电阻应变仪.pdf

地球物理实验 91 仪器四 电阻应变仪 仪器四 电阻应变仪 电阻应变仪是一种广泛用于测量应变的电子仪器它对由电阻应变片随所测物体的应 变转换的电阻变化率进行测量，最后用应变的标度指示出来 一般应变仪可按所能测应变的频率（即工作频率）分为：（１）静态电阻应变仪，用 于测量静态应变；（２）静动态电阻应变仪，用于静态或频率在２００赫之内的单点动态 应变测量，其基本是静态的，（３）动态电阻应变仪，用于测量５０００赫以下的动态应 变；（４）超动态电阻应变仪，用于测量工作频率上限达几十千赫的动态应变，多用于爆 炸、高速冲击等瞬态应变测量 ＹＤ—１５动态电阻应变仪 （一）构造原理： ＹＤ—１５动态电阻应变仪 （一）构造原理： 应变仪利用贴在试件表面的电阻应变片，当试件受到外力变形时，使应变片长度相应 地变化△L，应变片的电阻值变化△R，这种变化关系在一定范围内近似线性应变仪测出 应变片电阻值的变化△R，标定出相应的应变ε上述机械量转换为电量的关系，称为电阻 应变片的“应变效应”，用电阻应变片的“灵敏系数”Ｋ来表征 ε R R l l R R K Δ = Δ Δ = ＹＤ—１５动态电阻应变仪采用载波单桥工作原理。

其方框图如图一所示 图一 YD—15动态电阻应变仪工作原理 电 桥 震荡器 放大器 24V 稳压电源 相敏 检波器 相敏 检波器 滤波器 滤波器 数字 电压表 磁带机 示波器 R1 R2 地球物理实验 92 其低阻输出，输出电流，配用光线示波器；高阻输出，输出电压，配用磁带机、电压 表、记录仪等 （１）电桥：根据动态应变测量特点采用载波单电桥其按１２０Ω设计，图一中画的为 半桥测量，其中Ｒ1为测量片，Ｒ2为补偿片在电桥盒内有两个１２０Ω的精密无感线绕 电阻，作为半桥测量时的内半桥，全桥测量时则将这两电阻断开电桥的电源对角线，电 振荡器供给稳定的１０千赫载波电桥电压，为非对称联接，而电桥的测量对角线则对称联 接，以减少外界的干扰在无信号时，用电阻和电容预调平衡装置将电桥预调平衡，测量 对角线无电压输出当试件受力而变形时，由“应变效应”而引起作为桥臂电阻的电阻应 变片阻值变化△R/R，破坏了电桥的平衡，测量对角线出现电压△U 取Ｒ1＝Ｒ2＝Ｒ3＝Ｒ4＝Ｒ，应变时，应变片有增量△Ｒ，如图二所示，△U为１、３ 间的开路电压 Δ Δ Δ Δ Δ ′ = + ++ − + ⋅= + + −U U RR RRR U RR R U RR RR U()() 1 4123 2 22 图二 ∴′ = + ⋅Δ Δ Δ U R RR U 42 当ＲH＞＞Ｒ等（桥路等效电阻）时 ΔΔ Δ Δ UU R RR U=′ = + ⋅ 42 R1 R4 3 U △U RH 1 R2 2 4 R3 Ri≈0 地球物理实验 93 当电阻应变片为压缩时， Δ Δ Δ U R RR U= − ⋅ 42 （２）放大器：由于测量应变片的电阻变化△R/R非常小，电桥的输出电压△U也很小，需 用高放大倍数的放大器将此极为微小的信号加以放大。

本放大器由射极输出，电压放大， 功率放大及深度交直流负反馈组成 （３）相敏检波器：从放大器输出的信号中检取应变信号，采用电桥调制和负载相对应的 低阻相敏检波器来鉴别被放大了的应变信号的大小及方向 （４）滤波器：用π型低通滤波器，使工作应变频率通过，而对载波频率及二倍载波频率 全部衰减很大，使经滤波后能得到纯粹动态应变的波形 （二）主要技术指标： （二）主要技术指标： ＹＤ—１５型动态电阻应变仪外型如图三 图三 YD—15动态电阻应变仪外型图 １.测量通道数：８道 ２.应变测量范围：０—±１００００με（微应变） ３.标定应变：±５０，±１００，±３００，±１０００，±３０００με，标定误 差不超过±1％ ４.灵敏系数：Ｋ＝２.００ ５.灵敏度：０.０２５ｍＡ／με（２０Ω负载 ）０.０１ｖ／με（１Ｋ负载） ６.电阻应变片：按１２０Ω设计，１００—６００Ω可使用， ７.线性输出范围０—３０ｍＡ（１２Ω及2Ω负载）０—±１Ｖ（１Ｋ负载） ８.振幅特性误差，低阻输出不超过±１％，电压输出不超过±２％ 地球物理实验 94 ９.工作频率范围：０—１５００ＨＺ １０.电桥电源：１０ＫＣ，标称电压３Ｖ １１.电阻平衡范围：不小于±０.６Ω（指１２０Ω应变片） １２.电容平衡范围：不小于±２０００Ｐｆ（包括桥盒内１０００Pｆ） １３.衰减误差１，３，１０，３０，１００五档，误差≤±２％ １４.稳定性，预热１小时后，零点漂移≤±５με／２小时 灵敏度变化≤±１％／半小时 １５.电源，输入／２２０Ｖ，５０ＨＺ，低压输出，直流２４Ｖ，２Ａ。

