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1、 附录三 电阻应变测量技术及YJ-4501 静态数字电阻应变仪简介一、电阻应变测量技术简介1、测量原理 电阻应变测试方法是用电阻应变片测定构件的表面应变，再根据应变应力关系（即电阻应变效应）确定构件表面应力状态的一种实验应力分析方法。这种方法是以粘贴在被测构件表面上的电阻应变片作为传感元件，当构件变形时，电阻应变片的电阻值将发生相应的变化，利用电阻应变仪将此电阻值的变化测定出来，并换算成应变值或输出与此应变值成正比的电压（或电流）信号，由记录仪记录下来，就可得到所测定的应变或应力。2、电阻应变片 电阻应变片一般由敏感栅、引线、基底、覆盖层和粘结剂组成，图1所示为其构造简图。 图1 电阻应变片基
2、本构造示意图3、测量电路原理 通过在试件上粘贴电阻应变片，可以将试件的应变转换为应变片的电阻变化，但是通常这种电阻变化是很小的。为了便于测量，需将应变片的电阻变化转换成电压（或电流）信号，再通过电子放大器将信号放大，然后由指示仪或记录仪指示出应变值。这一任务是由电阻应变仪来完成的。而电阻应变仪中电桥的作用是将应变片的电阻变化转换成电压（或电流）信号。电桥根据其供电电源的类型可分为直流电桥和交流电桥，下面以直流电桥为例来说明其电路原理。 （1）电桥的平衡 直流电桥如图2所示，电桥各臂R1、R2 、R3、R4、可以全部是应变片（全桥式接法），也可以部分是应变片，其于为固定电阻，如当R1、R2 为应
3、变片，R3、R4接精密无感固定电阻时，称为半桥式接法。 图2 惠斯登电桥 桥入AC端的供桥电压为E，则在桥路BD端的输出电压为 ： 由上式可知，当桥臂电阻满足：时，电桥输出电压U=0，称为电桥平衡。 （2）电桥输出电压设起处于平衡状态的电桥各桥臂（应变片）的电阻值都发生了变化，即 ， ， ，此时电桥输出电压的变化量为：可进一步整理为： 对以下两种常用的测量电路，该输出电压的变化可作进一步简化： （a）全等臂电桥 在上述电桥中，各桥臂上的应变片的起始电阻值全相等，灵敏系数K也相同，于是 ，以代入，得 （b）半等臂电桥 当R1、R2为起始电阻值和灵敏系数K都相同的应变片，R3、R4接精密无感固定电
4、阻，此时 （3）电桥电路的基本特性 (a) 在一定的应变范围内，电桥的输出电压与各桥臂电阻的变化率或相应的应变片所感受的（轴向）应变成线性关系； (b) 各桥臂电阻变化率 或相应的应变片所感受的应变对电桥输出电压的变化的影响是线性叠加的，其叠加方式为：相邻桥臂异号，相对桥臂同号。 充分利用电桥的这一特性不仅可以提高应变测量的灵敏度及精度，而且可以解决温度补偿等问题。二、YJ-4501A静态数字电阻应变仪简介 电阻应变仪的主要作用是配合电阻应变片组成电桥，并对电桥的输出信号进行放大，以便指示仪或记录仪指出应变值。 （一）面板介绍应变仪面板如图3所示 图31、上显示窗 显示测量值（或校准值）（微应
5、变）2、左下显示窗 显示测量通道，00-99，本机车0-123、右下显示窗 显示灵敏系数K值4、K 灵敏系数设定键5、校准 校准键，并伴有指示灯6、半桥 半桥工作键，并伴有指示灯7、全桥 全桥工作键，并伴有指示灯8、手动 手动测量键，并伴有指示灯9、自动 自动测量键，并伴有指示灯10、 上行、下行键11、置零 置零键 12、09 数字键 （二）操作 打开应变仪背面的电源开关，上显示窗显示提示符nH-和序号，且半桥键、全桥键、手动键指示灯均亮。按数字键01，即应变仪进入半桥、手动测量状态，全桥指示灯灭，左下显示窗显示01通道，右下显示窗显示上次关机时的灵敏系数，上显示窗显示01通道上测量电桥的初
