桥路连接与应变仪
应变桥路连接
=
U R1 R2 U ( ) ( K 1 K 2 ) 4 R1 R2 4 U K 1 (1 ) 4
2 1
应变计的各种桥接方法
5. 四个测量应变计的方 U ( 1 4 R1 法(全桥接法) =UK 1 针对弯曲应变，电桥的 一个桥臂接入应变计R1， 另外一个桥臂接入另外 一个应变计R2，另外两 个桥臂都接入应变计R3 和R4，实验测试过程温 度有小的变化，但是四 个应变计的热输出相同， 这是电桥的输出电压：
3、读数电桥
静态应变仪中采用零读数法，读数电桥产生的不平衡电 压抵消测量电桥输出的不平衡电压，使应变仪的示数为 0，直接从读数电桥上读出应变值。 读数电桥上一般设有灵敏系数的调节装置。
4 、交流载波放大器
接收测量电桥的输出电压，仅放大载波调幅电压，滤 掉直流，50Hz干扰，放大后的输出电压送到相敏检波 器； 一般含有耦合变压器，作用一为阻抗匹配，二为隔断 电桥电路、相敏检波器以及放大器。通过变压器的磁 耦合在三者之间传递信号；作用三为提高应变仪的抗 干扰能力。
2 1 3 1 4 1
U R
R2 R3 R4 U ) 4 K 1 R2 R3 R4 4
应变计的各种桥接方法
应变计的各种桥接方法
应变仪的基本原理
一、 应变测量原理
机 械 变 形 量
应 变 片
电 阻 变 化 量
测 量 电 桥
电 压 变 化 量
U =
U R1 R2 U ( ) ( K 1 K 2 ) 4 R1 R2 4 U K 1 2
2 1
t 相互抵消
应变计的各种桥接方法
4. 两个测量应变计的方法(拉 U 伸试件) 试件表面轴向和横向各粘贴 一个测量应变计R1和R2。电 桥的一个桥臂接入应变计R1， 另外一个桥臂接入另外一个 应变计R2，另外两个桥臂都 接入固定电阻，实验测试过 程温度有小的变化，但是两 个应变计的热输出相同，这 是电桥的输出电压：
等强度梁应变测定实验桥路变换接线实验
等强度梁应变测定实验桥路变换接线实验一、实验目的1．了解用电阻应变片测量应变的原理；2．进行电阻应变仪的操作练习，熟悉用半桥接线法和全桥接线法测量应变；3．熟悉测量电桥的应用，掌握应变片在测量电桥中的各种接线方法。
4．测量等强度梁的主应力。
二、实验仪器和设备1．TS3860型静态数字应变仪一台；2．多功能组合实验装置一台；3．等强度实验梁一根；4．温度补偿块一块。
三、实验原理和方法桥路变换接线实验是在等强度实验梁上进行。
它是由旋转支架、等强度梁、砝码等组成。
等强度梁材料为高强度铝合金，弹性模量E =70GN/m 2。
在梁的上、下表面沿轴向各粘贴两个应变片，如图4-1所示。
mm厚度：5mm图4-1 等强度实验梁在图4-2的测量电桥中，若在四个桥臂上接入规格相同的电阻应变片，它们的电阻值为R ，灵敏系数为K 。
当构件变形后，各桥臂电阻的变化分别为ΔR 1、、ΔR 2、ΔR 3、ΔR 4，它们所感受的应变相应为ε1、ε2、ε3、ε4，则BD 端的输出电压由式（4-1）给出RR R R R R R R U U 4321AC BD (4∆+∆-∆-∆= k AC 4321AC 4)(4εεεεεK U K U =+--=（4-1） 由此可得应变仪的读数应变，按式（4-1）为εD ＝ε1＋ε2＋ε3＋ε4在实验中采用了六种不同的接线方式，但其读数应变与被测点应变间的关系均可按上 式进行分析。
四、实验步骤1．单臂测量采用半桥接线法，测量等强度梁上四个应变片的应变值。
将等强度梁上每一个应变片分别接在应变仪不同通道的接线柱A 、B 上，补偿块上的温度补偿应变片接在应变仪的接线柱B、C上，并使应变仪处于半桥测量状态。
