XL2102系列动态电阻应变仪使用方法(秦皇岛协力科技).
应变电测法和电阻应变仪的使用方法
应变电测法和电阻应变仪的使用方法电阻应变仪是电测实验应力分析中,通过粘贴于结构构件上的应变计测量构件应变的专用仪器。
实验室当前使用的两种型号的电阻应变仪均是自动平衡的数字应变仪，单台应变仪一批次最多可以接入12枚粘贴于构件上的应变计,俗称有12个测量通道。
在材料力学实验中有9项实验分别用到电阻应变仪，它们是弯曲正应力实验；电测法测扭转切变模量G实验；扭弯组合变形主应力测定和内力素分离实验；压杆临界压力测定实验；动应力和冲击应力实验；4项创新实验：两种不同材料组成的胶接叠梁实验，预应力提高结构承载能力实验；构件在内压、弯曲、轴力联合作用下E，μ测定和内力分离实验；双肢压杆实验。
因此要求同学能正确掌握电阻应变仪的接线（组桥）和使用方法，它对高质量完成实验是非常重要的。
使用电阻应变仪进行电测应力分析实验的几点共性的规定1、实验室所有电测构件上应变计的引线均用不同颜色的导线以区分应变计的贴片位置和方向，在把它们接到电阻应变仪不同通道（有1，2，3…12共12个通道）接线排上时，一定要记录该通道所测应变是代表哪一点哪一方向的应变。
2、在进行静态多点应变测量（加一级载荷同时测量2个测点以上的应变）时，所有测点测量片的两根引线均接到应变仪不同通道接线排上的A,B接线柱上，温度补偿片单独接到应变仪最左边无测点通道号的公共补偿接线柱上。
3、多点应变测量接线时应遵循由上而下，同一高度的两枚应变计则先前而后，有环轴向应变计的先环向后轴向的原则，分别按顺序接到应变仪的1，2 (12)通道上。
这样便于在测量过程中及时进行比较及时纠正错误。
4、单点应变测量时，随便接到哪一个通道均可，测量片接A,B桥臂，补偿片接B,C桥臂。
5、粘贴于不同教学构件上的应变计灵敏系数可能不同，测量前均要对使用的应变仪进行灵敏系数设定（设定方法见应变仪具体介绍）。
6、所有接上应变计导线的接线柱必须拧紧，测量过程中不允许拉动导线，因是电阻变化转变成应变的测量，任何松懈的接线和测量中拉动导线都会引起接触电阻的变化，造成应变读数的变动。
动态应变仪的使用方法
动态应变放大器的操作方法软件使用说明前面讲述了YD-21和 YF-3型的调节方法，下面以YF-3型应变放大器为例详细讲述信号采集软件Vib'SYS的操作步骤。
7.1 数据采集仪的连接WS-P系列采集仪模拟输入采用标准的BNC接口可连接输出范围在5 V或10 V的模拟电压信号采集仪的所有输入通道的接地端是连接在一起的单端共地选择电压输出端，设定桥压为5V，连接通道一，7.2 启动程序：打开电脑：点击桌面上的图标，进入控制选项界面7.3 高速数据采集信号采集-----输入文件-----设定采集频率----开始通道----放大增益-----采集时间1 直接(手动)数据采集这种采集需要选择采集文件输入采集频率(Hz)采集时间(Sec)采集开始通道采集结束通道和程控增益参数当试验就绪以后按开始采集按钮开始采集采集过程将持续若干秒(采集时间参数) 选择高速数据采集按钮：进入高速采集控制界面：点击出现输入文件名对话框：输入文件名，此时文件扩展名为.AD,例如此时输入名称为YF3-800.点击保存，此时采集数据将会存放到你指定的地址（本例中存放在桌面）。
然后输入采样频率：800HZ，开始通道和结束通道均为1通道，采集放大增益为2。
注意：采样频率的设定一般是在测试之前实现估计被测的频率，在不知道的情况下建议取消值，如果取值过大则容易烧坏AD板，此处实验取800HZ。
增益放大倍数，使显示图形幅值在窗口三分之二以上的区域为最佳，增益取值也不可过大，否则容易溢出，或扩大本底噪音信号使采集失真。
采集时间：单位为秒，采集数据是跟采集频率和采集时间有关的，采集数据数量=采集频率×采集时间。
此处采集时间取100秒，那么采集数据=800×100=80000个数据。
建议采集时间设定不易太小一般在20秒以上否则采集图形不容易显示。
2 峰值触发采集采集的另一种方式就是触发采集，这种采集需要选择采集文件输入采集频率(Hz)每次触发的采集时间(Sec)采集开始通道采集结束通道程控增益触发峰值(电压伏)触发峰值控制通道和是否选择多次触发参数当试验就绪以后按开始触发采集按钮开始等待采集当模拟输入信号的幅值达到或超过触发峰值时开始次采集如果已选择多次触发采集方式那么采集继续等待下次触发采集，选择多次触发采集可应用于连续激励试验数据采集这样可只采集触发后的信号去掉多余的信号采集触发采集还采用了不丢头技术既触发峰值达到或超过触发峰值以后开始采集但同时也保存了触发点以前的一段信号使采集的信号是连续信号是在被测件发出某一指定信号时开始采集，一般是指当采集到的信号峰值达到某一值时开始采集。
XL2102系列动态电阻应变仪使用方法(秦皇岛协力科技)
XL2102系列动态电阻应变仪一、概述在研究结构或材料的应力时，不可避免的要使用到电阻应变仪。
电阻应变仪是测量结构及材料在载荷作用下变形的应力分析仪器。
使用应变仪将被测应变（一般几个微应变至几千微应变之间）转换成电阻率变化进行测量，最后用应变的标度显示出来。
应变仪按频率响应范围可分为静态应变仪、静动态应变仪、动态应变仪和超动态应变仪。
其中静态电阻应变仪和动态电阻应变仪应用较多。
