应变仪

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应变仪
strain measuring instrument

   测量机械零件、构件或试样应变的仪器。在实验应力分析以及静力强度和动力强度的研究中，应变仪用来测量材料和结构的静、动态拉伸及压缩应变，也可测量材料和结构上任意点的应变。在机械工业中，它可用于测量透平叶片、锅炉结构或内燃机气缸的应力等。应变仪上如果配有相应的传感器，还可以测量力、质量、压力、位移、扭矩、振动、速度和加速度等物理量及其动态变化过程，也可用作非破坏性的应变测量和检查。
   应变仪的种类很多，按测量原理可分为机械式应变仪(杠杆式、伸缩式、划痕式等)、 机械-光学式应变仪、光学应变仪、声学应变仪和电学应变仪（电阻式、电容式、电感式、电压式等）。
   电学应变仪应用最广泛，它采用的电路可以是直流电桥式、交流电桥式或电位计式，应用最多的是交流电桥式电路并带有载波放大器的形式。采用交流电桥电路的应变仪由电桥、放大器、相敏检波器、滤波器、振荡器和电源部分组成（见图[交流电桥式应变仪原理方框图]）。①电桥：将应变计的电阻变化转换成电压或电流信号,以便放大器放大。通常电桥由正弦振荡器供电,其频率为500赫～50千赫,较低频率的被测应变信号对较高的频率的电桥电压进行调幅，输出一个窄频带的调幅波信号。②放大器：对电桥输出的微弱信号进行不失真的放大，并以足够的功率去推动指示器和记录器。为提高放大器的稳定性，一般采用交流载波放大器，直流放大器仅用于超动态应变仪。③相敏检波器：将放大后的调幅波还原为被测应变信号波形，同时反映被测应变信号的方向，通常采用环形相敏检波器。④滤波器：滤除相敏检波器输出信号中的高次谐波分量，以获得理想的输出波形。⑤振荡器：产生一个稳定的振荡电压，作为电桥供电电压和相敏检波器的参考电压。电学应变仪灵敏度高、稳定性好。它所配用的应变计体积小，微型箔式应变计能测量工程上被看作一个“点”的小范围应变。
   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。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。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5千赫以下。它由测量电桥、放大器和滤波器等组成。为了同时测量多个动态应变的信号,应变仪一般有多个通道,每个通道测量一个动态应变信号。动态应变是随时间而变化的，须将应变的动态过程记录下来，因此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。一般动态电阻应变仪的输出为电流信号，常配以光线示波器作为记录器，也可配用磁带机作为记录器。
   参考书目
天津大学材料力学教研室电测组编著：《电阻应变测试技术》，科学出版社，北京，1980。
　　　　　　　　　　　　　曹大本　柯毓麟