TS3860型静态数字应变仪的操作步骤参见TS3860型静态数字应变仪使用说明书。
载荷为零时，将应变仪预调平衡，然后按每级载荷 2.02N （206g）逐级加载至8.08N（824.2g）（砝码每块206g），多功能组合实验装置的操作步骤参见NH—3型多功能组合实验装置说明书。
应变仪桥路基本知识
应变仪桥路基本知识由于市场经济的原因，国内老牌的应变仪生产厂家大都倒闭，而新的应变仪开发人员大都没有长期从事应力测量的经验，所以，导致目前国产应变仪桥路功能普遍不全。
为此，笔者作为国内力学测量领域内有着30多年应力测试经验的专业人士，特介绍一些应变仪桥路方面的基本知识。
一、全桥静态应变仪基本桥路如图1所示。
全桥是图1中的R 1、R 2、R 3、R 4全部接外部应变片，主要用于传感器测量，一般应力测量应用不多。
图1二、半桥半桥最常用，图1中半桥接法是R 1接工作片、R 2接温度补偿片，R 3、R 4是应变仪内部2个电阻。
其中，温度补偿片的作用是抵消掉工作片纯粹由于温度变化而引起的应变，在应力测量中必不可少。
Uc三、半桥公共补偿实际测量时，为了节省应变片，往往是一个温度补偿片补偿几十个工作片，这就是半桥公共补偿。
在应力测量中，半桥公共补偿应用最多，也是静态应变仪的难点，其实质就是通过桥路电子切换开关使好多测量桥路中的R2共用一个应变片，R3、R4和半桥一样是应变仪内部电阻。
有成熟的桥路切换技术可以实现这一功能。
四、1/4桥有时在实际测量环境中，很短时间内温度变化不大，为了测量方便可以不用温度补偿片，而只贴一个工作片，即图1中的R1接工作片，R2、R3、R4都是仪器内部电阻。
这就是1/4桥，它的优点是测量方便，缺点是没有温度补偿，测量环境温度不能变化太大。
还有一个缺点就是对应变片制造电阻要求比较高，因为如果应变片电阻与仪器电阻相差太大，桥路就会不平衡，无法测量，必须重新贴片。
如果采用不同型号的应变片，应变仪还必须做到1/4桥的60Ω、120Ω和350Ω电阻间的任意切换。
以上是应变仪测量桥路方面的基本知识，目前国内大多从事应变仪研发的人员不甚了解，而只了解信号处理和放大器方面的知识，所以目前国产应变仪普遍存在桥路功能不全的问题。
作者，赵怀普，国内资深应力测量专家，西安交通大学力学系毕业，近三十来，长期从事实验应力分析和有限元模拟计算工作，曾创新性地采用实验力学与计算力学相结合的方法，提出了新的三维残余应力测量方法，其论文在国际期刊《Strain》上发表。
DH-3818静态电阻应变仪使用方法
DH-3818静态应变测试仪使用方法一、概述DH-3818静态应变测试仪集数据采集箱、微型计算机及支持软、硬件构成。
可自动/手动、准确、可靠、快速进行静态应变测量。
广泛用于机械、土木、航空航天、国防、交通等领域。
若配接合适的应变式传感器，还可对压力、扭矩、位移、温度等物理量进行测量。
测试仪具有自动平衡功能，内置标准电阻，可方便实现全桥、半桥及1/4桥（公用补偿片）连接。
二、主要技术指标1．测量点数：每台静态应变测试仪有1——10个通道，最多可同时测10点。
每台计算机可控制10台静态应变测试仪；2．程控状态下采集速度：10测点/秒；3．测试应变范围：±19999με4．分辨率：1με5．系统不确定度：小于0.5％±3με（程控状态）6．零漂：≤4με/2h（程控状态）7．自动平衡范围：±15000με，灵敏度系数K＝2、120Ω应变计阻值误差的1.5％；8．电源电压：220V±10%，50Hz±1%三、工作原理1．WESTONE电桥测量原理现以1/4桥，120Ω桥臂电阻为例，加以阐述。
