第5章应变仪.ppt

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1、第五章电阻应变仪第一节电阻应变仪的工作原理在第四章中介绍了使用电阻应变片测量应变是利用应变片的电阻应变效应，由式（4-2）可得（5-1）式（5-1）中为应变片灵敏系数；R为应变片原始电阻；为应变片电阻改变量。一、直流电桥图5-1为惠斯登电桥的原理图。电桥中的电阻Rl、R2、R3和R4组成四个桥臂AB、BC、CD和DA。当四个桥臂的电阻值相等时电桥平衡，则BD之间的输出电压。若电桥中的任意一个电阻发生变化，电桥平衡被破坏，输出电压不再为零，所以电压定量地反映了桥臂电阻值的变化。图5-l惠斯登电桥原理根据电工学原理而,故（a

2、）当时，，电桥平衡。若各电阻分别有增量、、和时，输出端有不平衡桥压输出。(b)其中，。一、直流电桥同理，、和均采用类似的计算，通常选取，故化简得(5-2)在静态电阻应变仪中一般将电压△UBD放大后再直接反变换成应变量，)(44321eeell-+-==KE△UBDK仪仪式中K仪为应变仪的灵敏系数，仪为应变仪读数，为应变仪的放大倍数。只要设法让K仪=则一、直流电桥(5-3)(5-4)1.若四个桥臂均由电阻应变片接成，称这种接法为全桥接法；2.若Rl和R2为电阻应变片，R3和R4为仪器内部的精密无感电阻，这种接法为

3、半桥接法。在半桥接法中，设电阻应变片受力变形后电阻改变量为△Rl、△R2，而R3和R4电阻不变，则有上式称为测量电桥桥路联接的基本关系式从上式可见，应变测量电桥具有邻臂相减，对臂相加的特性。)(44321eeell-+-==KE△UBDK仪仪一、直流电桥二、交流电桥图5-2交流电桥如图5-2所示，图中C1、C2为电阻应变片本身及连接导线的分布电容。对于半桥接法，R3和R4为应变仪内部精密无感电阻，可看作是纯阻性的，由电桥平衡条件（5-5）（5-6）可见，要使交流电桥平衡，需同时满足电阻平衡和电容平衡两个条件。由于，于

4、是三、温度效应的补偿任何导电材料都有电阻温度效应，即其电阻会随环境温度改变而变化，应变片丝栅材料也不例外。这种由温度改变引起的电阻变化与由变形引起的电阻变化叠加，将引起测量误差。通常温度补偿有三种方式（1）半桥单片补偿法（半桥外补）：将一个专用温度补偿片和一个工作应变片分别接入AB、BC桥臂，联接成半桥的补偿方法。设温度引起电阻改变而产生的应变值为εt，由式（5-4）可得（5-7）（2）半桥互联补偿法（半桥自补）：将两个工作应变片分别接人AB、BC桥臂，联接成半桥相互补偿的方法。由式（5-4）可得（5-8）（3）全桥互联

5、补偿法（全桥自补）：将四个工作应变片连接成全桥相互补偿的方法。由式（5-3）可得（5-9）第二节电阻应变仪的构造以静态应变变化为测量对象的称为静态电阻应变仪。目前使用的静态电阻应变仪有两种类型：直流放大式（如Y－18型静态电阻应变仪）和载波放大式（如YJ－5型静态应变仪）。一、静态电阻应变仪的工作原理1．直流放大式静态应变仪直流放大式静态应变仪的基本组成部分有：测量电桥、直流放大器，A／D转换器、数字显示器、直流电源。其方框图如图5-3所示。测量电桥直流放大器A／D转换器数字显示器直流电源图5-3直流放大式静态应变仪的基

6、本组成（1）测量电桥测量电桥是电阻应变仪的重要组成部分，它将应变片微小的电阻变化转换成电压信号变化，以供放大器进行放大。测量电桥中还包括预调平衡电路，测量电桥的桥压由直流电源供给。（2）直流放大器由于测量电桥输出的电压信号很微弱，仅为微伏至毫伏数量级，所以必须通过放大器加以放大。放大器的放大倍数一般为5×104～10×104左右。测量时，要求采用性能稳定的低漂移直流放大器。（3）A／D转换器它能将放大后的电压模拟信号转换为数字信号，以便直接驱动数字显示器。（4）数字显示器一般采用液晶显示器，它可将测量的应变值以数字显示出

7、来。（5）直流电源直流电源可供给测量电桥、直流放大器和A／D转换器直流电压，一般采用电池供电。一、静态电阻应变仪的工作原理2．载波放大式静态应变仪载波放大式静态应变仪与直流放大式静态应变仪的主要区别在于它的测量电桥采用交流电桥，放大器采用交流放大器，因此，相应的装置与电路有所不同。载波放大式静态电阻应变仪的基本组成部分包括测量电桥、读数电桥、振荡器、稳压电源、交流放大器、相敏检波器和指示器等。图5-4为载波放大式静态电阻应变仪的方框图及各部分功能的示意图。图5-4载波放大式静态电阻应变仪（1）测量电桥它的功能与直流放大式

8、电阻应变仪相同，电桥输入端的桥压为振荡器提供的正弦式载波电压。测量电桥包括电阻、电容平衡电路。（2）读数电桥要求精度较高的仪器（例如YJ－5型静态应变仪）都设有读数电桥，它的四个桥臂由高精度的可调电阻器构成，且与测量电桥用同一载波振荡器供电。读数电桥与测量电桥在输出端是串联的。当测量电桥因感受应变而输出一个等幅电压时