靜態(tài)電阻應(yīng)變儀使用說(shuō)明

一、TST3822靜態(tài)電阻應(yīng)變儀用途：

TST3822型靜態(tài)應(yīng)變測(cè)試分析系統(tǒng)，是專(zhuān)為學(xué)生實(shí)驗(yàn)和小型工程試驗(yàn)而精心設(shè)計(jì)生產(chǎn)的產(chǎn)品，它可由計(jì)算機(jī)程控和手動(dòng)操作（高清大面積數(shù)顯裝置）兩用，它可準(zhǔn)確,可靠和便捷的測(cè)試結(jié)構(gòu)試驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)力學(xué)中，可作多測(cè)點(diǎn)靜態(tài)應(yīng)變測(cè)試的系統(tǒng)，它如相應(yīng)接配電阻應(yīng)變式傳感器，可以測(cè)量應(yīng)變（應(yīng)力）,拉力,壓力,荷載,壓強(qiáng),扭矩,位移,傾角和溫度等參數(shù)的變化量。從而，它可廣泛適用于機(jī)械,材料,航空,航天,船艦,水電,海港,碼頭,交通（公路,道交,軌交和高鐵）,橋梁,隧道和土木工程等專(zhuān)業(yè)的科研機(jī)構(gòu),工礦企事業(yè)和大中專(zhuān)高等院校，在民用的科研,教學(xué)和生產(chǎn)中，進(jìn)行靜態(tài)應(yīng)變測(cè)試的一種十分通用的測(cè)試系統(tǒng)，該系統(tǒng)與國(guó)內(nèi)外相關(guān)產(chǎn)品相對(duì)比，不僅有良好的技術(shù)性能，還具有*的信價(jià)比，是廣大應(yīng)變測(cè)試用戶(hù)值得信懶的產(chǎn)品之一。

二．靜態(tài)電阻應(yīng)變儀特點(diǎn)

硬件特點(diǎn)

1.單臺(tái)可手動(dòng)控制，操作簡(jiǎn)單，數(shù)碼管直接顯示測(cè)點(diǎn)號(hào)和應(yīng)變值，無(wú)需電腦也可完成一般實(shí)驗(yàn)。

2.合理的接地，先進(jìn)的隔離技術(shù)和軟硬件信號(hào)處理技術(shù)，使系統(tǒng)具有*的現(xiàn)場(chǎng)抗干擾能力，適用于各種工程現(xiàn)場(chǎng)的檢測(cè)。

3.可與各種橋式傳感器配合，完成壓力、力、荷重、位移等物理量的多點(diǎn)巡回檢測(cè)。

4.可與熱電偶或鉑電阻配合，通過(guò)分度號(hào)的計(jì)算，對(duì)溫度進(jìn)行多點(diǎn)巡回檢測(cè)。

5.對(duì)輸出電壓小于20mV的電壓信號(hào)進(jìn)行巡回檢測(cè)，zui高分辨率可達(dá)1μν。

6.電橋接入方式有：全橋、半橋、1/4橋（公用補(bǔ)償片）等方式。

7.測(cè)點(diǎn)切換，采用進(jìn)口高性能光繼電器,切換速度更快、更穩(wěn)定。

8.內(nèi)置Q-FAN溫度控制系統(tǒng)，進(jìn)一步減少溫度對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。

軟件特點(diǎn)

1.采樣方式多樣：?jiǎn)未尾蓸?、定時(shí)采樣、連續(xù)采樣。

2.顯示方式靈活：表格顯示、時(shí)域曲線(xiàn)顯示，可同時(shí)顯示多個(gè)窗口，每個(gè)窗口可顯示8個(gè)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)。“X-Y”函數(shù)記錄儀方式繪制滯回曲線(xiàn)。

3.視圖實(shí)時(shí)增加數(shù)據(jù)和減小數(shù)據(jù)量，方便用戶(hù)實(shí)時(shí)觀測(cè)，同時(shí)提供單雙光標(biāo)讀數(shù)據(jù)功能，并實(shí)時(shí)計(jì)算zui大值、zui小值等統(tǒng)計(jì)值。

4.數(shù)據(jù)快速定位功能，對(duì)于長(zhǎng)時(shí)間監(jiān)測(cè)的工程，數(shù)據(jù)量很大，通過(guò)快速定位功能，可以很方便的找到需要的數(shù)據(jù)。