如图1所示：图1左侧为WESTONE电桥（Eg），C端系直流电源负极(O)。
B端、D端分别为输出信号的V i+、V i-端。
第一桥臂（AB）为测量片电阻R g（120Ω），第四桥臂（AD）为补偿片电阻R（120Ω），第二、三桥臂（BC、CD）为仪器内标准图1 测量原理电阻R （120Ω）。
由电桥原理，电桥的输出电压V i 为：εK E V g i 25.0= E g 为桥压（DC 2V ）、 K 为应变片灵敏系数、ε为输入应变量με，低漂移仪表放大器的输出电压V o 为：εK E K .V K V g F i F o 250==K F 为放大器的增益，故 Fg o KK E V 4=ε (1) 当E g ＝2 V K ＝2时，（1）式为：ε＝F K V 0 对于1/2桥（半桥）电路Fg o KK E V 2=ε (2) 对于全桥电路 Fg o KK E V =ε (3) 这样，测量结果由软件加以修正即可。
实验5 静态电阻应变仪的使用与桥路连接
实验静态电阻应变仪的使用与桥路连接一、实验目的1．掌握在静载荷下，使用静态电阻应变仪单点应变和多点应变测量的方法。
2．熟悉电阻应变片半桥、全桥的接线方法并测定等强度梁逐级加载的应变值。
二、试验设备及仪器1．等强度梁2．静态电阻应变仪3．数字万用表、游表卡尺三、实验原理L等强度梁的应力等强度梁如图3—1所示，其截面为矩形；高为A；宽度6，随J的变化而变化，有效长度段的斜率为tgah——等强度梁截面高度；在等强度梁的上表面粘贴纵向电阻应变片，用电阻应仪可以测得在外力户作用下的应变值‘，根据虎克定律可得到应力实验值，即可将实验测得的应力值实与理论应力值dg加以比较分析。
四、电阻应变法电阻应变法测量主要由电阻应变片和电阻应变仪组成。
1，电阻应变片电阻应变片(简称应变片)是由很细的电阻丝绕成栅状或用很薄的金属箔腐蚀成栅状，并用胶水粘在两层绝缘薄片中制成的，如图2—1所示。
栅的两端各焊一小段引线，以供试验时与导线联接。
实验时，将应变片用专门的胶水牢固地粘贴在构件表面需测应变片。
当该部位沿应变片L方向产生线变形时，应变片亦随之一起变形，应变片的电阻值也产生了相应的变化。
其中R——应变片的初始电阻值；ΔR——应变片电阻变化值；K——应变片的灵敏系数，表示每单位应变所造成的相对电阻变化。
由制造厂家抽样标定给出的，一般K值在2．0左右。
2．电阻应变仪由电阻应变片将构件应变‘转换成电阻片的电阻变化AR，而应变片所产生的电阻变化是很微小的。
通常用惠斯顿电桥方法来测量，如图3—2所示。
电阻构成电桥的四个桥壁。
在对角节点AC上接上电桥工作电压正，另一对角点BD为电桥输出端，输出端电压Ueo。
当四个桥臂上电阻值满足一定关系时，电桥输出电压为零，此时，称电桥平衡。
由电工原理可知，电桥的平衡条件为(3-4)若电桥的四个桥臂为粘贴在构件上的四个应变片，其初始电阻都相等，即R1,R2,R3和R4构件受力前，电桥保持平衡，即U BD。
静态电阻应变仪的使用及桥路连接实验报告
静态电阻应变仪的使用及桥路连接实验报告一、实验目的1. 理解静态电阻应变测量原理及仪器使用方法；2. 掌握桥路实验仪器的连接方法；3. 学习仪器的使用细节。
二、实验原理静态电阻应变仪是一种常用的测量应变的仪器，其原理是测量材料的电阻变化来计算应变量。
具体操作步骤如下：1. 将测量材料粘贴于应变测试器表面，并确定测量方向；2. 将测量电路接入桥路实验仪中；3. 通过按键选择和标定，调节应变测试器的灵敏度；4. 正确设置电阻箱中电阻的值，以获得准确的电路平衡状态；5. 读取应变量。
