动态电阻应变仪原理、检定及维护

钟金德

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。

（3）非线性误差检定：取基本量程上限值的0%，20%，40%，60%，80%，100%为检定点。由标准模拟应变量校准器依次给出各检定点的标准应变值，从被检应变仪上读取相应读数值，计算被检应变仪的非线性误差。

（4）标定值误差检定：若被检应变仪带有内部标定器时，则需进行该项检定。一般采用替代法进行检定。由被检应变仪内部标定器和标准模拟应变量校准器分别给出大小相等、方向相同的应变值，在被检应变仪上读出相应读数值，计算其标定值误差。

（5）衰减（增益）误差检定：若被检应变仪带有衰减（增益）开关时，则需进行该项检定。调整被检应变仪初始状态，读取零位值。衰减量程R为×1时，将标准模拟应变量校准器的示值置于被检应变仪基本量程上限值，读取读数值。改变量程，同时相应改变标准模拟应变量校准器的示值，读数，计算衰减（增益）误差。

（6）稳定度检定：将标准模拟应变量校准器的示值置于零位，进行零位平衡，从被检应变仪读数装置上读取零位值。在2h内，第1小时每隔15min，以后每隔30min，分别从应变仪上读取相应零位值，计算被检应变仪的零位漂移。将标准模拟应变量校准器的示值置于被检应变仪基本量程上限值，从被检应变仪上读取读数值，然后将标准模拟应变量校准器的示值置零，读取零位值。在2h内，第1小时每隔15min，以后每隔30min，读取相应读数值和零位值，计算被检应变仪的示值稳定性。

（7）频率响应误差检定：不同供桥电压的动态应变仪，其频率响应误差的检定方法不同。

a.交流供橋型频率响应误差检定：接线，零位平衡。用应变仪频率响应测量仪给出参考频率，并给出信号电压，使被检应变仪输出读数装置的读数接近于被检应变仪基本量程上限值的70%，读数，然后改变应变仪频率响应测量仪的频率，从被检应变仪读数，计算频率响应误差。

b.直流供桥型频率响应误差检定：接线，零位平衡。用标准信号发生器给出参考频率，给出信号电压，使被检应变仪输出读数装置的读数接近于被检应变仪基本量程上限值的70%，读数，然后改变标准信号发生器的频率，读数，算出频率响应误差。

（8）低通滤波器滤波特性检定：若被检应变仪带有低通滤波器时，则需进行该项检定。检定步骤与直流供桥型动态应变仪频率响应误差检定步骤相同。进行动态应变仪的示值误差、非线性误差、标定值误差检定和电阻平衡范围、电容平衡范围测试时，其正、负应变方向均应检定和测试。

3 动态电阻应变仪检定注意事项

3.1 因此合理安排示值、标定值误差的检定点是十分重要的

例如型号为SA-4的动态电阻应变仪，在1000？滋ε量程处，一方面要测量其标定值误差，另一方面非线性误差的检定要求在其基本量程中进行，在这里即为1000？滋ε量程处检定其非线性误差。非线性误差检定按规程规定在基本量程内，取上限制的0%，20%，40%，60%，80%，100%。该上限值在衰减为1处为5000？滋ε，则5000？滋ε以内的选点可选为0，1000？滋ε，2000？滋ε，3000？滋ε，4000？滋ε，5000？滋ε，这同时也可作为示值、标定值误差的全部检定点，这样就节约了检定时间和精力。

3.2 动态电阻应变仪的稳定度检定包括零位漂移检定和示值稳定性检定

对动态电阻应变仪，每一项的检定时间为2h，这样一个通道的动态电阻应变仪稳定度的检定共需4h，而动态电阻应变仪通常是由若干通道组合而成，有的甚至多达24个通道，因此必须设计一套方案以节省检定时间和减轻工作强度。零位漂移检定和示值稳定性检定合二为一，按照规程对示值稳定性的要求，在各检定时间点上，进行零位及基本量程上限值的读取及记录，然后根据公式计算示值稳定度，而其零位漂移的数据，从示值稳定性的各时间点的零位记录上即可获得，这样可有效节省时间，提高检定工作效率。

此外，需要指出的是，有人认为规程中对动态应变仪的示值稳定性的检定只需按台件数进行，没必要按通道数进行，也就是一台动态应变仪抽取某一通道做一组示值稳定性数据即可，这里提出来供大家探讨。

3.3 用EXCELL表格设计动态应变仪数据处理程序，计算应变仪示值误差，标定值误差，衰减增益误差，非线性误差，零位漂移值和示值稳定度误差。对于多通道动态应变仪，用计算机软件进行数据处理可节省宝贵时间，提高计算准确度，提高数据处理效率。

3.4 同一厂家生产的动态电阻应变仪每台仪器配备特定的驱动程序和软件也不尽相同，它们是一一对应关系，不同客户的软件无法通用。客户送检时一定要求他们提供相应的驱动程序和软件，以免检定时候耽误时间影响检定的顺利进行。每个公司生产的动态电阻应变仪具体接线方式都各不相同，因此检定前一定要认真阅读仪器说明书，按半桥连接方式正确连线，正确设定通道、标定系数、桥路方式等各项参数，方可进行后续检定操作。

4 动态电阻应变仪使用和维护注意事项

动态电阻应变仪是高精度测量仪器，掌握其维护保养及使用注意事项对保持仪器良好性能至关重要。仪器对使用环境条件要求如下：仪器必须放在清洁、干燥及无腐蚀性气体的室内，仪器使用应注意避免酸、碱、盐、雾、雨淋及过强的辐射场、电场、磁场；湿度大的环境下使用，零漂将明显增加，若受潮生锈，会直接影响仪器测量精度；电压必须在220V±10%，50Hz±2%内；输入、输出电缆线应尽量避免靠近电力线、变压器、电机、大型用电设备及动力线及其它干扰源。

动态电阻应变仪使用注意事项如下：接通电源，系统就可正常工作，若精确测量，请预热30分钟；所有连线必须牢固可靠，建议与端子连接，用焊锡焊牢；采集箱必须放置在合适的位置上使用，切勿将其倾斜或倒置使用；移动时防止激烈震动和冲击；系统必须良好接地，接地点为电源插座的接地端；系统若接地不好，将产生一定的漂移，稳定度也受影响。若仪器受污染，应根据污染性质选择适当的溶剂（如无水乙醇、乙醚、四醚化碳等），以白绸布蘸少许将污物擦净。仪器用完后，要把全部连接线拆除，并将仪表盖好，以防灰尘；仪器长期不用时，应每隔一季度通电试验一次，检查仪器工作是否正常，通电时间2～4小时。

参考文献

[1]沈观林.电阻应变测量仪器的技术指标、检定方法及其应用[J].科技纵横，2009，7：225.

[2]吴扬，付军立，王春燕.检定电阻应变仪应注意的几个问题[J].计测技术，2008，28（3）：50-52.

[3]JJG 623-2005.電阻应变仪检定规程[S].