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，测量应变频率范围10Hz以内的静载应变。
动态电阻应变仪应用于测量随时间变化的动态应变,其工作频率一般在10kHz以下。
超动态电阻应变仪多应用于测量爆炸，高速冲击等瞬态应变测量,其工作频率一般在10kHz以上。
动静态电阻应变仪实质上还是一款静态应变仪，只是兼做较低频率的单点动态应变测量，测量应变一般是静态或频率在200Hz以内的动态应变。
二、电阻应变仪基本工作原理电阻应变片作为电阻应变仪使用的测量用敏感元件，本身就是一个电阻式传感器，以本身的电阻变化来反映需要测量的机械应变，然后通过应变仪以应变大小的电信号显示出来。
电阻应变仪的基本电路包括电桥电路、放大器、功率放大器、低通滤波器和稳压电源等电路。
应变仪的功能：1）将应变片引进的相对电阻变化准确的变成电信号；2）将电信号进行放大；3）将放大后的电信号按应变量显示或指示出来。
动态应变仪电路组成及使用以我公司生产的XL2102系列动态电阻应变仪中XL2102A 动态电阻应变仪为例进行介绍。
动态应变仪由测量电桥、标定电路、放大器、滤波器等基本电路组成。
三、XL2102A动态电阻应变仪介绍3.1 XL2102A动态应变仪性能特点XL 2102A型动态电阻应变仪采用MCU控制桥路自动平衡，调零精度高，重复性好，可实现零点永久保存；四档直流供桥电压，测量范围宽、频响高。
XL2102A型动态应变仪可广泛应用于土木工程、桥梁、机械结构的实验应力分析，结构及材料任意点变形的应力分析。
动态应变仪使用说明书
动态应变仪使用说明书动态应变测试仪使用说明书目录一、概述二、使用说明三、技术指标四、注意事项五、故障及解决方案六、仪器附件一、概述动态应变仪是一种具有自动平衡功能的动态电阻应变仪，主要用于实验应力分析及动力强度研究中，对结构及材料的任意变形进行动态应变测量。
通道数量可以2、4、6、8自由组合。
体积小重量轻，便于携带和搬运。
采用直流供桥，电桥采用六线制，有长导线补偿功能。
仪器频带宽、校准方便，配接不同类型的应变片及应变式传感器，可以实现应力、拉压力、速度、加速度、位移、扭矩等多种物理量的测量。
动态应变仪具有如下特点：1、可以2、4、6、8通道组合，体积小。
2、桥路自动平衡，平衡时间约2秒，平衡范围大于±5000με3、采用拨盘开关校准，准确方便。
4、供桥电压采用六线制，自动修正长导线测量时引入的误差。
5、频带宽：频响范围DC-300kHz（+0.5dB，－3dB）。
6、测量精度高，噪声低，稳定性好，抗干扰能力强。
7、器件集成度高，性能稳定可靠。
二、使用说明1、测试方框图动态应变放大器可以配接各种类型的应变片及应变式传感器。
其典型测试方框图如图1所示：232、面板说明通道前面板通道后面板3、操作前准备① 仪器通电之前，先将桥盒接成全桥，把桥盒的航空插头插入通道的航空插座内，旋紧。
② 使用220V 50Hz 市电供电，电源线一端插入仪器电源插座，另一端接入市电，然后将电源后面板的电源开关置“开”位4 反馈+2 激励-3 信号+5 反馈-6 信号-7 屏蔽线1 激励+置，电源即接通。
这时将要使用的通道电源置于“开”（向上扳），随即该通道的前面板的工作指示灯亮了，进入工作状态。
③各通道的电源开关为省电而设置，把不使用的通道的电源开关置于“关”的位置，再把桥盒的输入插头拔掉，这样该通道的±12V电源和桥压都被关掉了。
4、操作说明（1）电源部分①电源前面板设有3?位液晶显示数字面板表，供仪器各通道调零指示和校准值指示之用，下设两个开关，左边为通道选择开关，可选择测量1—10个通道中任一通道的零点或校准应变值。
动态应变仪的使用及应变式测力
动态应变仪的使用及应变式测力实验用具：1、悬臂梁，加载砝码。
2、应变片、数字万用电表、502胶水等贴片材料及在补偿块一个。
3、测量连接导线。
电烙铁和接线端子。
4、LC1004动态应变仪。
实验目的：1、掌握动态应变仪的工作原理和使用方法。
2、掌握电阻应变片在电桥中的接法。
3、掌握在静载荷下使用应变仪的单点应变测量方法。
4、学会在动载荷下使用应变仪的应变测量分析方法。
实验原理：悬臂梁：梁的一端为不产生轴向、垂直位移和转动的固定支座，另一端为自由端。
在工程力学受力分析中，比较典型的简化模型。
在实际工程分析中，大部分实际工程受力部件都可以简化为悬臂梁。
金属箔式应变片。
金属导体的电阻随着它所受机械形变（伸长或缩短）的大小而发生变化，其原因是导体的电阻与材料的电阻率以及它的几何尺寸（长度和截面）有关。
由于导体在承受机械形变过程中，其电阻率、长度和截面都要发生变化，从而导致其电阻发生变化，因此电阻应变片能将机械构件上应力的变化转换为电阻的变化。
电阻丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值发生变化，这就是电阻应变效应。
描述电阻应变效应的关系式为：∆R / R = Kε式中：∆R / R 为电阻丝电阻相对变化，K为应变灵敏系数，ε = ∆L / L为电阻丝长度相对变化。
应变片可以把应变的变化转换为电阻的变化。
为了显示和记录应变的大小，还需把电阻的变化再转换为电压或电流的变化。
最常用的测量电路为电桥电路。