5.數(shù)據(jù)標(biāo)記，用戶(hù)可以對(duì)感興趣的數(shù)據(jù)加上標(biāo)記，這樣可以在各塊數(shù)據(jù)間進(jìn)行靈活定位，節(jié)省操作時(shí)間。

6.導(dǎo)入導(dǎo)出平衡結(jié)果，方便用戶(hù)繼續(xù)測(cè)試。

7.應(yīng)變花計(jì)算：提供兩片直角、三片直角、扇形、等角、傘形等應(yīng)變花計(jì)算。

8.可根據(jù)用戶(hù)要求，將數(shù)據(jù)導(dǎo)入EXCEL、TXT文件。

9.可根據(jù)用戶(hù)的喜好，選擇喜歡的界面風(fēng)格。

三．靜態(tài)電阻應(yīng)變儀技術(shù)指標(biāo)

1.單臺(tái)采集箱測(cè)點(diǎn)數(shù)：10、20、10+1三種;（可選）

2.單臺(tái)計(jì)算機(jī)可控制zui大測(cè)點(diǎn)數(shù)：640、1280、704三種;

3.zui高采樣頻率：1Hz （對(duì)全部接入測(cè)點(diǎn)）;

4.A/D分辨率：24位;

5.顯示/控制方式：計(jì)算機(jī)程控或 LED/手動(dòng)，兩用;

6.擴(kuò)展方式：串行;

7.zui大采集箱間距離：100m;

8.應(yīng)變（電壓）zui高分辨率: 1με（1μv）;

9.zui大應(yīng)變測(cè)量范圍：±19999με;

10.應(yīng)變自動(dòng)平衡范圍：±15000με （當(dāng)R=120Ω, K=2.00時(shí)，應(yīng)變計(jì)阻值的±1.5%）;

11.適用應(yīng)變計(jì)電阻阻值范圍: 50～10000Ω 可任意設(shè)定;

12.適用應(yīng)變計(jì)靈敏度系數(shù)范圍：1.00～3.0 0可由計(jì)算機(jī)進(jìn)行設(shè)置，且可自動(dòng)修正;

13.長(zhǎng)導(dǎo)線(xiàn)電阻修正范圍：0.0～100Ω;

14.準(zhǔn)確度級(jí)別：0.5級(jí);

14-1示值誤差: <（±0.5%red±3με）;

14-2靈敏度系數(shù)（K）示值誤差 : <±0.5%（F.S）;

14-3穩(wěn)定度:

14-4零點(diǎn)漂移: <±3με/4h;

14-5示值穩(wěn)定度: <±0.1%/4h;

15.溫度漂移（程控狀態(tài)）：±1με/℃;

16.供橋電壓: DC 2.00V±0.1％;

17.電源: AC 220V（±10％）， 50Hz（±2％）;

18.功率：約15W;

19.電磁兼容試驗(yàn)符合A類(lèi)指標(biāo);

20.使用環(huán)境：適用于GB6587.1-86-Ⅱ組條件;,

21.外形尺寸: 340mm（長(zhǎng)）×239mm（寬）×100mm（高）（10測(cè)點(diǎn)）

340mm（長(zhǎng)）×311mm（寬）×100mm（高）（20、10+1測(cè)點(diǎn)）;

22.儀器自重：10測(cè)點(diǎn)約40N,20測(cè)點(diǎn)約50N，10+1測(cè)點(diǎn)約45N。

注:系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)是按”中華人民共和國(guó)國(guó)家計(jì)量檢定規(guī)程”JJG623-2005”電阻應(yīng)變儀”設(shè)計(jì)編制

四、靜態(tài)電阻應(yīng)變儀工作原理

1 電阻應(yīng)變測(cè)量原理：

TST3822型靜態(tài)應(yīng)變測(cè)試分析系統(tǒng)的電阻應(yīng)變測(cè)量原理，是由粘貼在試件上的電阻應(yīng)變計(jì)作為電阻敏感器件，當(dāng)被測(cè)試件在外力作用下產(chǎn)生電阻變化增量，再利用通用的惠斯登電橋原理，經(jīng)過(guò)低漂移高增益差動(dòng)放大器，進(jìn)行電壓放大來(lái)實(shí)現(xiàn)非電量的電阻變化增量轉(zhuǎn)換成電量轉(zhuǎn)換的特殊設(shè)計(jì)而成。

