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1、2021/3/25,1,第三章 应变仪,3-1 概述 一、分类 按被测应变频率 1、静态应变仪 YJ5、YJ-18、YJ-25 YJ-26 YJ-29,2、静动态 YJD-1, YJD-17, YJD-27,2021/3/25,2,3、动态应变仪,适用于10 KHz以下 Y6D-3A, YD-15, TD-21, YD-28 必须配用记录仪,4、超动态应变仪 适用于10 KHz以上，冲击、爆炸等 Y6C9,2021/3/25,3,5、遥测应变仪,用于回转、运动件测量,2021/3/25,4,32 应变仪工作原理,3-2-1电桥测量电路 由应变片灵敏系数,有,测出 即可,2021/3/25,5,
2、1、直流电桥,开路，惠士顿电压桥 AB、AD压降,DB输出电压,2021/3/25,6,分子为零即平衡条件,有应变时：,3-1式成为,展开并注意：,2021/3/25,7,可得,用相同应变计使其具有相同的灵敏系数，即：,2021/3/25,8,（3-2）式成为,注意其关系：相邻则相反，相对则相同 32、33式都可运用,2021/3/25,9,线性化的误差,四片误差更小：正负应变抵消,K2 则：,2021/3/25,10,2、交流电桥,在交流激励下，电容表现出复阻抗,以Zi代替Ri即可得类似表达式，取半桥，平衡条件成为两个：,2021/3/25,11,将,代入（31）式中， 并考虑：,引入,可得
3、 时的输出电压：,2021/3/25,12,分为三部分讨论,相对误差,1、R引起,U1,U2,U3,可用相对误差确定导线长度许可的C0， 一般10m以内可以,2021/3/25,13,2、C引起,相位变化,平衡后，C不变，C0,U1,U2,U3,载波放大应变仪中的输出端没有输出，但是占用了放大器的工作范围，影响灵敏度、线性度,2021/3/25,14,实际应用,以上是单片，与直流桥一样,2021/3/25,15,3-2-2 电阻及电容平衡电路,电容平衡 电路构成 W2， Cs 调整W2实现Cs的星型分配 电阻、电容平衡须反复调整多次,电阻平衡 不平衡是绝对的，必须调整 电路构成 W1，Rs R
4、s约100倍R，即十几K,2021/3/25,16,3-2-3 电桥接法,其中应变仪指示应变,对全桥接法，输出电压为：,2021/3/25,17,一、半桥接法,灵敏度没有提高，若正交贴片，有：,轴向贴工作片，另外不受力块上贴补偿片,灵敏度提高了（1）倍,2021/3/25,18,二、全桥接法,拉伸，如图贴片、接线,灵敏度提高一倍。 纯弯梁当R1、R2为工作片时有类似结论 还可以消除互相的干扰,2021/3/25,19,2021/3/25,20,电桥接法续表,2021/3/25,21,例题 拉、弯、扭复合作用的圆轴,若求P或T之应变如何？,有：,2021/3/25,22,其它形式的扭矩传感器（受
5、弯型）,2021/3/25,23,3-3 应变仪的基本工作原理,早期和现在,一、 静态电阻应变仪 直流放大式,2021/3/25,24,二、动态（静态)载波放大式应变仪,1、方框图,2021/3/25,25,2 、测量电桥,由应变计构成，可接单臂、半桥、全桥； 含电容、电阻平衡电路 输出为调幅波 读数电桥,双电桥电路，静态应变仪独有：零位测量 优点：误差小，与电压、放大倍数无关。,2021/3/25,26,设：有1。测量应变桥输出电压,调整读数桥，使其平衡，则有：,零位读数，有：V测V读，若 E1E2 ，则：,2021/3/25,27,也有：为有：1=仪 而调整 ：,此即老式应变仪的灵敏系数调
6、整,2021/3/25,28,3、幅度调制,对交变电压,正、负应变时：,正、负应变时分别与载波信号同相和反相,2021/3/25,29,4、相敏检波器,与载波同相和反相分别对应正、负应变 测量桥可看作应变调制器，相敏检波器则是解调器。 能检出应变的大小、正负,2021/3/25,30,5、滤波器,相敏检波后信号还含有载波及其高次谐波需要滤除，一般用无源RC或LC低通滤波器,6、载波振荡器 产生频率、振幅都稳定的载波电压信号,2021/3/25,31,7、标定电路,动态应变仪中没有读数电桥，而有标定电路 在R3上并联一个大电阻Rc，其等效电阻,可以解出,注意Rc与K有关，一般按K=2.00标定出
7、一系列的Rc。如：100，300，500，1000，3000，等,2021/3/25,32,其它部分： 载频振荡器、 稳压电源 输出：高、低阻，以适应不同记录器 衰减装置,2021/3/25,33,3-4 应变仪的主要技术指标,1、测量线数 2，4，6，8 2、测量范围2000，10000，20000，100000 m/m 3、工作频率范围：0200，500：01.5，5，10，200K 4、应变计灵敏系数：大多为固定2.00，少数可调：1.82.6等 5、应变计电阻值 60，120，300等 6、灵敏度：线性范围内输出电流（电压）与应变的比值 零点漂移 动飘,2021/3/25,34,应变仪
8、的主要技术指标（清华 张如一P88）,2021/3/25,35,3-5数字应变仪和应变测量采集系统,数字应变仪,在原交流载波应变仪对输出信号进行A/D转换即成,2021/3/25,36,国产静态数字应变仪,清华 张如一 P90,2021/3/25,37,数据采集系统（例）,利用计算机，完成模数转换、采集、计算处理直接获得最终结果,如：1、冷端补偿，2、放大器，3、抗混叠滤波器，4、通道切换器，5、自增益放大器，6、采样保持器，7、模数转换器，8、接口、定时控制电路，9、计算机，10、显示器，11、打印机,2021/3/25,38,1,2,2021/3/25,39,国外数据采集系统,清华P91,2,2021/3/25,40,3-6 电位计式电路,如右图,R1称为镇流电阻，一般有 R1/R2=r=9 也可导出类似结论。 特点：高频相应极佳。,