動態電阻應變儀原理、檢定及維護

鐘金德

摘 要：文章介紹了動態電阻應變儀工作原理及應用、闡述檢定步驟，總結使用和維護注意事項。

關鍵詞：動態電阻應變儀；原理；檢定；維護

1 動態電阻應變儀的原理及應用

應變儀是測量結構及材料在荷載作用下變形的應力分析儀器。如果配備相應的傳感器，也可測量力、壓力、扭矩、位移、振幅等物理量或物理量變化過程。它是實驗應力分析的可靠工具。應變儀按其測量應變變化頻率范圍可分為靜態應變儀和動態應變儀。動態電阻應變儀應用于測量隨時間變化的動態應變，其工作頻率一般在5千赫茲以下。它由測量電橋、放大器和濾波器等組成。動態應變儀要與記錄器配套使用，記錄結果可直接反映被測應變信號的大小和變化。

常用動態應變儀有：江蘇東華測試技術股份有限公司生產的DH5908G無線動態應變測試分析系統，日本生產的PCD-300動態應變儀，北京東方振動和噪聲技術研究所生產的SA-4動態應變儀，日本生產的DRA-107A動態數據采集儀，德國生產的CRONOS-PL2-DIO動態應變儀。動態應變儀應用實例有：飛機發動機渦輪轉子葉片臺架試驗，用高溫應變計測葉片動應力，模擬返回艙結構在起吊和運輸過程中動應力測試，空調機管路動應力測試，鐵路機車轉向架構架動應力測試。

2 動態電阻應變儀的檢定步驟

由于電阻應變儀的廣泛使用，對電阻應變儀進行定期校準或檢定，以確保其測量結果的準確、可靠是十分必要的。根據JJG 623-2005《電阻應變儀》檢定規程，動態電阻應變儀后續檢定需要檢定外觀和開關狀態、示值誤差、非線性誤差、標定值誤差、衰減誤差、頻響誤差、低通濾波器濾波特性、零位漂移和示值穩定性等項目。其檢定一般步驟和方法如下：

（1）按儀器說明書所規定的方法接線，預熱，對應變儀外觀和開關狀態進行檢查，然后將動態應變儀進行零位平衡和靈敏度調定。

（2）示值誤差檢定：若被檢應變儀系統由“應變儀+數據采集器+計算機”組成，則需進行該項檢定。用標準模擬應變量校準器給出被檢定點的標準應變值，從計算機上讀取該應變讀數值，計算被檢應變儀系統示值誤差。

（3）非線性誤差檢定：取基本量程上限值的0%，20%，40%，60%，80%，100%為檢定點。由標準模擬應變量校準器依次給出各檢定點的標準應變值，從被檢應變儀上讀取相應讀數值，計算被檢應變儀的非線性誤差。

（4）標定值誤差檢定：若被檢應變儀帶有內部標定器時，則需進行該項檢定。一般采用替代法進行檢定。由被檢應變儀內部標定器和標準模擬應變量校準器分別給出大小相等、方向相同的應變值，在被檢應變儀上讀出相應讀數值，計算其標定值誤差。

（5）衰減（增益）誤差檢定：若被檢應變儀帶有衰減（增益）開關時，則需進行該項檢定。調整被檢應變儀初始狀態，讀取零位值。衰減量程R為×1時，將標準模擬應變量校準器的示值置于被檢應變儀基本量程上限值，讀取讀數值。改變量程，同時相應改變標準模擬應變量校準器的示值，讀數，計算衰減（增益）誤差。

（6）穩定度檢定：將標準模擬應變量校準器的示值置于零位，進行零位平衡，從被檢應變儀讀數裝置上讀取零位值。在2h內，第1小時每隔15min，以后每隔30min，分別從應變儀上讀取相應零位值，計算被檢應變儀的零位漂移。將標準模擬應變量校準器的示值置于被檢應變儀基本量程上限值，從被檢應變儀上讀取讀數值，然后將標準模擬應變量校準器的示值置零，讀取零位值。在2h內，第1小時每隔15min，以后每隔30min，讀取相應讀數值和零位值，計算被檢應變儀的示值穩定性。

（7）頻率響應誤差檢定：不同供橋電壓的動態應變儀，其頻率響應誤差的檢定方法不同。

a.交流供橋型頻率響應誤差檢定：接線，零位平衡。用應變儀頻率響應測量儀給出參考頻率，并給出信號電壓，使被檢應變儀輸出讀數裝置的讀數接近于被檢應變儀基本量程上限值的70%，讀數，然后改變應變儀頻率響應測量儀的頻率，從被檢應變儀讀數，計算頻率響應誤差。

b.直流供橋型頻率響應誤差檢定：接線，零位平衡。用標準信號發生器給出參考頻率，給出信號電壓，使被檢應變儀輸出讀數裝置的讀數接近于被檢應變儀基本量程上限值的70%，讀數，然后改變標準信號發生器的頻率，讀數，算出頻率響應誤差。

