第二章-2电阻应变仪.ppt

§2-2 电阻应变仪 * 山东大学模具工程技术研究中心 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。 电桥分类： ●按桥压分： 直流电桥； 交流电桥 ●按输出方式分： 功率电桥（按低阻抗负载） 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。 1、直流电桥的基本关系 常用的几个术语: 全桥： 半桥： 相对桥臂 相邻桥臂 邻臂 对臂 全桥 半桥 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）电桥的电压输出： （2）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）两种特殊电桥的输出： 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。 （4）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： 相邻相减，相对相加。 2. 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 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： 既有电阻调平衡，又有电容调平衡。 只要电阻调平衡。 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； 从输出电压的正或负，可以判断是拉应变还是压应变。 输出的是正弦调幅波； 输出的是正或负的直流电压，与应变同频率变化。 交 流 电 桥 直 流 电 桥 3. 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。 3. 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： 标定电桥法： 电压标定法：标定精度较高。 （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串联起来，调整读数桥的桥臂电阻值，使两桥串联后的输出电压等于零。 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 (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 （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。 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 （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）。 应变仪的使用： （2）