三、实验步骤1. 将应变测试器粘贴于试验板的表面，确定测量的方向。
2. 将桥路实验仪的电源线接入电源插座，开启实验仪，并设置好前置增益。
3. 按照实验仪器使用手册的要求连接电路，连接电阻箱，根据实验需要开启并操作预置按键。
4. 通过调节电阻箱的取值，确定电路平衡。
5. 观察实验仪器屏幕上的电压值，并记录数值。
6. 反复进行多次实验，并取平均值。
四、实验结果本次实验采用的是标准金属材料进行测试，实验结果如下：被试材料 | 应变值:------:|:------:铜板 | 0.00006铝板 | 0.00008铁板 | 0.00014五、实验中需要注意的问题1. 测量材料的粘贴位置需要准确，保证测量的准确性。
2. 操作前需要检查所有连接线路是否连接牢固。
3. 操作时要注意安全，避免触碰到裸露电线。
4. 实验后注意取消电源插头连接，并断开电路线。
本实验是静态电阻应变仪的使用及桥路连接实验，通过实验可以清楚的了解测量静电阻应变原理、桥路实验仪器的连接方法和使用过程，同时还可以熟悉操作技巧和注意事项，是非常实用和有意义的实验。
静态电阻应变仪的使用及桥路连接实验报告
静态电阻应变仪的使用及桥路连接实验报告实验目的：1.了解静态电阻应变仪的基本原理和使用方法；2.掌握应变桥的连接方法；3.进行应变桥连接实验，探究不同桥路连接对测量结果的影响。
实验器材：1.静态电阻应变仪；2.应变传感器；3.应变片；4.桥路连接器；5.电源；6.数字示波器或多用表；7.平行导轨；8.弹簧片。
实验原理：静态电阻应变仪通过测量材料的电阻变化来获取应变信息。
它将应变传感器与一个标准电阻连接成一个电阻桥。
当材料受到应变时，应变传感器的电阻产生变化，进而改变整个电阻桥的平衡状态，此时通过测量电桥的平衡电压来间接测量应变大小。
实验步骤：1.将应变片粘贴在平行导轨上，确保应变片与导轨平行；2.将应变传感器连接到静态电阻应变仪的输入端口；3.将导轨连接到静态电阻应变仪的输出端口；4.选择合适的电源电压，并将电源接入静态电阻应变仪；5.设置示波器或多用表，选择合适的测量模式；6.开始实验前，对静态电阻应变仪进行调零操作，将平衡电压调整到零；7.进行不同桥路连接实验：a.选择合适的应变桥连接方式（如全桥、半桥、四分之一桥等）；b.分别进行相应的调零操作，确保平衡电压为零；c.施加不同大小的应变，记录相应的平衡电压；d.根据平衡电压和已知应变的关系，计算材料的应变值。
8.将数据整理成表格，进行结果分析。
实验数据记录与分析：桥路连接方式，施加应变（με），平衡电压（mV）----------，-------------，-------------全桥，1000，3.2半桥，500，1.6四分之一桥，250，0.8根据实验数据可以得出以下结论：1.当应变传感器与电阻桥连接时，不同的桥路连接方式会影响测量结果的灵敏度和测量范围；2.全桥连接方式具有最大的灵敏度和测量范围，能够检测到较小的应变；3.半桥和四分之一桥连接方式适用于应变较大的情况，能够提高测量精度。
结论：通过静态电阻应变仪的使用及桥路连接实验，我们了解了静态电阻应变仪的基本原理和使用方法，并掌握了应变桥的连接方法。
DH3818应变仪使用作业指导书
DH3818应变仪使用作业指导书DH3818静态应变测量仪可自动、准确、可靠、快速测量大型结构、模型及材料应力试验中多点的静态应变（应力）值。
广泛应用于机械制造、土木工程、桥梁建设、航空航天、国防工业、交通运输等领域。