（三）操作步骤： （三）操作步骤： １.准备工作： １.准备工作： （１）电桥盒的联接：电桥盒内有两个１２０Ω无感线绕电阻Ｒ3和Ｒ4及一个１０００Ｐ 云母电容Ｃ0如图四ａ所示Ｒ3、Ｒ4作为半桥测量时的内半桥，在长导线测量时，当前 面板上的“电容平衡”调节范围不够时，可用导线联接“１”—“６”或“３”—“６” 接线柱作半桥测量时，按图四 b接线，Ｒ1为工作电阻应变片，Ｒ2为补偿片，接线柱 “１”和“５”，“３”和“７”，“４”和“８”分别短接，这时试件受拉伸的有正应 变，压缩时有负应变全桥测量如图四ｃ接线除去各接线柱间短接片，使Ｒ3和Ｒ4与测 量桥断开Ｒ1和Ｒ3为工作片，Ｒ2和Ｒ4为补偿片 图四 电桥盒接线图 （２）仪器的联接：ａ、将电源线的三芯插头插入ＤY—１５电源背后的“输入”插座内并 旋紧打开“电源开关”，用欧姆表检查电源输入端有无短路和断路，如果正常，关掉 “电源开关”接通电源（２２０Ｖ、５０ＨＺ）重新打开电源开关，电压表应指示２４ Ｖ再关掉开关，将应变仪用联接线与ＤY—１５型电源输出联接起来ｂ、将粘贴在试件 上的电阻应变片通过联接线别到相应的电桥盒接线柱上；电桥盒的另一端的插头分别插入 应变仪后面板下部的“输入”插座内旋紧。

ｃ、将输出线一端的二芯插塞，分别插应变仪 后面板上的相应插口中使用Ｘ—Y记录仪或磁带记录仪时插入“电压输出”插口，另一端 R1 R2 1 2 3 4 5 67 8 R’3 R’4 R1R2 1234 5678 R4 1 23 4 5 6 7 8 能 量 能 量 R3 地球物理实验 95 接线叉红柄为正，黑柄为负，接到Ｘ—Y记录仪上，使用光线示波器时，插入“低阻输出” 插口，另一端接线叉接到示波器相应输入端，这时应变仪“输出”开关应放在适当位置 上，如表一所示d、接线后，开启电源前，检查下列开关位置：电源箱“电源开关”在 振 子 FC6～5000 FC6～2500 FC6～1200 FC6～400 挡 12 16 20 50 表一 关位置；应变仪各放大器面板上的“衰减”开关在“０”，“标定开关”在“０”，后面 板“输出开关”放在所需振子阻抗上 ２.预调平衡：２.预调平衡： （１）打开YＤ—１５电源的“电源开关”，指示灯亮，面板上电压表，指针应稳定在２４ Ｖ上２）观察面板上输出表是否指零，若不指零，可调节“低阻基零”电位器同时 用万用表测量“电压输出”的输出电压，若不指零，可调节“电压基零”电位器使之满 足。

一般情况下，该项已调好，用者不需调节）３）将“衰减”开关依次转列“１ ００”，“３０”、“１０”“３”“１”挡，同时转换“预静”开关列“静”、“予” 位置，分别反复调节“Ｒ”和“Ｃ”，“静时调Ｒ，予时调Ｃ，使输出指示表在“静”和 “予”位置都指零调好后开关掷于“静”位置 ３.仪器使用：３.仪器使用： （１）予热３０分钟后各放大器再预调平衡一次，若使用光线示波器，“输出”开关按表 １放在适当位置上２）根据被测应变大小，选择适当的“衰减”挡我们的实验中一 般使用“３０”挡为宜３）在所选的衰减情况下，施加相应的标定信号，以便衡量被 测应变信号的大小用“标定”开关给出相应的标准应变，观察在Ｘ—Y记录仪上的标度大 小是否理想，可以调节放大器面板上灵敏度调节电位器，使之满足在记录仪上记下标准 应变尺度４）标定后将标定开关掷零即可进行测量 （四）注意事项： （四）注意事项： １.电桥盒上导线连接时，接线柱必须拧紧，联接导线应用同一型号，同一规格的金属屏蔽 线，相互间无相对移动 ２.使用不同灵敏系数电阻应变抗时须修正用YＤ—１５应变仪的灵敏系数按Ｋ＝２.００ 设计，使用应变片也应为Ｋ0＝２.００，若其是其它灵敏系数，读数需按下式修正： 地球物理实验 96 n n K K0 max εε= ″ Ｋ0应变仪灵敏系数（Ｋ0＝２.００）Ｋn—使用应片灵敏系数，εmax应变信号最大值，ε n″按灵敏系数修正的应变值（με） ３.仪器内标定应变按１２０Ω应变片设计。

使用不同应变片进行全桥测量时，需用外接标 定 ４.试验完毕，关闭所有开关，衰减开关掷，并将全部联接线拆除，盖好仪器。