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1、1山东大学模具工程技术研究中心 2-2 电阻应变仪 一.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。 2山东大学模具工程技术研究中心 电桥分类： 按桥压分： n直流电桥； n交流电桥 按输出方式分： n功率电桥（按低阻抗负载） n电压电桥（按高阻抗负载） 电阻应变片的信号调理电路: 由于将应变等机械量转换为电阻的变化，此变化的数量是很微 弱的，因此须采用高精度的测量电路电桥测量电路。 二.测量电桥 测量电桥的任务：把电阻的变化量转化成电压或电流的的变化
2、量，以便于后续仪表 的计量与测量。 3山东大学模具工程技术研究中心 1 1、直流电桥的基本关系、直流电桥的基本关系 常用的几个术语: l全桥： l半桥： l相对桥臂 l相邻桥臂 邻臂 对臂 全桥半桥 4山东大学模具工程技术研究中心 直流电桥平衡条件： 即：相对桥臂电阻之积相等。 当平衡电桥桥臂电阻发生变化时，其输出电压为： （1 1）电桥的电压输出：）电桥的电压输出： 5山东大学模具工程技术研究中心 （2 2）电桥输出公式的使用前提条件：）电桥输出公式的使用前提条件： 1）先决条件是：电桥起始是平衡的； 2）无论各电阻如何变化，一定要在平衡点附近； 3） 仅发生微小变化. a)等臂全桥 （3
3、3）两种特殊电桥的输出：）两种特殊电桥的输出： 6山东大学模具工程技术研究中心 b)等臂半桥 对称半桥：R3、R4为固定电阻 非对称半桥： R1、R4为固定电阻 非对称半桥的输出还与桥臂阻值比有关。 7山东大学模具工程技术研究中心 （4 4）总结与讨论：）总结与讨论： （1）电桥平衡条件 （2）电桥的输出电压与相对计算电阻增量 成正比 其中R为一个桥臂的阻值。 （3）因 与应变成正比，因此电桥的输出电压与应变成正比。 （4）对于等臂全桥，由于 ，电桥输出公式又可写成: 上式为电桥加减特性表达式。 电桥输出的八字原则： 相邻桥臂相减，相对桥臂相加。相邻桥臂相减，相对桥臂相加。 8山东大学模具工程
4、技术研究中心 2. 2. 交流电桥的基本关系：交流电桥的基本关系： 电阻平衡、存在不平衡电容 或 相对桥臂阻抗之积相等 9山东大学模具工程技术研究中心 交、直流电桥的异同点交、直流电桥的异同点 相同点：输出电压的幅值都与被测的应变成正比； 不同点： 直 流 电 桥交 流 电 桥 输出的是正或负的直流 电压，与应变同频率变 化。 输出的是正弦调幅波； 从输出电压的正或负， 可以判断是拉应变还是 压应变。 可通过输出与参考桥压 的相位相同或是相反来 判断拉、压应变的关系 ； 只要电阻调平衡。既有电阻调平衡，又有 电容调平衡。 10山东大学模具工程技术研究中心 3. 3. 电桥的读数方法：电桥的读数
5、方法： （1）直接读数法：将电桥的输出直接或经放大器放大后，用电表读出 或用示被器记录。电表的读数或示被器的记录曲线正比于被测量的量 值或变化过程 一般动态测试仪器即动态应变都是采用这种读数方法。 1）机械标定法：在等强度梁上贴好与测点相同规格的应变片，测量系统 的状态维持测试时的状态不变，给梁加载，使它产生一个标准应变，此 时应变仪上输出一个大小一定的电信号与该标准应变相对应，以此电信 号为基准，来度量对应于被测动应变的电信号所代表的应变值。 缺点：现场使用不方便。 优点：不需要修正。 注意：必须进行标定。注意：必须进行标定。 11山东大学模具工程技术研究中心 3. 3. 电桥的读数方法电桥
6、的读数方法： 1）机械标定法： 2）电标定法：在动态应变仪上专设标定电路，由标定电路给出代表一定 应变的电信号，与对应于被测应变的电信号进行比较。 优点：方便可靠。 桥臂并联标定电阻标定和测试的示波图 标定应变： 12山东大学模具工程技术研究中心 标定电桥法： 电压标定法：标定精度较高。 13山东大学模具工程技术研究中心 （2）零读数法：利用一些调节元件(可调电阻)使电桥恢复平衡，然后记下调 节元件的调节量，从而计算被测量的大小。这时，指示电表只起平衡指示作用。 一般静态测试仪器如静态应变仪常采用这种读数方法。 将测量电桥和读数电桥反向将测量电桥和读数电桥反向 串联起来，调整读数桥的桥串联起来
7、，调整读数桥的桥 臂电阻值，使两桥串联后的臂电阻值，使两桥串联后的 输出电压等于零。输出电压等于零。 14山东大学模具工程技术研究中心 应变 片的 灵敏 系数 应变仪 的灵敏 系数 读数应变 双电桥零读数法 的原理图 15山东大学模具工程技术研究中心 ( (三）静态电阻应变仪三）静态电阻应变仪 静态电阻应变仪由电桥、振荡器、交流放大器、相敏检波器、指示电表 等组成 16山东大学模具工程技术研究中心 （四）动态电阻应变仪（四）动态电阻应变仪 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。 17山东大学模具工程技术研究中心 被测应变信号被测应变信号
8、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 18山东大学模具工程技术研究中心 （五）应变仪的使用： (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）。 19山东大学模具工程技术研究中心 应变仪的使用： （2）应变仪的操作要
