應(yīng)變儀
應(yīng)變儀
strain measuring instrument
測(cè)量機(jī)械零件、構(gòu)件或試樣應(yīng)變的儀器。在實(shí)驗(yàn)應(yīng)力分析以及靜力強(qiáng)度和動(dòng)力強(qiáng)度的研究中，應(yīng)變儀用來(lái)測(cè)量材料和結(jié)構(gòu)的靜、動(dòng)態(tài)拉伸及壓縮應(yīng)變，也可測(cè)量材料和結(jié)構(gòu)上任意點(diǎn)的應(yīng)變。在機(jī)械工業(yè)中，它可用于測(cè)量透平葉片、鍋爐結(jié)構(gòu)或內(nèi)燃機(jī)氣缸的應(yīng)力等。應(yīng)變儀上如果配有相應(yīng)的傳感器，還可以測(cè)量力、質(zhì)量、壓力、位移、扭矩、振動(dòng)、速度和加速度等物理量及其動(dòng)態(tài)變化過(guò)程，也可用作非破壞性的應(yīng)變測(cè)量和檢查。
應(yīng)變儀的種類很多，按測(cè)量原理可分為機(jī)械式應(yīng)變儀(杠桿式、伸縮式、劃痕式等)、 機(jī)械-光學(xué)式應(yīng)變儀、光學(xué)應(yīng)變儀、聲學(xué)應(yīng)變儀和電學(xué)應(yīng)變儀（電阻式、電容式、電感式、電壓式等）。
電學(xué)應(yīng)變儀應(yīng)用最廣泛，它采用的電路可以是直流電橋式、交流電橋式或電位計(jì)式，應(yīng)用最多的是交流電橋式電路并帶有載波放大器的形式。采用交流電橋電路的應(yīng)變儀由電橋、放大器、相敏檢波器、濾波器、振蕩器和電源部分組成（見圖[交流電橋式應(yīng)變儀原理方框圖]
）。①電橋：將應(yīng)變計(jì)的電阻變化轉(zhuǎn)換成電壓或電流信號(hào),以便放大器放大。通常電橋由正弦振蕩器供電,其頻率為500赫～50千赫,較低頻率的被測(cè)應(yīng)變信號(hào)對(duì)較高的頻率的電橋電壓進(jìn)行調(diào)幅，輸出一個(gè)窄頻帶的調(diào)幅波信號(hào)。②放大器：對(duì)電橋輸出的微弱信號(hào)進(jìn)行不失真的放大，并以足夠的功率去推動(dòng)指示器和記錄器。為提高放大器的穩(wěn)定性，一般采用交流載波放大器，直流放大器僅用于超動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀。③相敏檢波器：將放大后的調(diào)幅波還原為被測(cè)應(yīng)變信號(hào)波形，同時(shí)反映被測(cè)應(yīng)變信號(hào)的方向，通常采用環(huán)形相敏檢波器。④濾波器：濾除相敏檢波器輸出信號(hào)中的高次諧波分量，以獲得理想的輸出波形。⑤振蕩器：產(chǎn)生一個(gè)穩(wěn)定的振蕩電壓，作為電橋供電電壓和相敏檢波器的參考電壓。電學(xué)應(yīng)變儀靈敏度高、穩(wěn)定性好。它所配用的應(yīng)變計(jì)體積小，微型箔式應(yīng)變計(jì)能測(cè)量工程上被看作一個(gè)“點(diǎn)”的小范圍應(yīng)變。應(yīng)變儀按頻率響應(yīng)范圍可分為靜態(tài)應(yīng)變儀、靜動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀、動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀和超動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀。其中靜態(tài)電阻應(yīng)變儀和動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀應(yīng)用較多。靜態(tài)電阻應(yīng)變儀用電學(xué)方法測(cè)量不隨時(shí)間變化或變化極為緩慢的靜態(tài)應(yīng)變。它由測(cè)量電橋、放大器、顯示儀表和讀數(shù)機(jī)構(gòu)等組成。貼在被測(cè)構(gòu)件上的電阻應(yīng)變計(jì)接于測(cè)量電橋上。構(gòu)件受載變形時(shí)，測(cè)量電橋有電壓輸出，經(jīng)放大器放大后由顯示儀表指示出相應(yīng)的應(yīng)變值。靜態(tài)電阻應(yīng)變儀每次只能測(cè)出一個(gè)點(diǎn)的應(yīng)變。進(jìn)行多點(diǎn)測(cè)量時(shí)可配以預(yù)調(diào)平衡箱。所有測(cè)點(diǎn)的應(yīng)變計(jì)均預(yù)先接在平衡箱各點(diǎn)上，然后靠開關(guān)逐點(diǎn)轉(zhuǎn)換接入應(yīng)變儀。動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀應(yīng)用于測(cè)量隨時(shí)間變化的動(dòng)態(tài)應(yīng)變,其工作頻率一般在5千赫以下。它由測(cè)量電橋、放大器和濾波器等組成。為了同時(shí)測(cè)量多個(gè)動(dòng)態(tài)應(yīng)變的信號(hào),應(yīng)變儀一般有多個(gè)通道,每個(gè)通道測(cè)量一個(gè)動(dòng)態(tài)應(yīng)變信號(hào)。動(dòng)態(tài)應(yīng)變是隨時(shí)間而變化的，須將應(yīng)變的動(dòng)態(tài)過(guò)程記錄下來(lái)，因此動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀要與記錄器配套使用，記錄結(jié)果可直接反映被測(cè)應(yīng)變信號(hào)的大小和變化。一般動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀的輸出為電流信號(hào)，常配以光線示波器作為記錄器，也可配用磁帶機(jī)作為記錄器。
參考書目
天津大學(xué)材料力學(xué)教研室電測(cè)組編著：《電阻應(yīng)變測(cè)試技術(shù)》，科學(xué)出版社，北京，1980。
曹大本 柯毓麟
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