（8）低通濾波器濾波特性檢定：若被檢應變儀帶有低通濾波器時，則需進行該項檢定。檢定步驟與直流供橋型動態應變儀頻率響應誤差檢定步驟相同。進行動態應變儀的示值誤差、非線性誤差、標定值誤差檢定和電阻平衡范圍、電容平衡范圍測試時，其正、負應變方向均應檢定和測試。

3 動態電阻應變儀檢定注意事項

3.1 因此合理安排示值、標定值誤差的檢定點是十分重要的

例如型號為SA-4的動態電阻應變儀，在1000？滋ε量程處，一方面要測量其標定值誤差，另一方面非線性誤差的檢定要求在其基本量程中進行，在這里即為1000？滋ε量程處檢定其非線性誤差。非線性誤差檢定按規程規定在基本量程內，取上限制的0%，20%，40%，60%，80%，100%。該上限值在衰減為1處為5000？滋ε，則5000？滋ε以內的選點可選為0，1000？滋ε，2000？滋ε，3000？滋ε，4000？滋ε，5000？滋ε，這同時也可作為示值、標定值誤差的全部檢定點，這樣就節約了檢定時間和精力。

3.2 動態電阻應變儀的穩定度檢定包括零位漂移檢定和示值穩定性檢定

對動態電阻應變儀，每一項的檢定時間為2h，這樣一個通道的動態電阻應變儀穩定度的檢定共需4h，而動態電阻應變儀通常是由若干通道組合而成，有的甚至多達24個通道，因此必須設計一套方案以節省檢定時間和減輕工作強度。零位漂移檢定和示值穩定性檢定合二為一，按照規程對示值穩定性的要求，在各檢定時間點上，進行零位及基本量程上限值的讀取及記錄，然后根據公式計算示值穩定度，而其零位漂移的數據，從示值穩定性的各時間點的零位記錄上即可獲得，這樣可有效節省時間，提高檢定工作效率。

此外，需要指出的是，有人認為規程中對動態應變儀的示值穩定性的檢定只需按臺件數進行，沒必要按通道數進行，也就是一臺動態應變儀抽取某一通道做一組示值穩定性數據即可，這里提出來供大家探討。

3.3 用EXCELL表格設計動態應變儀數據處理程序，計算應變儀示值誤差，標定值誤差，衰減增益誤差，非線性誤差，零位漂移值和示值穩定度誤差。對于多通道動態應變儀，用計算機軟件進行數據處理可節省寶貴時間，提高計算準確度，提高數據處理效率。

3.4 同一廠家生產的動態電阻應變儀每臺儀器配備特定的驅動程序和軟件也不盡相同，它們是一一對應關系，不同客戶的軟件無法通用。客戶送檢時一定要求他們提供相應的驅動程序和軟件，以免檢定時候耽誤時間影響檢定的順利進行。每個公司生產的動態電阻應變儀具體接線方式都各不相同，因此檢定前一定要認真閱讀儀器說明書，按半橋連接方式正確連線，正確設定通道、標定系數、橋路方式等各項參數，方可進行后續檢定操作。

4 動態電阻應變儀使用和維護注意事項

動態電阻應變儀是高精度測量儀器，掌握其維護保養及使用注意事項對保持儀器良好性能至關重要。儀器對使用環境條件要求如下：儀器必須放在清潔、干燥及無腐蝕性氣體的室內，儀器使用應注意避免酸、堿、鹽、霧、雨淋及過強的輻射場、電場、磁場；濕度大的環境下使用，零漂將明顯增加，若受潮生銹，會直接影響儀器測量精度；電壓必須在220V±10%，50Hz±2%內；輸入、輸出電纜線應盡量避免靠近電力線、變壓器、電機、大型用電設備及動力線及其它干擾源。

動態電阻應變儀使用注意事項如下：接通電源，系統就可正常工作，若精確測量，請預熱30分鐘；所有連線必須牢固可靠，建議與端子連接，用焊錫焊牢；采集箱必須放置在合適的位置上使用，切勿將其傾斜或倒置使用；移動時防止激烈震動和沖擊；系統必須良好接地，接地點為電源插座的接地端；系統若接地不好，將產生一定的漂移，穩定度也受影響。若儀器受污染，應根據污染性質選擇適當的溶劑（如無水乙醇、乙醚、四醚化碳等），以白綢布蘸少許將污物擦凈。儀器用完后，要把全部連接線拆除，并將儀表蓋好，以防灰塵；儀器長期不用時，應每隔一季度通電試驗一次，檢查儀器工作是否正常，通電時間2～4小時。

參考文獻

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