化的应变）静态电阻应变仪（测量不随时间变化的应变）双桥零读法 工作原理：构

5、件受力，测量桥工作片电阻值产生变化，经载波调幅，测量桥输出微弱电压信号（调幅波，振幅与应变成正比），经放大器放大、检波器解调后接电表，引起电表指针偏转。调节读数桥的桥臂电阻（读数盘旋钮）使指针回零，从读数盘刻度读出相应的应变。注意：应变仪按单臂工作时刻度，即：EkERRUBD41.4 Sichuan UniversitySichuan University6 63-4 3-4 应变仪应变仪1测量桥测量桥2读数桥读数桥3放大器放大器4相敏检相敏检波器波器5指示器指示器 双桥电路零位法测量原理双桥电路零位法测量原理: :345UBDUBDBACDBCDARRbU0U012 Sichuan Univ

6、ersitySichuan University7 73-4 3-4 应变仪应变仪 测量前两电桥都平衡，电表指针指零。测量前两电桥都平衡，电表指针指零。 测量时应变片测量时应变片R感受应变感受应变而产生电阻增量而产生电阻增量R，则测量桥的输出电压为，则测量桥的输出电压为 kURRUUBD4400 40RRUUDB 此时读数桥仍为平衡状态此时读数桥仍为平衡状态（UBD=0），双桥电路的输出电），双桥电路的输出电压压UBD=UBD，电表指针偏转。调，电表指针偏转。调节读数桥上的可变电阻节读数桥上的可变电阻Rb，读数，读数桥失去平衡，产生输出电压桥失去平衡，产生输出电压 Sichuan Univer

7、sitySichuan University8 83-4 3-4 应变仪应变仪 当当UBD和和UBD的大小相等方向相反时，双桥电路的输出电的大小相等方向相反时，双桥电路的输出电压为压为 于是，电表指针重新回零。这时可根据从于是，电表指针重新回零。这时可根据从Rb刻度盘上读刻度盘上读得的电阻改变值，按一定比例关系求得被测应变得的电阻改变值，按一定比例关系求得被测应变值。值。实实际上应变仪中际上应变仪中Rb的刻度就是按上述比例关系直接刻度成的刻度就是按上述比例关系直接刻度成应变值的，故可直接读出。应变值的，故可直接读出。 0 DBBDBDUUU Sichuan UniversitySichuan

8、University9 93-4 3-4 应变仪应变仪 R与与之间的关系可按下述方法求得之间的关系可按下述方法求得: 当电表重新回零时，当电表重新回零时， 只考虑绝对值时，只考虑绝对值时， 从上式可知，从上式可知，给定给定U0、U0、R和和k值后，值后，R与与之之间即成定比关系，按此关系可直接刻度应变值间即成定比关系，按此关系可直接刻度应变值(在一般应在一般应变仪中是按灵敏系数变仪中是按灵敏系数k=2进行刻度的进行刻度的)。 4400RRUkU 0000UkRURUkRUR 或或 Sichuan UniversitySichuan University10103-4 3-4 应变仪应变仪2.

9、动态电阻应变仪（测量周期或非周期动态应变）动态电阻应变仪（测量周期或非周期动态应变）动态应变仪可与各种记录器配合测量动态应变，测量的工作频率可达02kHz，可测量周期或非周期的动态应变。 Sichuan UniversitySichuan University11113-4 3-4 应变仪应变仪2. 动态电阻应变仪（测量周期或非周期动态应变）动态电阻应变仪（测量周期或非周期动态应变） 多采用交流供桥、载波放大的形式。 由电桥、标定电路、振荡器、放大器、相敏检波器、滤波器等组成。 Sichuan UniversitySichuan University12123-4 3-4 应变仪应变仪2. 动

10、态电阻应变仪（测量周期或非周期动态应变）动态电阻应变仪（测量周期或非周期动态应变）被测应变信号被测应变信号调幅后输出电压调幅后输出电压一般检波器检波一般检波器检波相敏检波器检波相敏检波器检波 Sichuan UniversitySichuan University13133-4 3-4 应变仪应变仪2. 动态电阻应变仪（测量周期或非周期动态应变）动态电阻应变仪（测量周期或非周期动态应变）具多通道，用零位法进行测量具多通道，用零位法进行测量 Sichuan UniversitySichuan University14143-4 3-4 应变仪应变仪三、电标定三、电标定 动态应变仪中设有专用的标定

