电阻应变仪
动态电阻应变仪
动态电阻应变仪仪器概述动态电阻应变仪是一种用于测量材料动态应变特性的仪器，主要应用于材料动态力学性能测试、材料高速碰撞试验、爆炸冲击试验等领域。
该仪器利用负载电阻和微弱电压的变化来测量材料的应变特性和变形速率。
工作原理动态电阻应变仪的工作原理是利用材料在受到外力作用时发生的应变使其电阻发生变化。
仪器的测试电路包括电流源、负载电阻、标准电阻和电压输入模块。
当电流通过测试物体时，其电阻随着受力的大小和方向发生变化，可以通过电压输入模块感测到电阻的变化，从而得到受力和应变的关系。
仪器特点动态电阻应变仪具有以下特点：1.高灵敏度：该仪器所采用的负载电阻和标准电阻均具有高灵敏度，可以精确测量材料的微小变化。
2.宽测试范围：该仪器可测试多种材料的动态应变特性，与材料的硬度、密度、形状等因素无关。
3.高精度：该仪器具有高精度、高分辨率的特点，可测量微弱应变信号。
4.易操作：该仪器操作简单，易于掌握，方便实用。
应用领域由于动态电阻应变仪可以对材料动态应变特性进行精确测量，因此在材料科学和工程领域有着广泛的应用。
主要应用于以下领域：1.材料的高速碰撞试验：在汽车和船舶设计中，需要对部件在高速碰撞时的应力和变形进行测试，动态电阻应变仪可以精确测量碰撞时的应变和变形速率。
2.爆炸冲击试验：在军事和民用领域，需要对材料在爆炸冲击下的变形和破坏行为进行测试，动态电阻应变仪可对这些变化进行精确的记录和分析。
3.动态力学性能测试：在材料科学和工程领域，需要对材料的动态力学特性进行测试，例如材料的弹性模量、泊松比、动态损伤特征等。
总结动态电阻应变仪是一种精密测量材料动态应变特性的仪器，在材料科学和工程领域有着广泛的应用。
其高灵敏度、宽测试范围、高精度和易于操作的特点，使其成为材料科学和工程领域不可或缺的测试仪器之一。
静态电阻应变仪的工作原理
简述静态电阻应变仪的原理
专门用于测量结构或部件的静态应变的仪器装置叫做静态电阻应变仪。
静态电阻应变仪用电学方法测量不随时间变化或变化极为缓慢的静态应变。
它由测量电桥、放大器、显示仪表和读数机构等组成。
贴在被测构件上的电阻应变计接于测量电桥上。
构件受载变形时，测量电桥有电压输出，经放大器放大后由显示仪表指示出相应的应变值。
静态电阻应变仪每次只能测出一个点的应变。
进行多点测量时可配以预调平衡箱。
所有测点的应变计均预先接在平衡箱各点上，然后靠开关逐点转换接入应变仪。
静态电阻应变仪是利用金属材料的特性的特征，将非电量的变化转换成电量的变化的测量仪器，应变测量的转换元件——应变片，若用粘贴剂将应变片牢固固定地粘贴在试件上，当被测试件受到外力作用长度发生变化时，粘贴在试件上应变片的电量值也随着发生了△R的变化，这样就把机械量——变形转换成电量（电阻值的变化）。
这个变化量经放大器放大后，通过A/D转换过，就可以直接读出应变值，完成了非电量的电测。
应变仪使用说明书
YJ-4501A静态数字电阻应变仪使用说明书上海疆海工贸有限公司南京航空航天大学监制一． 概述电阻应变仪是实验应力分析中电测法所必需的测试仪器。
随着科学技术不断发展，测试仪器也在日新月异地发展。
我们集多年应变电测技术的实践工作经验，并总结了电测实验教学、力学实验教学以及科研、生产、现场测试等实践工作中的经验，研究开发了适用于现代教学、科研、生产及应变测试的新一代的测试仪器——YJ-4501A 静态数字电阻应变仪。
YJ-4501A 静态数字电阻应变仪采用直流电桥、低漂移高精度放大器、大规模集成电路、A/D 转换器及微计算机技术并带有RS-232接口。
具有4 1/ 2 位数字显示，测量简便精度高、准确可靠稳定性好、易于组成测试网络、便于维修等优点。