将应变片粘贴到受力的力敏型弹性元件上, 当弹性元件受力产生变形时,应变片产生相应的应变, 转化成电阻变化。
将应变片接成如图所示的电桥，力引起的电阻变化将转换为测量电路的电压变化, 通过测量输出电压的数值, 再通过换算即可得到所测量物体的变形。
电桥的四个臂上接工作应变片，都参与机械变形，同处一个温度场，温度影响相互抵消,电压输出灵敏度高。
当 4 个应变片的材料、阻值都同时变化时，可推导出以下公式：实验步骤：一、接线：连接电源，应变仪及电桥盒的各接线。
动态电阻应变仪原理、检定及维护
动态电阻应变仪原理、检定及维护摘要：文章介绍了动态电阻应变仪工作原理及应用、阐述检定步骤，总结使用和维护注意事项。
关键词：动态电阻应变仪；原理；检定；维护1 动态电阻应变仪的原理及应用应变仪是测量结构及材料在荷载作用下变形的应力分析仪器。
如果配备相应的传感器，也可测量力、压力、扭矩、位移、振幅等物理量或物理量变化过程。
它是实验应力分析的可靠工具。
应变仪按其测量应变变化频率范围可分为静态应变仪和动态应变仪。
动态电阻应变仪应用于测量随时间变化的动态应变，其工作频率一般在5千赫兹以下。
它由测量电桥、放大器和滤波器等组成。
动态应变仪要与记录器配套使用，记录结果可直接反映被测应变信号的大小和变化。
常用动态应变仪有：江苏东华测试技术股份有限公司生产的dh5908g无线动态应变测试分析系统，日本生产的pcd-300动态应变仪，北京东方振动和噪声技术研究所生产的sa-4动态应变仪，日本生产的dra-107a动态数据采集仪，德国生产的cronos-pl2-dio动态应变仪。
动态应变仪应用实例有：飞机发动机涡轮转子叶片台架试验，用高温应变计测叶片动应力，模拟返回舱结构在起吊和运输过程中动应力测试，空调机管路动应力测试，铁路机车转向架构架动应力测试。
2 动态电阻应变仪的检定步骤由于电阻应变仪的广泛使用，对电阻应变仪进行定期校准或检定，以确保其测量结果的准确、可靠是十分必要的。
根据jjg 623-2005《电阻应变仪》检定规程，动态电阻应变仪后续检定需要检定外观和开关状态、示值误差、非线性误差、标定值误差、衰减误差、频响误差、低通滤波器滤波特性、零位漂移和示值稳定性等项目。
其检定一般步骤和方法如下：（1）按仪器说明书所规定的方法接线，预热，对应变仪外观和开关状态进行检查，然后将动态应变仪进行零位平衡和灵敏度调定。
（2）示值误差检定：若被检应变仪系统由“应变仪+数据采集器+计算机”组成，则需进行该项检定。
用标准模拟应变量校准器给出被检定点的标准应变值，从计算机上读取该应变读数值，计算被检应变仪系统示值误差。
XL2102系列动态电阻应变仪使用方法
XL2102系列动态电阻应变仪使用方法首先，准备工作：1.确认测试材料的性质、尺寸和形状，并根据实际情况选择合适的电阻片和接线板。
2.准备好所需的测试环境，保证仪器在稳定的环境中工作。
其次，接线连接：1.将电阻片的接线板与电子称重仪连接。
2.将加载杆的端部与测试材料连接。
3.将数据采集仪与电子称重仪连接。
然后，校准仪器：1.打开电子称重仪和数据采集仪，并根据说明书进行初始化设置。
2.在“设备校准”菜单中，选择合适的测试模式和参数。
3.将已知负荷加到测试材料上，并记录相应的电阻值。
4.根据测量结果调整电子称重仪和数据采集仪的参数，再次进行校准，直到测量结果与实际负荷相匹配。
接下来，进行实际测试：1.在“新建测试”菜单中，输入测试材料的相关信息，如名称、尺寸、加载方式等。
2.根据实际需求选择测试类型，如静态拉伸、静态压缩、动态拉伸等。
3.设置测试参数，如加载速率、加载范围等。
4.开始测试，仪器将自动加载并记录测试数据。
5.测试完成后，保存测试数据，并进行后续数据处理和分析。
最后，注意事项：1.在使用XL2102系列动态电阻应变仪时，应遵循仪器的使用规范和安全操作指南。
2.使用前，请确保仪器及配件的完整性和正常工作状态。
3.在测试过程中，避免突发电源中断和仪器受到外界干扰。
4.定期对仪器进行保养和维护，保证其长期稳定的工作性能。
总结而言，正确使用XL2102系列动态电阻应变仪需要进行准备工作、接线连接、仪器校准、实际测试和注意事项等步骤。
只有正确操作和熟练掌握仪器的使用方法，才能获得准确可靠的测试结果。
《电阻应变仪》课件
应变是指物体在外力作用下发生 的形变，而电阻应变仪则是通过 测量电阻的变化来间接测量应变 。
电阻应变仪的原理
金属丝或应变片在受到外力作用时， 会发生形变，从而导致其电阻值发生 变化。
电阻应变仪通过测量这种电阻变化， 并利用一定的转换关系，可以推算出 物体的应变值。
电阻应变仪的应用
在结构健康监测中，电阻应变仪 可以用于监测桥梁、大坝、高层 建筑等大型结构的应变情况，及 时发现潜在的结构安全隐患。
3
科研领域
在材料科学、生物医学等科研领域，电阻应变仪 的应用将为科学研究提供更加精准的数据支持。
在振动测试中，电阻应变仪可以 用于测量物体的振动位移、速度 或加速度等参数。
电阻应变仪广泛应用于结构健康 监测、压力测量、振动测试、材 料力学等领域。
在压力测量中，电阻应变仪可以 用于测量气体或液体的压力。
在材料力学中，电阻应变仪可以 用于研究材料的力学性能，如弹 性模量、泊松比等。
01
电阻应变仪的结构 与功能
电阻应变片的原理与构造
电阻应变片