2.為方便介紹起見(jiàn)，
用1/4電橋（公用補(bǔ)償應(yīng)變計(jì)）、橋臂電阻 R=120Ω為例，來(lái)對(duì)測(cè)量原理加以說(shuō)明。電阻應(yīng)變測(cè)量原理，如圖1所示,圖中:

Rg----工作電阻應(yīng)變計(jì);

R —— 橋臂固定電阻;

K_F ——低漂移差動(dòng)放大器增益;

    圖1電阻應(yīng)變測(cè)量原理圖

因?yàn)橹绷麟姌虻妮敵鲭妷海╒i）為:     Vi=0.25EgKε;

      此時(shí)低漂移差動(dòng)放大器的輸出電壓（Vo）為:     Vo=K_FVi=0.25K_FEgKε;

所以:                  ε=                          （1）

式中: Vi-----直流電橋的輸出電壓;

       Eg-----電橋供橋電壓（V）

       K —— 電阻應(yīng)變計(jì)靈敏度系數(shù);

      ε —— 輸入實(shí)際應(yīng)變量（με）;

      Vo —— 低漂移差動(dòng)放大器的輸出電壓（μV）;

      K_F   —— 低漂移差動(dòng)放大器的增益;

如當(dāng):   Eg=2.00V,   K=2.00時(shí) , ε=Vo/K_F （με）;

同理: 對(duì)于半橋電路如（2） 式

ε=                           （2）   

對(duì)于全橋電路 如（ 3）式         

                             ε=                           （3）

這樣, 只要確定低漂移差動(dòng)放大器的增益K_F,測(cè)試結(jié)果就可由系統(tǒng)軟件加以自動(dòng)修正后，即可準(zhǔn)確測(cè)試出輸入實(shí)際應(yīng)變數(shù)值。

五．靜態(tài)電阻應(yīng)變儀使用方法

1）10、20測(cè)點(diǎn)儀器面板功能圖（圖2）：

圖2

1：散熱風(fēng)扇

2：USB通訊接口，與計(jì)算機(jī)USB接口相連。

3：電源指示燈

4：工作指示燈

5：RS-485擴(kuò)展接口，RS-485輸出接口接下一臺(tái)儀器的輸入接口，形成級(jí)聯(lián)，一臺(tái)計(jì)算機(jī)zui多可控制六十四臺(tái)儀器。

6：補(bǔ)償端子，修改橋路和接公用補(bǔ)償片時(shí)用。

7：通道號(hào)顯示數(shù)碼管。

8：應(yīng)變量指示燈

9：修正系數(shù)指示燈

10：手動(dòng)采集鍵，確認(rèn)通道數(shù)和平衡通道后，采集信號(hào)用。

11：接地端子。

12：電源開(kāi)光

13：220V交流電源接口

14：通道端子

15：應(yīng)變量及設(shè)備修正系數(shù)的顯示數(shù)碼管。

16：小數(shù)點(diǎn)鍵，修改/查看修正系數(shù)時(shí)用，查看修正系數(shù)時(shí)，先設(shè)置通道數(shù)，按確認(rèn)鍵，再按小數(shù)點(diǎn)鍵就能看到所在通道的修正系數(shù)。數(shù)字鍵，按此鍵，則顯示所按數(shù)值，此鍵在修改通道號(hào)和修正系數(shù)時(shí)有效。

2）10+1測(cè)點(diǎn)儀器面板功能圖（圖3）：

圖3

1：?jiǎn)为?dú)顯示應(yīng)力值的顯示數(shù)碼管

2：通道端子（單獨(dú)顯示）

3）接線(xiàn)方法：

圖4  1/4.半橋和全橋接線(xiàn)原理圖

1/4 橋（公用補(bǔ)償應(yīng)變計(jì)）接線(xiàn)（方式1）：參見(jiàn)圖5  

圖5 1/4 橋（公用補(bǔ)償應(yīng)變計(jì)）接線(xiàn)圖

    將工作端Vi+端子處的短接銅片推入，補(bǔ)償端1/4橋處的短接銅片也推入，半橋處銅片斷開(kāi)，將工作應(yīng)變計(jì)的一端接到儀器工作端的“＋Eg”上；另一端接到儀器工作端的“Vi＋”上；補(bǔ)償端子Rd處接公共補(bǔ)償應(yīng)變計(jì)。