本机带有12个通道，并可扩展测量通道。
YJ-4501A 静态数字电阻应变仪适用于航空航天、机械制造、土木建筑、水力发电、机车车辆、铁路运输、汽车结构、矿井设备、船舶、桥梁等研究、制造机构中的应变测试。
如配接相应的传感器，可测量重力、压力、扭矩、位移、温度等物理量。
二．主要技术指标1． 应变测量范围 0~±19999με2． 分辨率 1με/ 每个字3． 测量精度 小于测量值±（0.2%±2个字）4． 稳定性 ±2με/H5． 灵敏系数 1.8~2.56． 电阻平衡范围 0.6Ω7． 电桥电压 直流2V8． 测量通道 12个通道9． 电源电压 交流220V 50HZ10．外形尺寸 370×250×9011．重量 3 KG三．基本工作原理YJ-4501A 静态数字电阻应变仪的基本原理方框图如图1所示：应变测量时，欲测试件或构件表面某点的相对变化量ΔL/L 即应变ε，将阻值为R 的电阻应变片粘贴在试件或构件被测处，当试件或构件受外力作用产生变形时，应变片将随之产生相应的变形，根据金属丝的应变-电阻效应，应变片阻值发生变化，在一定范围内，应变片电阻的相对变化量ΔR/ R 与试件或构件的相对变化量成线性关系，即εK LL K R R =Δ=Δ （1） 式中K 称为应变片的灵敏系数。
第5章应变仪
图5-4 载波放大式静态电阻应变仪
p.10
理论力学
理论力学
（1）测量电桥 它的功能与直流放大式电阻应变仪相同，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，指示器指针偏移，调整读数桥桥臂电阻值， 使之输出一个与测量电桥输出电压等幅、相位相反的电压，这两个电压的 迭加结果，使输入放大器的电压为零，指示器的指针又重新指零。读数桥 上各可调电阻的电阻变化换算成相应的应变值。因此，在仪器的刻度盘上 可直接读出应变值。 （3）交流放大器 交流放大器的作用是将测量电桥输出的微弱电压信号放大。 （4）相敏检波器 由于应变仪采用了交流供压载波放大的型式，由放大器输出的信号 是由被测应变信号对载波进行调幅后的调制信号，这个信号虽含有被测信 号的特征，但还不是被测信号的原型，不能分辨应变的性质是正应变还是 负应变。相敏检波器的功能就是使通过相敏检波的调制信号恢复原正负应 变的性质。
理论力学
理论力学
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
1 R K R
（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。
p.1
理论力学
理论力学
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。
电阻应变仪原理
电阻应变仪原理电阻应变仪是一种用于测量物体应变的仪器。
它的原理是利用电阻的变化来测量物体的应变。
当物体受到外力作用时，它会发生形变，这种形变会导致物体内部的电阻发生变化。
电阻应变仪就是利用这种变化来测量物体的应变。
电阻应变仪的基本原理是电阻的变化与应变成正比。
当物体受到外力作用时，它会发生形变，这种形变会导致物体内部的电阻发生变化。
电阻的变化量与应变成正比，即电阻的变化量与物体的应变成正比。
因此，通过测量电阻的变化量，就可以得到物体的应变。
电阻应变仪的工作原理是利用电桥原理。
电桥是一种用于测量电阻的仪器，它由四个电阻组成，其中两个电阻是已知的，另外两个电阻是待测的。
当电桥平衡时，电桥两端的电压为零。
当待测电阻发生变化时，电桥就会失去平衡，电桥两端就会产生电压。