由敏感栅、基底、覆盖层和引线 组成，用于将应变转换为电阻变 化。
工作原理
当应变片受到外力作用时，敏感 栅发生形变，导致电阻值发生变 化，通过测量电路检测电阻变化 即可得到应变值。
测量电路的工作原理
01
02
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桥式电路
将应变片接入惠斯通电桥 ，通过调节电桥平衡，得 到与应变值成正比的电压 输出。
放大器
将电桥输出的微弱电压信 号放大，便于后续的信号 处理和显示。
模数转换器
将模拟的电压信号转换为 数字信号，便于计算机处 理和存储。
电阻应变仪的测量精度与误差分析
测量精度
动态力学测试仪的使用教程
动态力学测试仪的使用教程引言：动态力学测试仪是一种广泛应用于工程实践和科研领域的测试仪器，它可以对各种材料和结构在外部力作用下的动态响应进行精确测量和分析。
本文将介绍动态力学测试仪的基本原理、使用方法以及注意事项，帮助读者更好地理解和应用该仪器。
1. 动态力学测试仪的基本原理动态力学测试仪基于牛顿第二定律和震动理论，通过测量测试对象在受力下的运动参数，如速度、加速度和位移，来评估其动态响应特性。
仪器通常包括传感器、数据采集系统和分析软件等组成部分。
2. 使用方法2.1 准备工作在使用动态力学测试仪之前，需要对仪器进行适当的准备工作。
首先，检查仪器的各个部件是否完好，并确保其与电源的连接稳定。
其次，调整传感器和测量系统的参数，以适应测试对象的特性和要求。
2.2 安装测试对象将测试对象安装在测试台或夹具上，并使用适当的固定装置确保其稳定性和正确位置。
根据测试需求，可采用不同的安装方式，如剪切、拉伸或弯曲等。
2.3 进行数据采集启动数据采集系统，并根据测试要求设置合适的采样频率、时间段和通道数等参数。
保持测试环境稳定，避免外部干扰对测试结果的影响。
2.4 进行动态测试应用外部力对测试对象进行激励，例如施加冲击、振荡或载荷。
同时，动态力学测试仪将实时记录和测量测试对象在受力下的动态响应，包括位移、速度和加速度等。
2.5 数据分析与处理通过数据采集系统将得到的测试数据导入分析软件中，进行数据处理和分析。
常见的分析方法包括频域分析、时域分析和模态分析等，根据需要选取合适的方法进行深入研究和评估。
3. 使用注意事项在使用动态力学测试仪时，需要注意以下几点：3.1 安全操作。
遵守相关的安全规范和操作流程，确保测试过程中人员和设备的安全。
3.2 选择合适的传感器和设备。
根据测试对象的特性和要求，选择适当的传感器和设备，并确保其质量和性能符合要求。
3.3 调试和校准。
在测试前进行系统的调试和校准，以确保仪器的准确性和可靠性。
电阻应变计的技术要求试验方法及应变电测
2 电阻应变计的各项工作特性和技术要求
2.1 电阻应变计的各项工作特性
电阻应变计主要用于测量结构或机械部件应力应变和作为传感器中的敏感元件，这两大类用途对电阻
应变计的工作特性要求用所不同，电阻应变计具有多项工作特性，对于常温，中温，高温和低温不同工作
2.2 电阻应变计各项工作特性的技术要求
电阻应变计各单项工作特性应符合国家标准规定的技术要求指标，新修订的《金属粘贴式电阻应变计》
∗ 作者简介：沈观林(1935-)，男，上海人，教授，主要从事实验固体力学和复合材料力学研究和教学。
1
国家标准规定单项工作特性分为 A，B，C 三级，电阻应变计分静态和动态两种使用，静态使用又分为两 种，一种用于应力分析，另一种用于传感器作敏感元件，下面表 1 列出用于应力分析的应变计单项技术指 标，表 2 列出用于传感器的应变计单项技术指标。
胀系材料配合的各种温度自补偿应变计：例如分别配合低炭钢、不锈钢、铝合金的电阻应变计(型号
FLA-X-11，FLA-X-17，FLA-X-23 等)，供用户选用。
每批应变计抽样检测若干枚安装(粘贴)在某种线膨胀系数的试件上，置于均匀缓慢升温环境中，在试
件上安装一热电偶测温度，环境升温过程中，一边测量各应变计热输出 ε Ti ，同时测试件温度，取各应变
温度范围使用的电阻应变计又有不同工作特性项目，这里单列出常温电阻应变计的工作特性项目：
(1)灵敏系数
(2)应变计电阻值
(3)热输出
(4)横向效应系数
(5)灵敏系数的温度系数 (6)漂移
(7)蠕变
(8)机械滞后
(9)疲劳寿命
(10)绝缘电阻 (11)应变极限
新应变仪使用说明
附录三 电阻应变测量技术及YJ-4501 静态数字电阻应变仪简介一、电阻应变测量技术简介 1、测量原理电阻应变测试方法是用电阻应变片测定构件的表面应变，再根据应变—应力关系（即电阻应变效应）确定构件表面应力状态的一种实验应力分析方法。
这种方法是以粘贴在被测构件表面上的电阻应变片作为传感元件，当构件变形时，电阻应变片的电阻值将发生相应的变化，利用电阻应变仪将此电阻值的变化测定出来，并换算成应变值或输出与此应变值成正比的电压（或电流）信号，由记录仪记录下来，就可得到所测定的应变或应力。
2、电阻应变片电阻应变片一般由敏感栅、引线、基底、覆盖层和粘结剂组成，图1所示为其构造简图。
图1 电阻应变片基本构造示意图3、测量电路原理通过在试件上粘贴电阻应变片，可以将试件的应变转换为应变片的电阻变化，但是通常这种电阻变化是很小的。
