動態(tài)電阻應(yīng)變儀原理、檢定及維護

鐘金德

摘 要：文章介紹了動態(tài)電阻應(yīng)變儀工作原理及應(yīng)用、闡述檢定步驟，總結(jié)使用和維護注意事項。

關(guān)鍵詞：動態(tài)電阻應(yīng)變儀；原理；檢定；維護

1 動態(tài)電阻應(yīng)變儀的原理及應(yīng)用

應(yīng)變儀是測量結(jié)構(gòu)及材料在荷載作用下變形的應(yīng)力分析儀器。如果配備相應(yīng)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(yīng)力分析的可靠工具。應(yīng)變儀按其測量應(yīng)變變化頻率范圍可分為靜態(tài)應(yīng)變儀和動態(tài)應(yīng)變儀。動態(tài)電阻應(yīng)變儀應(yīng)用于測量隨時間變化的動態(tài)應(yīng)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(tài)應(yīng)變儀要與記錄器配套使用，記錄結(jié)果可直接反映被測應(yīng)變信號的大小和變化。

常用動態(tài)應(yīng)變儀有：江蘇東華測試技術(shù)股份有限公司生產(chǎn)的DH5908G無線動態(tài)應(yīng)變測試分析系統(tǒng)，日本生產(chǎn)的PCD-300動態(tài)應(yīng)變儀，北京東方振動和噪聲技術(shù)研究所生產(chǎn)的SA-4動態(tài)應(yīng)變儀，日本生產(chǎn)的DRA-107A動態(tài)數(shù)據(jù)采集儀，德國生產(chǎn)的CRONOS-PL2-DIO動態(tài)應(yīng)變儀。動態(tài)應(yīng)變儀應(yīng)用實例有：飛機發(fā)動機渦輪轉(zhuǎn)子葉片臺架試驗，用高溫應(yīng)變計測葉片動應(yīng)力，模擬返回艙結(jié)構(gòu)在起吊和運輸過程中動應(yīng)力測試，空調(diào)機管路動應(yīng)力測試，鐵路機車轉(zhuǎn)向架構(gòu)架動應(yīng)力測試。

2 動態(tài)電阻應(yīng)變儀的檢定步驟

由于電阻應(yīng)變儀的廣泛使用，對電阻應(yīng)變儀進行定期校準或檢定，以確保其測量結(jié)果的準確、可靠是十分必要的。根據(jù)JJG 623-2005《電阻應(yīng)變儀》檢定規(guī)程，動態(tài)電阻應(yīng)變儀后續(xù)檢定需要檢定外觀和開關(guān)狀態(tài)、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(wěn)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(guī)定的方法接線，預(yù)熱，對應(yīng)變儀外觀和開關(guān)狀態(tài)進行檢查，然后將動態(tài)應(yīng)變儀進行零位平衡和靈敏度調(diào)定。

（2）示值誤差檢定：若被檢應(yīng)變儀系統(tǒng)由“應(yīng)變儀+數(shù)據(jù)采集器+計算機”組成，則需進行該項檢定。用標準模擬應(yīng)變量校準器給出被檢定點的標準應(yīng)變值，從計算機上讀取該應(yīng)變讀數(shù)值，計算被檢應(yīng)變儀系統(tǒng)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(yīng)變量校準器依次給出各檢定點的標準應(yīng)變值，從被檢應(yīng)變儀上讀取相應(yīng)讀數(shù)值，計算被檢應(yīng)變儀的非線性誤差。

（4）標定值誤差檢定：若被檢應(yīng)變儀帶有內(nèi)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(yīng)變儀內(nèi)部標定器和標準模擬應(yīng)變量校準器分別給出大小相等、方向相同的應(yīng)變值，在被檢應(yīng)變儀上讀出相應(yīng)讀數(shù)值，計算其標定值誤差。

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

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

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

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

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

（8）低通濾波器濾波特性檢定：若被檢應(yīng)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(tài)應(yīng)變儀頻率響應(yīng)誤差檢定步驟相同。進行動態(tài)應(yīng)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(yīng)變方向均應(yīng)檢定和測試。

3 動態(tài)電阻應(yīng)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(tài)電阻應(yīng)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(guī)程規(guī)定在基本量程內(nèi)，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(nèi)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(jié)約了檢定時間和精力。

3.2 動態(tài)電阻應(yīng)變儀的穩(wěn)定度檢定包括零位漂移檢定和示值穩(wěn)定性檢定

對動態(tài)電阻應(yīng)變儀，每一項的檢定時間為2h，這樣一個通道的動態(tài)電阻應(yīng)變儀穩(wěn)定度的檢定共需4h，而動態(tài)電阻應(yīng)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(shè)計一套方案以節(jié)省檢定時間和減輕工作強度。零位漂移檢定和示值穩(wěn)定性檢定合二為一，按照規(guī)程對示值穩(wěn)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(jù)公式計算示值穩(wěn)定度，而其零位漂移的數(shù)據(jù)，從示值穩(wěn)定性的各時間點的零位記錄上即可獲得，這樣可有效節(jié)省時間，提高檢定工作效率。

此外，需要指出的是，有人認為規(guī)程中對動態(tài)應(yīng)變儀的示值穩(wěn)定性的檢定只需按臺件數(shù)進行，沒必要按通道數(shù)進行，也就是一臺動態(tài)應(yīng)變儀抽取某一通道做一組示值穩(wěn)定性數(shù)據(jù)即可，這里提出來供大家探討。

3.3 用EXCELL表格設(shè)計動態(tài)應(yīng)變儀數(shù)據(jù)處理程序，計算應(yīng)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(wěn)定度誤差。對于多通道動態(tài)應(yīng)變儀，用計算機軟件進行數(shù)據(jù)處理可節(jié)省寶貴時間，提高計算準確度，提高數(shù)據(jù)處理效率。

3.4 同一廠家生產(chǎn)的動態(tài)電阻應(yīng)變儀每臺儀器配備特定的驅(qū)動程序和軟件也不盡相同，它們是一一對應(yīng)關(guān)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(yīng)的驅(qū)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(chǎn)的動態(tài)電阻應(yīng)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(shè)定通道、標定系數(shù)、橋路方式等各項參數(shù)，方可進行后續(xù)檢定操作。

4 動態(tài)電阻應(yīng)變儀使用和維護注意事項

動態(tài)電阻應(yīng)變儀是高精度測量儀器，掌握其維護保養(yǎng)及使用注意事項對保持儀器良好性能至關(guān)重要。儀器對使用環(huán)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(nèi)，儀器使用應(yīng)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(huán)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(nèi)；輸入、輸出電纜線應(yīng)盡量避免靠近電力線、變壓器、電機、大型用電設(shè)備及動力線及其它干擾源。

動態(tài)電阻應(yīng)變儀使用注意事項如下：接通電源，系統(tǒng)就可正常工作，若精確測量，請預(yù)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(tǒng)必須良好接地，接地點為電源插座的接地端；系統(tǒng)若接地不好，將產(chǎn)生一定的漂移，穩(wěn)定度也受影響。若儀器受污染，應(yīng)根據(jù)污染性質(zhì)選擇適當?shù)娜軇ㄈ鐭o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(yīng)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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