通过测量电桥两端的电压，就可以得到待测电阻的变化量。
电阻应变仪利用电桥原理来测量物体的应变。
它由一个电阻应变片和一个电桥组成。
电阻应变片是一种特殊的电阻，它的电阻值会随着物体的应变而发生变化。
电桥的两个电阻是已知的，另外两个电阻是电阻应变片和待测物体的电阻。
当电桥平衡时，电桥两端的电压为零。
当待测物体发生应变时，电阻应变片的电阻值就会发生变化，电桥就会失去平衡，电桥两端就会产生电压。
通过测量电桥两端的电压，就可以得到待测物体的应变。
电阻应变仪是一种用于测量物体应变的仪器，它的原理是利用电阻的变化来测量物体的应变。
电阻应变仪利用电桥原理来测量物体的应变，它由一个电阻应变片和一个电桥组成。
当待测物体发生应变时，电桥就会失去平衡，电桥两端就会产生电压。
通过测量电桥两端的电压，就可以得到待测物体的应变。
DH3815静态应变仪使用说明
DH3815静态电阻应变仪使用说明Ｖ１.00编写：复核:审核:第一章概述1.1DH38１５设备的技术特点DH3８15N静态应变测试系统是全智能化的巡回数据采集系统；通过计算机完成自动平衡、采样控制、自动修正、数据存贮、数据处理和分析, 生成和打印试验报告。
ＤH3815Ｎ通过UＳB接口与计算机通迅，即插即用,方便可靠;所有数据采集模块由电源/控制器统一供电。
每个测点连续采样，速率可达2Hz（即0.5秒内完成所有测点的采集、传送、存贮和显示),可进行准静态测试,有效捕捉缓慢变化信号的变化趋势，并且易于现场操作。
◆ 特点ﻫ１、系统中,独立化模块设计,每个数据采集模块可测量16个通道，每个系统可控制16个模块(256个通道),每台计算机可控制16个系统（每台计算机最多可控制４096个通道）。
2、多系统控制，每个系统统一供电。
可多系统并行工作（如图1),也可单系统独立工作(如图2)。
所有ＲＳ48５通讯距离最远可达10０m。
３、采用进口高性能光隔离低接触电势固态继电器，通过特殊的电路设计,消除了开关切换时，接触电势的变化对测量结果的影响。
因此，我公司生产的静态应变测量系统的所有指标均包含了切换开关的影响。
４、先进的隔离技术和合理的接地，使系统具有极强的抗干扰能力，适用于各种工程现场的检测。
５、数据采集箱通过USB和笔记本计算机通讯，实现了便携式测量系统，更加适用于工程现场。
6、系统可以在０.5秒内完成所有通道(最多４096通道）数据的采集、传送、存贮和显示,进行静态测试。
也可以在所有通道(最多4０96通道）同时工作时，每通道以2Ｈz的采样速率连续采样（同步存贮和显示），进行准静态测试，有效捕捉缓慢变化信号的变化趋势。
７、中文视窗9５／98／NＴ/2０0０/ＸP操作系统下采用C++编制的采样控制和分析软件，具有极强的实时性以及良好的可移植性、可扩充性和可升级性。
8、通用、可靠的通讯方式，使系统实现了边采样、边传送、边存硬盘、边显示，利用计算机海量的存储硬盘，长时间实时、无间断记录所有通道信号。
动态电阻应变仪各环节的时域波形
动态电阻应变仪各环节的时域波形分析动态电阻应变仪是一种用于测量物体表面应变变化的仪器，它能够实时监测物体表面的微小变形，广泛应用于工程结构、航空航天、汽车制造等领域。
动态电阻应变仪的各个环节对于测量性能都有着重要影响，其中时域波形分析是评估其性能的重要手段。
本文将从动态电阻应变仪的原理入手，逐步介绍其各环节，并对各环节的时域波形进行分析，以便读者更加深入地理解动态电阻应变仪的工作原理和性能特点。
1. 动态电阻应变仪原理简介动态电阻应变仪是利用电阻应变效应来测量物体表面应变的仪器。
当物体受到外力作用时，其表面会产生微小的应变，这些应变会导致电阻值的变化。
