97第3-4章 应变仪(电阻应变测量技术)

SichuanUniversity1§3-4应变仪应变仪是将电桥输出信号转换和放大，用应变标度指示出来或输出相应的信号推动显示和记录仪器。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，可进行相应物理量测量。电桥放大器相敏检波器指示器稳压电源振荡器SichuanUniversity2§3-4应变仪1-电桥2-放大器3-相敏检波器4-低通滤波器5-稳压电源6-振荡器SichuanUniversity3§3-4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，它由测量电路和放大器构成。类别测量应变信号测量频率范围静态电阻应变仪静态应变0~15Hz静动态电阻应变仪单点动态应变测量200Hz动态电阻应变仪周期或非周期动态应变多通道5KHz超动态电阻应变仪动态应变：爆炸、高速冲击几十KHz遥测应变仪无线电传输信号原理测量旋转体、运动件SichuanUniversity4§3-4应变仪二、应变仪的分类和特点根据应变仪工作频率范围分：静态、动态、超动态1.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SichuanUniversity5§3-4应变仪二、应变仪的分类和特点1.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：EkERRUBD41.4SichuanUniversity6§3-4应变仪1—测量桥2—读数桥3—放大器4—相敏检波器5—指示器双桥电路零位法测量原理:345UBDUB’D’B’A’C’D’BCDARRbU0U0’12SichuanUniversity7§3-4应变仪测量前两电桥都平衡，电表指针指零。测量时应变片R感受应变ε而产生电阻增量ΔR，则测量桥的输出电压为kURRUUBD4400''4'0''RRUUDB此时读数桥仍为平衡状态（UB’D’=0），双桥电路的输出电压UB’D’=UBD，电表指针偏转。调节读数桥上的可变电阻Rb，读数桥失去平衡，产生输出电压SichuanUniversity8§3-4应变仪当UB’D’和UBD的大小相等方向相反时，双桥电路的输出电压为于是，电表指针重新回零。这时可根据从Rb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ε值。实际上应变仪中Rb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。0'''DBBDBDUUUSichuanUniversity9§3-4应变仪ΔR与ε之间的关系可按下述方法求得:当电表重新回零时，只考虑绝对值时，从上式可知，给定U0、U0’、R’和k值后，ΔR与ε之间即成定比关系，按此关系可直接刻度应变值(在一般应变仪中是按灵敏系数k=2进行刻度的)。''4'400RRUkU0000''''''UkRURUkRUR或SichuanUniversity10§3-4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0—2kHz，可测量周期或非周期的动态应变。SichuanUniversity11§3-4应变仪2.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。SichuanUniversity12§3-4应变仪2.动态电阻应变仪（测量周期或非周期动态应变）被测应变信号调幅后输出电压一般检波器检波相敏检波器检波SichuanUniversity13§3-4应变仪2.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SichuanUniversity14§3-4应变仪三、电标定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，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。电标定电桥的工作原理：当变形使应变片产生ΔR=kεR的电阻应变，为模拟这种变化，在应变片R上并联一大阻值电阻Rp，使并联后与并联前相比也产生ΔR的变化，这种模拟试件变形的方法称作内标定或电标定。SichuanUniversity15§3-4应变仪三、电标定例：内置100με，实际上是将Rp=600kΩ电阻并联到R=120Ω的测量片上，则该臂阻值减小量为而K=2,R=120Ω的应变片，在100με作用下产生的电阻变化为024.0120120120120600pppRRRRRkΩ024.01201010026RkR上述情况下，将Rp=600kΩ的电阻并联到R=120Ω的测量片上与构件变形使应变产生100με是等效的。SichuanUniversity16§3-4应变仪四、应变仪使用中的问题•最佳负载匹配（设计负载阻抗值）•衰减器的使用扩大测量范围，保证放大器工作在线性区•标定装置及使用标定装置的定度条件：应变片K=2、R=120Ω电桥单臂工作，电桥引出导线5m以内。不满足条件，需修正，真实应变值为AK1120K灵敏系数、α工作桥臂系数、A阻值和导线修正系数SichuanUniversity17§3-4应变仪四、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）。SichuanUniversity18§3-4应变仪四、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。SichuanUniversity19§3-4应变仪SichuanUniversity20§3-4应变仪SichuanUniversity21§3-4应变仪SichuanUniversity22§3-4应变仪SichuanUniversity23§3-4应变仪SichuanUniversity24§3-4应变仪SichuanUniversity25§3-4应变仪SichuanUniversity26§3-4应变仪SichuanUniversity27§3-4应变仪SichuanUniversity28§3-4应变仪SichuanUniversity29应变片粘贴SichuanUniversity30SichuanUniversity31SichuanUniversity32SichuanUniversity33SichuanUniversity34SichuanUniversity35SichuanUniversity36