为了便于测量，需将应变片的电阻变化转换成电压（或电流）信号，再通过电子放大器将信号放大，然后由指示仪或记录仪指示出应变值。
这一任务是由电阻应变仪来完成的。
而电阻应变仪中电桥的作用是将应变片的电阻变化转换成电压（或电流）信号。
电桥根据其供电电源的类型可分为直流电桥和交流电桥，下面以直流电桥为例来说明其电路原理。
（1）电桥的平衡直流电桥如图2所示，电桥各臂R 1、R 2 、R 3、R 4、可以全部是应变片（全桥式接法），也可以部分是应变片，其于为固定电阻，如当R 1、R 2 为应变片，R 3、R 4接精密无感固定电阻时，称为半桥式接法。
图2 惠斯登电桥桥入AC 端的供桥电压为E ，则在桥路BD 端的输出电压为 ：()()E R R R R R R R R E R R R R R R U 43214231434211++-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-+=由上式可知，当桥臂电阻满足：4231R R R R =时，电桥输出电压U=0，称为电桥平衡。
（2）电桥输出电压设起处于平衡状态的电桥各桥臂（应变片）的电阻值都发生了变化，即111R R R ∆+→， 222R R R ∆+→， 333R R R ∆+→，444R R R ∆+→此时电桥输出电压的变化量为：44332211R R UR R U R R U R R U U ∆∂∂+∆∂∂+∆∂∂+∆∂∂≈∆可进一步整理为：()()ER R R R R R R R R R R R R R R R U ⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∆-∆++⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∆-∆+≈∆443324343221122121对以下两种常用的测量电路，该输出电压的变化可作进一步简化： （a ）全等臂电桥在上述电桥中，各桥臂上的应变片的起始电阻值全相等，灵敏系数K 也相同，于是⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∆-∆+∆-∆≈∆443322114R R R R R R R R E U ，以()n n n K R R ε=∆代入，得()()()()()43214εεεε-+-≈∆KEU（b ）半等臂电桥当R 1、R 2为起始电阻值和灵敏系数K 都相同的应变片，R 3、R 4接精密无感固定电阻，此时()()()21221144εε-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∆-∆≈∆KE R R R R E U（3）电桥电路的基本特性(a) 在一定的应变范围内，电桥的输出电压U ∆与各桥臂电阻的变化率RR∆或相应的应变片所感受的（轴向）应变)(n ε成线性关系；(b) 各桥臂电阻变化率 RR∆或相应的应变片所感受的应变)(n ε对电桥输出电压的变化的U ∆影响是线性叠加的，其叠加方式为：相邻桥臂异号，相对桥臂同号。
电阻应变计的原理及使用
第2章 电阻应变计的原理及使用2.1 电阻应变计的工作原理电阻应变计习惯称为电阻应变片，简称应变计或应变片。
出现于第二次世界大战结束的前后，已经有六十多年的历史。
电阻应变计的应用范围十分广泛，适用的结构包括航空、航天器、原子能反应堆、桥梁、道路、大坝以及各种机械设备、建筑物等；适用的材料包括钢铁、铝、木材、塑料、玻璃、土石、复合材料等各种金属及非金属材料。
并且，它不仅适用于室内实验、模型实验，还可以在现场对实际结构或部件进行测量，这些特点是任何一种传感元件或传感器所不能比拟的。
另外，它在对结构和设备的安全监测方面也有广泛的应用前景。
电阻应变计是一种用途广泛的高精度力学量传感元件，其基本任务就是把构件表面的变形量转变为电信号，输入相关的仪器仪表进行分析。
在自然界中，除超导外的所有物体都有电阻，不同的物体导电能力不同。
物体电阻的大小与物体的材料性能和几何形状有关，电阻应变计正是利用了导体电阻的这一特点。
电阻应变计的最主要组成部分是敏感栅。
敏感栅可以看成为一根电阻丝，其材料性能和几何形状的改变会引起栅丝的阻值变化。
设一根金属电阻丝，其材料的电阻率为ρ，原始长度为L 。
不失一般性，假设其横截面是直径为D 的圆形，面积为A ，初始时该电阻丝的电阻值为R ：AL R ρ= （2-1） 在外力作用下，电阻丝会产生变形。
假设电阻丝沿轴向伸长，其横向尺寸会相应缩小，横截面的半径减少导致横截面面积发生变化。
导线的横截面原面积为42D A π=，其相对变化为 L dL DdD A dA μ22−== （2-2） 其中μ为金属丝材料的泊松比。
dL/L 为金属导线长度的相对变化，用应变表示，即：LdL =ε ( 2-3 ) 在电阻丝伸长的过程中所产生的电阻值的变化成为：(εμρ)ρρρ21++=−+=d A dA L dL d R dR （2-4） 在式中，前一项是由金属丝变形后电阻率发生变化所引起的；后一项是由金属丝变形后几何尺寸发生变化所引起的。
电阻应变计的原理及使用
丝绕式
箔式应变片:
光刻腐蚀工艺 :用厚为0.003～ 0.01mm的康铜或镍铬箔片，涂以底 胶，利用光刻技术腐蚀成栅状，再 焊上引出线涂上复盖层。