动态电阻应变仪通过测量电阻值的变化来得到物体的应变信息，从而实现对应变的实时监测。
2. 传感器部分的时域波形分析传感器是动态电阻应变仪中最关键的部分之一，它直接接触物体表面并感知应变信息。
传感器的性能直接影响测量的准确度和稳定性。
在时域波形分析中，我们可以观察到传感器输出的信号波形，通过分析波形的频率、幅值和变化规律来评估传感器的灵敏度和响应速度。
3. 信号处理部分的时域波形分析动态电阻应变仪会对传感器输出的信号进行放大、滤波和数字化处理，以得到更准确的应变信息。
信号处理部分的时域波形分析可以帮助我们了解信号处理环节对波形的影响，例如放大倍数对波形的幅值影响、滤波器对波形频率成分的截取等。
通过分析这些波形，我们可以评估信号处理部分对于应变信号的保真度和准确度的影响。
4. 数据输出部分的时域波形分析动态电阻应变仪会将处理后的应变信号输出到数据采集系统或显示器上。
数据输出部分的时域波形分析可以帮助我们了解测量结果的真实性和稳定性。
通过分析输出波形的波动情况、噪声水平和数据变化规律，我们可以评估数据输出部分对于最终测量结果的影响。
总结回顾通过对动态电阻应变仪各环节的时域波形进行分析，我们可以更全面地了解其工作原理和性能特点。
传感器部分影响了信号的灵敏度和响应速度，信号处理部分影响了信号的准确度和保真度，数据输出部分影响了最终测量结果的稳定性和真实性。
静态电阻应变仪使用方法
静态电阻应变仪使用方法步骤一：准备工作1.静态电阻应变仪应放置在干燥、无尘、无振动的环境中。
2.检查仪器的电源是否连接稳定，电源开关是否打开。
3.安装好测量材料，确保与电极接触良好。
步骤二：调零操作1.打开静态电阻应变仪的电源开关，并等待其初始化完成。
2.按下仪器上的“调零”按钮，等待仪器完成调零操作。
在调零过程中，应保持测试材料不受外力干扰。
步骤三：测试操作1.确保测量材料已经与电极接触良好，并没有松动。
2.打开静态电阻应变仪所附带的数据采集软件，并进行相应的配置和校准操作。
3.注册测量数据的基本信息，例如采样频率、采样点数等。
这些参数应根据实际测试需求进行设置。
4.按下“开始测试”按钮，启动数据采集过程。
此时，应保持测试材料不受外力影响，以保证测量的准确性。
步骤四：数据分析与处理1.数据采集完成后，使用数据采集软件将采集到的数据导出。
2.使用数据处理软件，进行数据的滤波与平滑处理，以去除噪声和杂散信号。
3.对数据进行必要的校正和修正，确保得到准确的应变数据。
4.对于多组数据的比较分析，注意使用统计学方法，如均值、方差等。
步骤五：结果展示1.根据需要，将结果制作成曲线图、表格等形式进行展示。
2.分析并解读实验结果，得出相关结论。
3.结果的展示通常需要包括测试数据、误差分析、参数调节等信息。
步骤六：仪器维护1.测试结束后，关闭电源开关，并拔掉电源插头。
2.用干净布擦拭仪器表面，并注意去除杂质和灰尘。
3.对于仪器上的传感器和电极部分，应使用合适的清洁剂进行清洁。
4.定期检查仪器的电源线和连接线是否松动，如有松动应及时进行处理。
以上是静态电阻应变仪的使用方法。
使用者在操作过程中应仔细按照说明书进行操作，并注意仪器的维护与保养工作，以确保仪器的正常运行和测试结果的准确性。
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电阻应变仪
一．用途电阻应变仪是用来测量构件或机械零件变形（线变形）的仪器。
这种仪器具有灵敏度高、体积小、便于远距离测量等优点。
它是电测法的主要仪器，对于验证设计理论、检验工程质量，以及决定正确的设计方案，都简便可靠。