11、动态应变仪中设有专用的标定电桥，可产生若干标准的应变值，电桥，可产生若干标准的应变值，根据标准应变值下的输出来标定根据标准应变值下的输出来标定应变与应变输出之间的关系。应变与应变输出之间的关系。 电电标定电桥的工作原理：标定电桥的工作原理：当变当变形使应变片产生形使应变片产生R=kR的电阻应的电阻应变，为模拟这种变化，在应变片变，为模拟这种变化，在应变片R上并联一大阻值电阻上并联一大阻值电阻Rp，使并联，使并联后与并联前相比也产生后与并联前相比也产生R的变化，的变化，这种模拟试件变形的方法称作内这种模拟试件变形的方法称作内标定或电标定。标定或电标定。 Sichuan UniversitySic

12、huan University15153-4 3-4 应变仪应变仪三、电标定三、电标定例例：内置：内置100，实际上是，实际上是将将Rp=600k电阻电阻并联并联到到R=120的测量片上，则该臂阻值的测量片上，则该臂阻值减小量为减小量为 而而 K=2, R=120的应变片，在的应变片，在100作用下作用下产生的电阻变化为产生的电阻变化为 024. 0120120120120600pppRRRRR k 024. 01201010026RkR 上述情况下，将上述情况下，将Rp=600k的电阻的电阻并联到并联到R=120的测量片的测量片上与构件变形上与构件变形使应变产生使应变产生100是等效的。是等

13、效的。 Sichuan UniversitySichuan University16163-4 3-4 应变仪应变仪四、应变仪使用中的问题四、应变仪使用中的问题 最佳负载匹配（设计负载阻抗值）最佳负载匹配（设计负载阻抗值） 衰减器的使用衰减器的使用 扩大测量范围，保证放大器工作在线扩大测量范围，保证放大器工作在线性区性区 标定装置及使用标定装置及使用 标定装置的定度条件：应变片标定装置的定度条件：应变片K=2K=2、R=120R=120电桥电桥单臂单臂工作，电桥引出导线工作，电桥引出导线5m5m以内。不满足条件，需修正，以内。不满足条件，需修正，真实应变值为真实应变值为AK1120K灵敏灵敏系

14、数系数、工作工作桥臂系数桥臂系数、A阻值阻值和导线修正系数和导线修正系数 Sichuan UniversitySichuan University17173-4 3-4 应变仪应变仪四、应变仪使用中的问题四、应变仪使用中的问题(1)应变仪的选用原则 应变仪的工作频率应大于被测量的最高次谐波分量的频率，以保证不产生幅频失真和相频失真。应变仪的最大量程应大于被测应变的最大值，并应使其输出不超过最大线性输出量，以保证不产生非线性失真。应变仪的输出形式应与记录仪相适应，并注意它们之间的阻抗匹配。对于静态测量，应根据测试精度要求和测试量来选择仪器的分辨率（最小应变读数）和测量点数（配预调平衡箱）。 Si

15、chuan UniversitySichuan University18183-4 3-4 应变仪应变仪四、应变仪使用中的问题四、应变仪使用中的问题（2）应变仪的操作要点：按实测需要确定接桥形式，测点与仪器间的连线应采用金属屏蔽线，导线要固定，接地点要正确。根据被测信号的大小，正确选择衰减器的档位，使其输出既有一定的幅度，又不产生非线性失真。连接记录器，并注意其阻抗匹配。对于电标定，其标定应变应根据被测信号的最大值来选用，一般标定应变2/3被测最大值仪器的预调平衡应在“预调平衡”的档位上进行。 Sichuan UniversitySichuan University19193-4 3-4 应变

16、仪应变仪 Sichuan UniversitySichuan University20203-4 3-4 应变仪应变仪 Sichuan UniversitySichuan University21213-4 3-4 应变仪应变仪 Sichuan UniversitySichuan University22223-4 3-4 应变仪应变仪 Sichuan UniversitySichuan University23233-4 3-4 应变仪应变仪 Sichuan UniversitySichuan University24243-4 3-4 应变仪应变仪 Sichuan UniversitySichuan University25253-4 3-4 应变仪应变仪 Sichuan UniversitySichuan University26263-4 3-4 应变仪应变仪 Sichuan UniversitySichuan University27273-4 3-4 应变仪应变仪 Sichuan UniversitySichuan University28283-4 3-4 应变仪应变仪 Sichuan UniversitySichuan University2929应变片粘贴应变片粘贴 Sichuan UniversitySi