尺度准确,线条均匀,灵敏系数/电阻值离散 性低
丝栅面积扁而平,横向效应小,粘结面积大, 粘结牢靠,散热性好,可准确稳定传递变形; 减小零点漂移
9）然后立即涂上防护层（硅橡胶或者凡士林或 者914环氧树脂或者石蜡）
2.3 应变片的工作特性
（一）电阻丝的应变效应
定 义：
（W.Thomas）金属丝（大部分）受 到拉伸（或缩短）时，电阻值会增 大（或减小），这种电阻值随变形 发生变化的物理现象------电阻应变 效应
规律
：在一定的变形范围内电阻值的相对变化（电 阻变化率）与其长度的相对变化（应变）之间 保持线性关系，而且对拉压应变是一样：
可用不同的导体材料制成应变片，目前主要有金属 电阻应变片和半导体应变片两类。
大部分金属合金丝的灵敏系数(2--4)。
2.5 应变片的工作特性：
应变片的灵敏系数：单向应力，轴向应变
片的电阻变化与轴向应变之比。
机械滞后：对贴应变片的试件反复加载， 其特性曲线不重合。
蠕变：恒定力；应变－时间的变化 零点漂移：不受力，恒定温度，应变－时
普通级：教学 精密级： 高精度传感器和精密测试 高精密级
2.6 粘贴应变片工艺：
粘贴工艺: 1）用砂布或打磨机打磨，除去油漆和锈迹
，形成光滑而又不是抛得很光的表面。 2）用侵有溶剂（丙酮）的纱布或脱脂棉
擦洗，除去油脂痕迹。 3）用碱性溶液处理表面，使表面对粘合
剂有适当得的化学亲和力。 4）在试件上标出应变片粘贴位置（划线
与成近似线
应变片的粘贴和动态应变仪的使用
手动平衡
测量上限 器耦合方式开关置于“直流”模式。“
自动平衡
频率Hz 输出放大倍数”旋钮置于位置“1”，
放大器耦合 模式
“上限频率” 旋钮置于位置“1kHz”
动态应变仪面板图
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实验二—应变片的粘贴和动态应变仪的使用
（3）动态应变仪的调节使用
打开YE3815A的电源开关， 四位LED显示器灯亮，预热
R4
IN+ R2 V-
R3
Uo
IN-
实验二—应变片的粘贴和动态应变仪的使用
三、实验原理与结构
其中U为桥压，K为应变片的灵敏系数。若经电阻应变仪 作为信号转换后送到记录仪器，就能得到反映被测物理量 变化规律的电压量。
R1 U V+
IN+ R2 V-
R4
R3
Uo
IN-
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实验二—应变片的粘贴和动态应变仪的使用
剥去导线两端塑料皮，涂上焊锡
• 用胶布将导线固定在梁上，用电烙铁把应变片引出线和 测量线焊牢，并用万用表检查线路是否通畅。
• 参照电桥盒的连线图，1/4桥，1/2桥见下图1。如果全 桥测量，断开短路片，连线方式见下图2。
R1
R2
R1
R2
R3
V+
IN+
V-
IN-
V+ IN+
V-
IN-
R4
120Ω 120Ω
半桥邻臂实 验记录
实验二—应变片的粘贴和动态应变仪的使用
五、实验记录及数据处理
单臂测量实验记录
半桥对臂测量实验记录
半桥邻臂实验记录
全桥实验记录
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动态应变仪使用说明书
动态应变测试仪使用说明书目录一、概述二、使用说明三、技术指标注意事项四、五、故障及解决方案六、仪器附件一、概述动态应变仪是一种具有自动平衡功能的动态电阻应变仪，主要用于实验应力分析及动力强度研究中，对结构及材料的任意变形进行动态应变测量。
通道数量可以2、4、6、8自由组合。
体积小重量轻，便于携带和搬运。
采用直流供桥，电桥采用六线制，有长导线补偿功能。
仪器频带宽、校准方便，配接不同类型的应变片及应变式传感器，可以实现应力、拉压力、速度、加速度、位移、扭矩等多种物理量的测量。
动态应变仪具有如下特点：1、可以2、4、6、8通道组合，体积小。
2、桥路自动平衡，平衡时间约2秒，平衡范围大于±5000με3、采用拨盘开关校准，准确方便。
4、供桥电压采用六线制，自动修正长导线测量时引入的误差。
5、频带宽：频响范围DC-300kHz（+0.5dB，－3dB）。
6、测量精度高，噪声低，稳定性好，抗干扰能力强。
7、器件集成度高，性能稳定可靠。
二、使用说明1、测试方框图动态应变放大器可以配接各种类型的应变片及应变式传感器。
其典型测试方框图如图1所示：应变片数据采应变花动态集器及应变仪计算机应变式加速度计、压拉力、力、扭矩传感器1图 22、面板说明1 激励+2 激励-123 信号+354674 反馈+5 反馈-6 信号-7 屏蔽线kHz）（通道后面板通道前面板操作前准备3、仪器通电之前，先将桥盒接成全桥，把桥盒的航空插头①插入通道的航空插座内，旋紧。
市电供电，电源线一端插入仪器电源插220V 50Hz使用②座，另一端接入市电，然后将电源后面板的电源开关置“开”位 3 置，电源即接通。
这时将要使用的通道电源置于“开”（向上扳），随即该通道的前面板的工作指示灯亮了，进入工作状态。
③各通道的电源开关为省电而设置，把不使用的通道的电源开关置于“关”的位置，再把桥盒的输入插头拔掉，这样该通道的±12V电源和桥压都被关掉了。