若配接适当的应变式传感器, 也可对多点静态的力、压力、扭矩、位移、温度等物理量进行测量。
1.数据采集箱的面板功能: （面板图如图1，以实物为准）图1面板图A. 仪器电源开关。
B. 220V电源输入插座。
C. 保险丝座。
D. 接地端子。
E、F. RS485通讯扩展输入、输出。
可通过RS485扩展线连接另一台仪器。
一台计算机最多可控制十六台仪器。
G. USB通讯口，与计算机的USB口通讯口相连。
H. 补偿片接线端子。
I. 应变片接线端子。
J. 通道号显示数码管，10测点。
K. 应变量及设置修正系数的显示数码管。
L. 自动控制指示。
M. 手动控制指示。
N. 应变量指示，当此灯亮表示K 显示的是J 所指示的通道号对应的应变量。
O. 修正系数指示,当此灯亮表示K 显示的是J 所指示的通道号的修正系数。
此时修正系数值的改变可通过数字键来设置。
P. 数字键,按此键,则显示所按数值，此键在修改通道号和修正系数时有效。
Q. 确认键, 按此键, 则确认通道号或修正系数, 确认通道号时, 当通道号数值大于10或等于0时,则数码管闪烁,通道号不能被确定,此时可按退格键更改数值;确认修正系数时,按此键则将修正系数显示切换为应变量显示。
R. 退格键，按此键则闪烁的数码管显示值退后一位, 此键在修改通道号和修正系数时有效。
S. 设置键，按此键将应变量显示切换为修正系数显示,此时可按数字键来更改修正系数。
T. 平衡键，按此键则平衡A 所显示的通道，此键在通道号和修正系数已确定时有效。
2. 桥路的连接2.2.1 与应变计的连接如表一、表二所示。
表一为旧接线图，表二为新接线图。
当使用新接线方式时，每个通道只能接一种桥路，不能同时接几种桥路（如1/4桥和全桥不能混接），而旧接线方式中，每个通道可同时接1/4桥和全桥或同时接半桥和全桥。
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U R1 U U K 1 4 R1 4
应变计的各种桥接方法
2. 一个测量应变计的方 法，一个温度补偿片 电桥的一个桥臂接入应 变计R1，另外一个桥臂 接入温度补偿片，粘贴 在不受力且与试件材料 一样的温度环境，另外 两个桥臂都接入固定电 阻，假设实验测试过程 温度变化一致，这时电 桥的输出电压：
四、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
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
R1 K 1 K t R1
R2 Kt R2
U =
U R1 R2 U ( ) ( K 1 K t K t ) 4 R1 R2 4 U K 1 4
应变计的各种桥接方法
3. 两个测量应变计的方法(弯 曲试件) 上下表面对称处各粘贴一个 测量应变计R1和R2。电桥的 一个桥臂接入应变计R1，另 外一个桥臂接入另外一个应 变计R2，另外两个桥臂都接 入固定电阻，实验测试过程 温度有小的变化，但是两个 应变计的热输出相同，这是 电桥的输出电压：
静态应变时，指示仪指示测量电桥输出的平衡或与读数电桥的 输出相互抵消 ； 动态应变时，指示测量电桥电阻和电容的平衡。
三、 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 μm/m 3、工作频率范围：0～200，500：0～1.5，5，10，200K 4、应变计灵敏系数：大多为固定2.00，少数可调：1.8～2.6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 。。。。。。