6、始值（或检测值）。1、 灵敏系数K设 定 在手动测量状态下，按K键，K键指示灯亮，灵敏系数显示窗（右下显示窗）无显示，应变仪进入灵敏系数设定状态。通过数字键键入所需的灵敏系数值后，K键指示灯自动熄灭，灵敏系数设定完毕，返回到手动测量状态；若不需要重新设定K值，则再按K键，K键的指示灯灭，返回到手动测量状态，灵敏系数显示窗仍显示原来的K值。K值设定范围1.82.5。 2、全桥、半桥选 择 应变仪半桥键指示灯亮时，处于半桥工作状态，全桥指示灯亮时，处于全桥工作状态，根据测量要求，若需要半桥测量则按半桥键，若需要全桥测量则按全桥键。3、测量 应变仪面板后部如图4所示，有012个通道的接线柱，0通道为
7、校准通道，其余为测量通道。应变仪测量分手动测量和自动测量。 （1）手动测量 (a)半桥工作状态 应变仪手动键和半桥键的指示灯亮时，处于手动半桥工作状态。分别在各通道的A、B、C接线柱上按图5(a)半桥接线法接入被子测量电阻（即应变片），通过置零键对各测量通道置零（可反复进行）。通道切换可直接用数字键键入所用通道（01-12），也可以通过上行、下行键顺序切换通道。各通道置零后，即可进行测试检测。如果用公共补偿片测试方法，则按图6所示，各通道的A、B接线柱接工作片，补偿片接0通道的B、C接线柱上；亦可用公共补偿接线法，各通道的A接线柱接工作片，工作片公共线接在任一通道的B接线柱上（各通道B接线柱仪
8、器内部是接通的），补偿片仍接在0通道的B、C接线柱上。图4图5图6 (b) 全桥工作状态 应变仪手动键和全桥键的指示灯亮时，处于全桥工作状态。分别在各通道的A、B、C、D接线柱上按图5(b)全桥接线法接入被测量电阻（即应变片），通过置零键对各通道置零（可反复进行），然后进行测试检测。通道切换与(a)同。 （2）自动测量 自动键的指示灯亮时，应变仪处于自动测量状态，其半桥、全桥工作状态选择与手动测量相同。在自动测量状态下，按置零键后，仪器按顺序自动对各通道置零；按F键后，仪器按顺序自动对各通道进行检测。并自动将检测到的数据通过RS232接口给计算机。 在自动测量状态下，除半桥、全桥、置零、F键能
9、工作外，其余键无不起作用。若要设定K或进行校准等，需在手动状态下进行。 （三）校准 在手动测量状态下，先按校准键，再按F键后，校准键指示灯亮，通道显示窗（左下显示窗）显示00，灵敏系数显示窗（右下显示窗）显示2.00,应变仪进入校准状态。 在0通道接线柱上接入校准电阻，上显示窗显示校准通道初始值，对初始值置零，然后输入校准标准值。将校准电阻后面的开关拨向任意一边，即正5000（或负5000），这时若上显示窗显示5000（或-5000），则按校准键退出校准状态，校准键的指示灯熄灭；若显示不为5000（或-5000），则需要进行校准。 校准时，将校准电阻后面的开关拨向正5000（拨向负5000无效）。先按F键，此时，上显示窗显示0，按数字键键入5000，然后按校准键，校准键的指示灯熄灭，应变仪返回测量状态，卸去校准电阻，校准完毕。若校准电阻拨向-5000或键入数字出错，显示窗闪烁，连续桉校准键两次，校准键的指示灯熄灭，返回到测量状态，然后再按校准键和F键，重新进入校准状态进行校准，校准可反复进行。 应变仪供用户使用前均已校准好，用户只需在使用一段时间后，进行复查校准。