9、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。 20山东大学模具工程技术研究中心 21山东大学模具工程技术研究中心 22山东大学模具工程技术研究中心 23山东大学模具工程技术研究中心 24山东大学模具工程技术研究中心 25山东大学模具工程技术研究中心 26山东大学模具工程技术研究中心 温度效应 (1
10、)温度变化引起的电阻变化 (2)被测试件与应变片膨胀系数不同引起的附加应变 例如： 一镍铬丝片， 标距 贴在单向应力的钢件上， 当 3 温度补偿的办法 27山东大学模具工程技术研究中心 (1) (1) 温度补偿方法：温度补偿方法： 桥路补偿（常温下）和应变片自补偿（高温下） 桥路补偿：桥路补偿： 1）工作片和补偿片 半桥接法(温度补偿）： 工作片与补偿片应该相同； 补偿板与零件的材料应相同； 两者的温度条件必须相同； 补偿片与工作片在电桥的相邻桥臂上。 28山东大学模具工程技术研究中心 半桥接法(温度补偿）： 29山东大学模具工程技术研究中心 （2）在试件上找到与测点的应变符号相反、比例关系已
11、知、温度 条件相同的另外一个点，则不必另外制作专用于粘贴补偿片的补 偿块，而在这两点上分别粘一片特性相同的应变片，也可实现温 度补偿。 半桥接法： 30山东大学模具工程技术研究中心 全桥接法： 31山东大学模具工程技术研究中心 应变片自补偿： 缺点：一种特定的应变片只适用于一种特定的材料及一定的温度范围。 温度补偿是否正确： （1）温度能否补偿。 （2）是否能从读数应变 求得 32山东大学模具工程技术研究中心 2-2 电阻应变仪 一.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
12、由测 量电路和放大器构成。 33山东大学模具工程技术研究中心 电桥分类： 按桥压分： n直流电桥； n交流电桥 按输出方式分： n功率电桥（按低阻抗负载） n电压电桥（按高阻抗负载） 电阻应变片的信号调理电路: 由于将应变等机械量转换为电阻的变化，此变化的数量是很微 弱的，因此须采用高精度的测量电路电桥测量电路。 二.测量电桥 测量电桥的任务：把电阻的变化量转化成电压或电流的的变化量，以便于后续仪表 的计量与测量。 34山东大学模具工程技术研究中心 1 1、直流电桥的基本关系、直流电桥的基本关系 常用的几个术语: l全桥： l半桥： l相对桥臂 l相邻桥臂 邻臂 对臂 全桥半桥 35山东大学模
13、具工程技术研究中心 直流电桥平衡条件： 即：相对桥臂电阻之积相等。 当平衡电桥桥臂电阻发生变化时，其输出电压为： （1 1）电桥的电压输出：）电桥的电压输出： 36山东大学模具工程技术研究中心 （2 2）电桥输出公式的使用前提条件：）电桥输出公式的使用前提条件： 1）先决条件是：电桥起始是平衡的； 2）无论各电阻如何变化，一定要在平衡点附近； 3） 仅发生微小变化. a)等臂全桥 （3 3）两种特殊电桥的输出：）两种特殊电桥的输出： 37山东大学模具工程技术研究中心 b)等臂半桥 对称半桥：R3、R4为固定电阻 非对称半桥： R1、R4为固定电阻 非对称半桥的输出还与桥臂阻值比有关。 38山东
14、大学模具工程技术研究中心 （4 4）总结与讨论：）总结与讨论： （1）电桥平衡条件 （2）电桥的输出电压与相对计算电阻增量 成正比 其中R为一个桥臂的阻值。 （3）因 与应变成正比，因此电桥的输出电压与应变成正比。 （4）对于等臂全桥，由于 ，电桥输出公式又可写成: 上式为电桥加减特性表达式。 电桥输出的八字原则： 相邻桥臂相减，相对桥臂相加。相邻桥臂相减，相对桥臂相加。 39山东大学模具工程技术研究中心 2. 2. 交流电桥的基本关系：交流电桥的基本关系： 电阻平衡、存在不平衡电容 或 相对桥臂阻抗之积相等 40山东大学模具工程技术研究中心 交、直流电桥的异同点交、直流电桥的异同点 相同点：
15、输出电压的幅值都与被测的应变成正比； 不同点： 直 流 电 桥交 流 电 桥 输出的是正或负的直流 电压，与应变同频率变 化。 输出的是正弦调幅波； 从输出电压的正或负， 可以判断是拉应变还是 压应变。 可通过输出与参考桥压 的相位相同或是相反来 判断拉、压应变的关系 ； 只要电阻调平衡。既有电阻调平衡，又有 电容调平衡。 41山东大学模具工程技术研究中心 3. 3. 电桥的读数方法：电桥的读数方法： （1）直接读数法：将电桥的输出直接或经放大器放大后，用电表读出 或用示被器记录。电表的读数或示被器的记录曲线正比于被测量的量 值或变化过程 一般动态测试仪器即动态应变都是采用这种读数方法。 1）机械标定法：在等强度梁上贴好与测点相同规格的应变片，测量系统 的状态维持测试时的状态不变，给梁加载，使它产生一个标准应变，此 时应变仪上输出一个大小一定的电信号与该标准应变相对应，以此电信 号为基准，来度量对应于被测动应变的电信号所代表的应变值。 缺点：现场使用不方便。 优点：不需要修正。 注意：必须进行标定。注意：必须进行标定。 42山东大学模具工程技术研究中心 3. 3. 电桥的读数方法电桥的读数方法： 1）机械标定法： 2）电标定法：在动态应变仪上专设