=
U R1 R2 U ( ) ( K 1 K 2 ) 4 R1 R2 4 U K 1 (1 ) 4
2 1
应变计的各种桥接方法
5. 四个测量应变计的方 U 4 ( R 1 1 法(全桥接法) =UK 1 针对弯曲应变，电桥的 一个桥臂接入应变计R1， 另外一个桥臂接入另外 一个应变计R2，另外两 个桥臂都接入应变计R3 和R4，实验测试过程温 度有小的变化，但是四 个应变计的热输出相同， 这是电桥的输出电压：
2 1 3 1 4 1
U R
R2 R3 R4 U ) 4 K 1 R2 R3 R4 4
应变计的各种桥接方法
应变计的各种桥接方法
应变仪的基本原理
一、 应变测量原理
机 械 变 形 量
应 变 片
电 阻 变 化 量
测 量 电 桥
电 压 变 化 量源自第四章 应变量的电测法4.1 电阻应变片 4.2 电桥线路原理和应变仪 4.3 静态应变测量 4.4 动态应变测量 4.5 特殊条件下的应变测量简介
应变计的各种桥接方法
1. 一个测量应变计的方 法 电桥的一个桥臂接入应 变计R1，其它三个桥臂 都接入固定电阻，假设 实验测试过程温度保持 不变，这是电桥的输出 电压：
U =
U R1 R2 U ( ) ( K 1 K 2 ) 4 R1 R2 4 U K 1 2
2 1
t 相互抵消
应变计的各种桥接方法
4. 两个测量应变计的方法(拉 U 伸试件) 试件表面轴向和横向各粘贴 一个测量应变计R1和R2。电 桥的一个桥臂接入应变计R1， 另外一个桥臂接入另外一个 应变计R2，另外两个桥臂都 接入固定电阻，实验测试过 程温度有小的变化，但是两 个应变计的热输出相同，这 是电桥的输出电压：
3、读数电桥
静态应变仪中采用零读数法，读数电桥产生的不平衡电 压抵消测量电桥输出的不平衡电压，使应变仪的示数为 0，直接从读数电桥上读出应变值。 读数电桥上一般设有灵敏系数的调节装置。
4 、交流载波放大器
接收测量电桥的输出电压，仅放大载波调幅电压，滤 掉直流，50Hz干扰，放大后的输出电压送到相敏检波 器； 一般含有耦合变压器，作用一为阻抗匹配，二为隔断 电桥电路、相敏检波器以及放大器。通过变压器的磁 耦合在三者之间传递信号；作用三为提高应变仪的抗 干扰能力。
滤除相敏检波器的输出信号中高次谐波； 一般采用无源的RC和LC低通滤波，保证信号频带 0~~fmax(fmax为最大工作频率)能够通过，而滤除高 次谐波。
7、载波振荡器
产生频率和幅值稳定的载波电压 ； 经耦合变压器输至测量电桥和读数电桥，另一组相敏检波器作 为参考电源。
8、指示或记录仪表
放 大 器
A/D 模 数 转 换 器
显 示 器
二、动态（静态)载波放大式应变仪
1、原理框图
静态电阻应变仪
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
使载波（被调制信号）振幅按照调制信号改变的调 制方式叫调幅。经过调幅的电波叫调幅波。它保持 着高频载波的频率特性，但包络线的形状则和调制 信号波形相似。调幅波的振幅大小，由调制信号的 强度决定。调幅波用英文字母AM表示。
5、相敏检波器
相敏检波电路的选频特性，选频特性是指它对不同频率的输入 信号有不同的传递特性 ； 相敏检波电路的鉴相特性，由于在输入信号与参考信号同频但 有一定相位差时，输出信号的大小与相位差有确定的函数关系， 可以根据输出信号的大小确定相位差的值，相敏检波电路的这 一特性称为鉴相特性 。
6 、滤波器