因此它被广泛地应用于各类工程的应力分析实验中。
二．基本原理电阻应变仪主要由电阻应变片和应变仪两部分组成。
其工作原理是，把非电量的变形变化转变为电量的变化，即利用贴在构件上的电阻应变片随同构件一起变形引起电阻的改变，通过电子仪器测量此电阻的改变量，就可以求得构件所贴部位的应变。
1．电阻应变片
电阻应变片由直径为0.02~0.05mm的康铜丝或
镍铬丝制成的。
为使合金丝在标距内获得较大的工作长度，通常将合金丝绕成栅型。
合金丝的两边贴以绝缘薄纸，以免与试件直接接触。
两端用直径为0.1~0.2mm 的铜丝引出，L为标距，通常为1~100mm。
一般电阻应变片的电阻值为120Ω。
使用时，用特制的胶水将电阻片贴在试件的欲测部位，当试件受力在该处沿电阻丝方向发生线变形时，电阻丝也随着一起变形（伸长或缩短），因而使电阻
丝的电阻发生改变（增大或缩小）。
从物理学可知，长度为，直径为的金属电阻丝，其电阻值为
若使金属电阻丝产生拉伸（或压缩）变形，则金属丝的长度、横截面积和电阻率都将变化，金属丝电阻值的相应变化量由下式求得
其中又有
，
所以
将等式两边除以得
实验证明，在金属丝弹性范围内，是一常数，故令
（称为灵敏系数）
于是，我们得到
式中K称为电阻应变片的灵敏系数，它的数值与电阻丝的材料及绕线方式有关，一般K值在2.0左右。
2．温度变化对应变片的影响和温度补偿片粘贴在测点上的应变片，若周围环境温度变化时，其电阻值也将产生改变，原因有二：
（1）敏感栅电阻值随温度而改变
温度时，敏感栅的电阻值为
——温度在零度是敏感栅的电阻值
——敏感栅的电阻温度系数
当温度改变为时，应变片的阻值将改变
（2）应变片线膨胀系数和测点材料线膨胀系数不同使应变片电阻变化
当温度改变为时，应变片敏感栅的长度变化：测点材料的
长度变化：长度变化的差值：因为，，所以因此，实验过程中如果温度变化，则应变片电阻的变化量为
在常温应变测量中，常利用电桥原理，采用温度补偿片来消除温度变化的影响。
所谓温度补偿片是将一个与测量应变片相同（型号、电阻值和灵敏系数均相同）的应变片粘贴在与测点材料相同的小块上，实验时将该小块放在测点附近，使其温度与测点温度相同。
把温度补偿片接在电桥的BC臂上。
设电桥处于平衡
状态，即。
当环境温度变化时，由于粘贴在测点的应变片和补偿应
变片的条件相同，它们因温度变化所产生的变化完全相同，即。
容易看出，电桥仍然满足平衡条件。
即温度变化不会破坏电桥的平衡状态。
这就消除了温度变化对应变测量的影响。
3．应变仪（或称指示器）
由应变引起的电阻变化很小，输出的信号电压非常微小，必须加以放大，才能推动一般电表将信号显示出来。
这种接收电阻变化、放大和显示的仪器叫应变
仪。
应变仪的基本原理为一惠斯登电桥，如图1所示。
此电桥是以电阻、、、作四个桥臂，一对角线上接有电源U，另一对角线上就有输出电压。
电桥平衡时，桥臂上各电阻间的关系应满足，这时，。
此时可以把电桥看作开路状态，因而有：
当某一桥臂电阻值发生变化时，如电阻应变片的电阻值随被测试件变形
发生的变化，使电桥失去平衡（即），在桥臂输出端就产生一信号
电压，
通常实验时，电桥的桥臂电阻应变片，故上式可以简化为：
则电桥输出电压
如果电桥的另一桥臂电阻应变片发生变化，例如
随着被测试件的变形发生变化，同样也会使电桥失去平衡。
此时电桥输出的电压为：
同样，如果电桥的桥臂电阻或发生变化，电桥的输
出电压为
因此，我们知道了测得桥臂输出端的电压变化（亦即桥臂电阻变化），即得到应变值ε，而且，随着不同桥臂的电阻变化，使输出的电压改变符号。
假设四个桥臂上的电阻同时感受变形，电桥的输出电压
应变仪的读数则为