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XL2102系列动态电阻应变仪一、概述在研究结构或材料的应力时，不可避免的要使用到电阻应变仪。
电阻应变仪是测量结构及材料在载荷作用下变形的应力分析仪器。
使用应变仪将被测应变（一般几个微应变至几千微应变之间）转换成电阻率变化进行测量，最后用应变的标度显示出来。
应变仪按频率响应范围可分为静态应变仪、静动态应变仪、动态应变仪和超动态应变仪。
其中静态电阻应变仪和动态电阻应变仪应用较多。
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，测量应变频率范围10Hz 以内的静载应变。
动态电阻应变仪应用于测量随时间变化的动态应变, 其工作频率一般在10kHz 以下。
超动态电阻应变仪多应用于测量爆炸，高速冲击等瞬态应变测量, 其工作频率一般在10kHz 以上。
动静态电阻应变仪实质上还是一款静态应变仪，只是兼做较低频率的单点动态应变测量，测量应变一般是静态或频率在200Hz 以内的动态应变。
二、电阻应变仪基本工作原理电阻应变片作为电阻应变仪使用的测量用敏感元件，本身就是一个电阻式传感器，以本身的电阻变化来反映需要测量的机械应变，然后通过应变仪以应变大小的电信号显示出来。
电阻应变仪的基本电路包括电桥电路、放大器、功率放大器、低通滤波器和稳压电源等电路。
应变仪的功能：1）将应变片引进的相对电阻变化准确的变成电信号；2）将电信号进行放大；3）将放大后的电信号按应变量显示或指示出来。
动态应变仪电路组成及使用以我公司生产的XL2102系列动态电阻应变仪中XL2102A 动态电阻应变仪为例进行介绍。
动态应变仪由测量电桥、标定电路、放大器、滤波器等基本电路组成。
三、XL2102A 动态电阻应变仪介绍3.1 XL2102A动态应变仪性能特点XL 2102A型动态电阻应变仪采用MCU 控制桥路自动平衡，调零精度高，重复性好，可实现零点永久保存；四档直流供桥电压，测量范围宽、频响高。
XL2102A 型动态应变仪可广泛应用于土木工程、桥梁、机械结构的实验应力分析，结构及材料任意点变形的应力分析。
配接压力、拉力、扭矩、位移和温度传感器，可对上述物理量进行测试。
在材料研究、机械制造、水利工程、铁路运输、土木建筑及船舶制造等行业得到了广泛应用。
1. 数字化智能设计，操作简单，使用方便2. 测量通道可选4、6、8路，多通道组合式铝合金框架结构3. 按键自动平衡，精确调零，掉电后自动保持平衡值4. 内置高精度放大器、A/D转换器等优选电路，工作稳定可靠5. 测量电桥接线端子为台湾町洋公司出品，经久耐用，耐磨损3.2 XL2102A动态应变仪结构组成3.2.1 XL2102A动态应变仪系统组成XL2102A 动态应变仪由测量电桥盒、标定电路、放大电路、低通滤波电路、桥路平衡电路、显示电路、过荷指示电路及供电电源等电路组成。
测量电桥盒：通过电桥盒将试件上应变片合理组桥后，将应变片产生的微小电阻变化，转换成电压信号供放大器进行放大。
标定电路：动态应变仪测量的应变是随时间迅速变化的，不可能在使用显示电路来显示测量的应变值。
因此采用标定的方法来确定已记录的波形对应的应变值，该标定方法使用灵活不受应变仪测量电桥桥臂阻值的影响，可以随时进行应变仪的标定。
XL2102A 动态应变仪采用的是标定电桥法进行应变仪测量前的标定，标定电桥采用精密电阻。
该款应变仪给定两组校准应变值（500με/1000με），通过拨动应变仪前面板上的功能选择及校准值开关选择应变仪的工作状态以及校准值。
放大电路：由于测量的应变在电桥的输出电压仅为微伏至毫伏级，一般的电子仪器难以测量，因此必须通过放大器将电桥盒输入来的微小电压信号进行放大达到适合观测和处理的信号。
低通滤波电路：经放大器放大的信号包含有包络线与被测信号线，其整个波形含有载波的倍频和其他高频成分的波形，通过该滤波电路将不需要的高频信号滤掉，以得到标准的测试信号。
桥路平衡电路：当应变片接到电桥盒上时，桥臂上的应变片阻值总是略有些差异，因此电桥输出端会有初始零点，通过桥路平衡电路，进行初始值平衡，保证应变仪输出很直观的观测应变片实际变形量。
显示电路：显示电路显示应变仪的初始值直流零点和静态应变测试时应变量对应的电压值，可通过标定电路标定的应变量与电压量的对应关系推算出测试的应变量。
过荷电路：当测试信号超出应变仪的额定输出时，应变仪前面板上红色指示灯点亮，表示信号过大，此时需将测试信号降低或将应变仪的输出增益降低，以保证应变仪输出正常。
供电电源：将220V 交流电源通过整流调压为应变仪的电子芯片提供工作电压和应变仪电桥的直流桥压。
3.2.2 XL2102A动态应变仪基本工作原理框图测试信号放大后信号滤波后信号3.2.3 XL2102A动态应变仪测试框图应变片位移计电桥盒动态应变仪应变式传感器数据采集器 XL2102A 动态应变仪测试框图3.3 XL2102A动态应变仪使用3.3.1 XL2102A动态应变仪电桥盒应变片连接电桥盒作为应变测量元件与应变仪连接的桥梁，熟悉和掌握电桥盒的结构和接线组桥方法对于正确进行动态测试很重要。
XL2102A 动态应变仪配接的电桥盒为X03-120型电桥盒。
①供桥电压负端⑤内半桥输出端②输入信号正端⑥内半桥桥压端③供桥电压正端⑦内1/4桥输出端④输入信号负端⑧屏蔽端（接壳体）电桥盒内部为标准120Ω电阻，使用非标准120Ω应变片时，应使用全桥或半桥方式进行测量。
