应变仪原理0.doc

应变电测简述应变电测基本原理应变片测量线路放大线路记录仪用应变片测量应变的过程用电阻应变片测量应变的大致过程如下：将作为检测元件的电阻应变片粘贴或安装在被测试的构件表面上，然后接入测量线路(电桥)，随着构件受力变形，应变片的敏感栅也获得相应的变形，从而使其电阻发生变化。此电阻变化与构件表面的应变成比例，测量线路产生的输出信号经放大线路放大后，由指示仪表或记录仪器指示或记录。这样把力学参数如压力、载荷、位移、应力等转换成与之成比例的电学参数。用灵敏的惠斯顿电桥测出电阻值的变化△R/R，就可换算出相应的应变量，若用被测物理量来刻度，就可直读出非电量，完成了非电量电测。应变片主要工作特性应变片电阻(R):应变片在未经安装也不受外力的情况下，室温所测定的电阻值。应变片电阻值的选定主要根据测量对象和测量仪器的要求，在允许通过同样工作电流的情况下，选用较大的应变片电阻就可以提高应变片的工作电压，以达到较高的测量灵敏度。推荐的应变片电阻系列为60、120、200、350、500、1000欧，由于电阻应变仪和其他常用应变测量仪器测量电桥的桥电阻习惯上按120欧设计，故120欧的应变片为最常用。灵敏系数(K)：在应变片轴线方向的单向应力作用下，应变片电阻的相对变化与安装应变片的试件表面上轴向应变的比值，即式中，为试件表面上应变片安装区的轴向应变，是很微小的值，一般用或(长度相对变化10-6)表示；为由所引起的应变片电阻的相对变化。机械滞后():应变片安装在被测构件上之后，在温度恒定时，应变片的指示应变与构件表面的机械应变之间为一确定关系，不论加载或卸载过程都应当如此。然而试验表明，对于同一机械应变量，应变片的指示应变有一个差值，此差值即为机械滞后。机械滞后的产生，主要是敏感栅、基底和粘接剂在承受机械应变之后留下的残余应变所致。制造或安装应变片时，如果敏感栅受到不适当的变形，或粘接剂固化不充分，都会使机械滞后增加。应变在较高的温度下工作时，机械滞后也会显著增大。零点漂移()和蠕变()：对于已安装好的应变片，当温度恒定时，即使被测构件未承受应力，应变片的指示应变也会随时间增加而逐渐变化，这一变化即称为零点漂移，或简称零漂。如果温度恒定，应变片并承受恒定的机械应变，这时指示应变随时间的变化称为蠕变。应变极限()：对于已安装的应变片，其应变极限是指在温度恒定时，指示应变与被测构件真实应变的相对误差不超过一定数值时的真实应变值。应变仪原理电阻应变片的功能是将应变转换为电阻的变化,普通电阻应变片的K=2～2.5、R=100～500欧，被测材料的应变又很小，因而应变片的阻值变化也很小。为了便于测量，需要将此微小信号进行放大，这就需要电阻应变仪来完成。它的工作原理就是将应变片接入电阻应变仪的电桥线路，将应变变化信号转换为电压信号，经放大器放大后由检测仪表或记录仪器指示出应变值。主要由电桥、放大器、滤波器、自平衡电路、数据记录仪等几部分组成。电桥：电桥的作用是将电阻变化信号转换为电压或电流信号。放大器：将电桥送来的微弱信号进行不失真放大，输出足够的功率。由于材料的变形引起的电阻变化是个很小的值，通过电桥将电阻微量变化转换成电压或电流的变化，一般在微伏到毫伏级，要处理该信号，就要求放大器有足够高的增益。特别是前置放大器，它是应变仪中的关键部件，其漂移和噪声要极小。滤波器：将信号波形的高频成分滤掉，使其具有平坦的幅频特性和较线性的相频特性，有较高的信噪比。平衡电路：当桥路存在固有不平衡时，前置放大器输出一个不平衡电压，自动平衡电路亦输出一个与其幅度相等方向相反的补偿电压，使其相互抵消，放大器输出为零。数据采集系统：带有微处理器的数据采集仪可完成信号的记录、存储，配合应用软件还可实现高级频谱分析、结果修正及应变花计算等。应变电测技术优点(1)电阻应变片的尺寸小，重量轻。它粘贴在构件表面上对构件的工作状态和应力分布影响小，能够较好地测出应变；也可以利用几个应变片组成应变花测量并计算出复杂应力状态下某点处主应力的大小和方向。(2)测量范围广。一般能测量几十到数万微应变，用高精度、高稳定性的测量系统和半导体应变片可以测出10-2量级的微应变。(3)用途广泛。可以直接测量应变和其他一些物理量，还可以制成测量各种物理量的传感器；可用于设计方案的比较、计量，也可用于生产过程的控制；可在实验室里使用，也可在现场条件下使用。(4)与其他应变测量相比，测量精度较高。应变式传感器的精度可达0.1%以上。(5)可以在各种比较复杂或恶劣的环境中进行测量：如从-270℃(液氮温度)的低温到+1000℃的高温；从宇宙空间的真空状态到几千个大气压；长时间浸没于水下；大的离心力和强烈振动；以及强磁场、放射性和化学腐蚀等。(6)测量得到的电信号，可以直接输入电子计算机进行数据处理，实现测试过程或控制过