测量对角线上电压变化，即（亦即桥臂电阻变化）的方法有两种，一
种是直接把加以放大，然后由电流计指针的偏转指示出来，这种方法称为直接读数法。
另一种是零读数法，这种方法是在桥臂及之间，安有可调滑线电阻，当改变而破坏电桥平衡时，则可调节滑线电阻，使、之值重新
分配，仍使电桥平衡（），这样从调节后的电阻读数即可得到的改变值，故称零读数法。
然而，使用最广泛的还是双桥调零式电路，它综合上述两种
电桥的优点而构成，其方框图如图3所示。
由电阻、、、构成工作桥（即测量桥），其工作原理和直接读数电桥一样。
而由电阻、、、构成读数电桥，其原理和零读法电桥一样。
当工作电桥电阻由变形引起变化时，DB端将不平衡，有电压产生，这时可通过调节读数电桥的电位器使读数电桥失去平衡，在db端产生一方向相反但其大小等于的电压，这样输
入变压器T1的初级电压之和为0。
读数电桥电位器的变化即反映了的电阻变化。
一般静态电阻应变仪（如YJ—5，YJ—25）都采用这种双桥法。
4．测量电桥的常用接法
(1)半桥接法，单臂工作此时，电阻为工作片，电阻为补偿片，、为普通电阻。
(2)半桥接法，双臂工作此时，电阻、均为工作片，、为普通电阻。
(3)全桥接法，相对双臂工作此时，电阻、为工作片，电阻、为补偿
片。
(4)全桥接法，四臂工作此时，电阻、、、均为工作片。
(5)串联式接法所谓串联式接法，就是单个桥臂中的电阻由串联的工作片或补偿片组成。
前面的4种电桥接法均可采用此方法。
下面结合本室常用的YJ—25型电阻应变仪来说明其使用方法。
YJ—25型电阻应变仪，其面板图如下图所示(另参见前面板图和后面板图)。
操作步骤1.根据测量实际，选择全桥测量或半桥测量。
参见电桥盒面板图。
使用时，将贴在构件上的电阻应变片（也称工作片）接在电桥盒的1、2接线柱上作为桥臂，将温度补偿片接在2、3接线柱上。
1和5、3和7、4和
8接线柱分别用连接片短接起来，电桥盒内两个无感绕线电阻、就作为电
桥的另外两个桥臂（若需要全桥测量，则分别取下1和5、3和7、4和8之间的连接片，将四个电阻应变片分别接到1和2、2和3、3和4、4和1接线柱上。
若多点测量可接P20R—25型预调平衡箱）。
2．接通电源，按下电源开关。
3．按下“基零”开关，调节“基零”电位器，使显示为±0000。
4．按上“测量”开关，将“粗、细”开关置于“细”，调节“电阻平衡”电位器，使显示为±0000。
若无法调节到±0000，则按下“粗”，继续调节“电阻平衡”电位器，直至显示为±0000为止。
5．调节灵敏系数读盘，使其指示为“2.00”。
6．将后面板开关拨置“标定”档，调节“灵敏度”电位器，使标定值显示为-1000με（注：必须使用电桥盒）。
然后将开关拨置“电桥盒”档。
7．反复几次调节平衡（零点）和标定值度数（-1000με）。
8．调节灵敏系数读盘，使其指示与所用电阻应变片的K值相同。
9．将“基零、测量”开关置在“测量”位置，即可开始测量。
10．进行加载，试件发生变形，的阻值跟着变化，电桥失去平衡，读数窗即
显示所测应变的数值。
但应注意，如果加载前已有初读数，则应从所得读数中减去初读数，才是所测的真实应变值。
“—”表示压应变，“+”表示拉应变。
需
要指出，应变仪示窗所显示的数字是根据公式，将电阻改变量换算为应变值后表示的，其最小值为应变，对普通钢材而言，一个字相当于正应力
11．测量完毕后，卸载并关闭电源。
注意事项
1．电桥盒上的所有接线点必须牢固可靠，不可松动，否则将增加接触电阻。
通电前检查电源接线是否正常。
2．实验过程中，连接线要保持不动，否则会改变线间电容，影响测量精度。
3．换测点时，可将测量开关拨置“基零”位置。