注意：使用标准120Ω应变片测量时，安装前要使应变片及连线总阻值控制在120Ω±1%范围内，否则电桥不能平衡。
为防止外部电磁干扰，应变片和桥盒之间的连线应采用屏蔽线。
动态应变测量时，应变片与电桥盒在使用不同组桥方式时连接示意图及电原理图。
采用一片应变片进行测试时连接方法采用两片应变片进行测试时连接方法采用四片应变片进行测试时连接方法3.3.2 XL2102A动态应变仪测试前操作XL2102A 动态应变仪根据测试要求先进行应变仪的基本功能操作。
1）应变仪供桥电压选择该款应变仪通道后面板上具有四档直流桥压（2V/4V/6V/10V）可供选择，原则上使用阻值120Ω电阻应变片时，选取2V 或4V 供桥电压；使用阻值大于120Ω电阻应变片时一般建议选用6V 或10V 供桥电压。
具体供桥电压选择原则：测量电桥电流一般不允许超过30mA ，即V 桥/R桥应小于30mA ；同时不能超过应变片要求的电流值。
但当测量短时小信号动态应变时，可允许供桥电流50mA ，以提高测量信号的信噪比。
2）低通滤波档选择根据测试频率合理设置低通滤波截止频率点。
低通滤波频率选取原则：低通滤波频率截止频率点一般选择测试频率的2倍以上，当没有合适的频率点时选取邻近的较大低通滤波截止频率；在要求测量幅值比较严格的情况下，应选取较大低通滤波频率，以满足幅值衰减≤0.5dB 。
3）输出增益调节根据欲测量对象的应变值范围选择增益旋钮的位置，使被测输出值达到后端分析记录仪表输入范围的50%~80%。
4）桥路平衡将电阻应变片参照前面应变片与电桥盒的连接方法接到电桥盒上。
开启XL2102A 电源开关，预热10~30分钟，按动测量通道的自动平衡按钮，通过电源通道上显示窗口观测电桥零点值是否满足要求，如按桥路平衡按钮后，示灯点亮，使用自动平衡按钮旁的微调电位器进行微调，直至满足测量要求为止。
当旋转电位器无法调节时，回旋几圈电位器再进行微调。
直流零点观测时旋转电源通道前面板上通道选择开关进行各个通道零点值观测。
5）动态应变仪校准选择好供桥电压，低通滤波，输出增益以及进行桥路平衡后，选择仪器面板上给定的应变校准值进行应变仪标定，拨动校准开关进行正校准或负校准，确定应变值和输出电压的对应关系。
例如：1）选择桥压2V ，增益选择10×100位置，校准值选择1000με，拨动校准开关（正校或负校），显示表头显示1.000V ，表示试件变形量为1με时，应变仪输出电压1mV 。
此时应变仪的测量范围为10000με。
2）选择桥压2V ，增益选择50×100位置，校准值选择1000με，拨动校准开关（正校或负校），显示表头显示5.000V ，表示试件变形量为1με时，应变仪输出电压5mV 。
此时应变仪的测量范围为2000με。
因该系列应变仪是以应变片灵敏系数K=2.00设计的，因此在使用其它灵敏系数的应变片进行测试时，最终的测量结果应进行修正。
修正公式：实际应变值εp =2. 00K p εc 测得应变值使用电阻应变片的灵敏系数6）测试完成以上操作后，就可以使用应变仪进行动态应力测试。
测试时将校准开关拨至中间位置（即测量位置），在测试过程中不允许按动自动平衡开关。
测量时的温度补偿应变片要贴在与测量片相同的材料上，且测量片与补偿片要同一材料、同一阻值、同一环境，并避免阳光爆晒，对地绝缘阻抗在500M Ω以上。
尽量减少应变片与桥盒之间的测试连线，使用同轴电缆时，屏蔽层不能作为信号测量导线，而只能做屏蔽保护连到桥盒的接地端。
对于金属试件，要求与应变仪桥盒地线端连接良好以降低工频干扰；测量导线应远离干扰源，如变压器、电机、大型用电设备及动力线等，测量导线在连接时要尽可能使用对称结构安装，这样一来既有利于电桥平衡，又有利于减小干扰，尤其在长导线测量时更为必要。
连接应变片时，一定注意不要使桥盒的桥压端短路，造成测试异常甚至损坏应变仪。
尤其注意供电电源与金属结构件之间的绝缘处理，防止220V 供电电源漏电损坏应变仪甚至造成人员伤亡。
在实际测量中，为了提高测量精度同时实现温度补偿，常将应变片组合使用，这时测量值就应该进行修正。
采用半桥连接方法进行测试时，A1和D1两只应变片均用于应变测量，测量结果要除以2，即：εp =1εc 2采用全桥连接方法进行测试时，A1，D1， A2 和 D2 四只应变片均用于应变测量，测量结果要除以 4，即：ε p = 1 4εc 四、注意事项 1. 测量过程中不允许按动自动平衡按钮；正校/负校开关应居中，即处于测量状态。
2. 测量时的温度补偿应变片要贴在与测量片相同的材料上，且测量片与补偿片要同一材料、同一阻值、同一环境，并避免阳光爆晒，对地绝缘阻抗在500MΩ 以上。
3. 应尽量减少应变片与桥盒之间的测试连线。
使用同轴电缆时，屏蔽层不能作为信号测量导线，而只能做屏蔽保护连到桥盒的接地端。
对于金属试件，要求与应变仪桥盒地线端连接良好以减少工频干扰。
4. 测量导线应远离干扰源，如变压器、电机、大型用电设备及动力线等，测量导线在连接时要尽可能使用对称结构安装，这样一来既有利于电桥平衡，又有利于减小干扰，尤其在长导线测量时更为必要。
5. 输出端与配接的记录、显示及分析仪器输入阻抗要大于2kΩ。
秦皇岛市协力科技开发有限公司赵柏林 2012/2/1。