半橋（單個(gè)補(bǔ)償應(yīng)變計(jì)）接線(xiàn)（方式2）：參見(jiàn)圖6

圖6 （單個(gè)補(bǔ)償應(yīng)變計(jì)）半橋接線(xiàn)圖（方式2）

將補(bǔ)償端1/4橋處銅片斷開(kāi)，半橋處銅片推入；通道端子“Vi+”處銅片推入，將工作片接到通道端子上的“＋Eg”“Vi+”端子上,補(bǔ)償應(yīng)變計(jì)Rd接到“Vi+”和“－Eg”端子上。

半橋接線(xiàn)（方式3和方式4）：參見(jiàn)圖7

圖7 半橋接線(xiàn)圖

        應(yīng)變計(jì)接線(xiàn)方法：將工作端Vi+端子處的銅片斷開(kāi)；將補(bǔ)償端1/4處銅片斷開(kāi)，半橋處短接銅片推入；工作端+Eg和Vi+接工作應(yīng)變計(jì)Rg，Vi+和-Eg接補(bǔ)償應(yīng)變計(jì)Rd。

傳感器接線(xiàn)方法：將工作端Vi+端子與下面一個(gè)端子的銅片斷開(kāi)；將補(bǔ)償端1/4處銅片斷開(kāi)，半橋處短接銅片推入；將半橋傳感器的“正電源輸入端”接到儀器的“＋Eg”上；傳感器的“負(fù)電源輸入端”接到儀器的“－Eg”上；傳感器的“正信號(hào)輸出端”接到儀器的“Vi＋”上。

全橋接線(xiàn)（方式5和方式6）：參見(jiàn)圖8

圖8 全橋接線(xiàn)圖

應(yīng)變計(jì)接線(xiàn)方法：將接線(xiàn)端子上的銅片全部斷開(kāi)，工作端+Eg和Vi+，Vi+和-Eg，-Eg和Vi-，+Eg和Vi-各接一個(gè)工作片。

傳感器接線(xiàn)方法：將接線(xiàn)端子上的銅片全部斷開(kāi)，將全橋傳感器的“正電源輸入端”接到儀器的“＋Eg”上；傳感器的“負(fù)電源輸入端”接到儀器的“－Eg”上；傳感器的“正信號(hào)輸出端”接到儀器的“Vi＋”上；傳感器的“負(fù)信號(hào)輸出端”接到儀器的“V-“上。

4）面板操作流程圖

（圖9）

圖9面板操作流程圖

5）軟件操作流程圖（圖10）

圖10

六．系統(tǒng)擴(kuò)展框圖

                        n=1                  n=2                       n=64

                                                  ……

             USB口              RS485                   RS485

圖11系統(tǒng)擴(kuò)展框圖

注:一臺(tái)計(jì)算機(jī)zui多擴(kuò)展到六十四臺(tái)儀器

七．測(cè)試結(jié)果修正

測(cè)試結(jié)果大致有如下幾個(gè)常用的修正內(nèi)容:

1.長(zhǎng)導(dǎo)線(xiàn)電阻（Rl）的修正

（1）將電阻應(yīng)變計(jì)接成1/4橋（公用補(bǔ)償應(yīng)變計(jì)）電路, 然后用二根長(zhǎng)導(dǎo)線(xiàn)引至系統(tǒng)，可按（4）式計(jì)算。

                 ε=[1+2（R_l/R）]ε_i                         （4）

式中： ε_i   —— 測(cè)量應(yīng)變量 ;        ε —— 實(shí)際應(yīng)變量;

R —— 電阻應(yīng)變計(jì)的阻值;    R_l —— 單根長(zhǎng)導(dǎo)線(xiàn)的阻值。

（2）將電阻應(yīng)變計(jì)接成半橋電路，然后用三根長(zhǎng)導(dǎo)線(xiàn)引至系統(tǒng)，可按（5）計(jì)算。

                       ε=[1+（R_l/R）]ε_i                                         （5）       

式中： ε_i —— 測(cè)量應(yīng)變量 ;       ε —— 實(shí)際應(yīng)變量 ;

       R —— 電阻應(yīng)變計(jì)的阻值 ;   R_l —— 單根長(zhǎng)導(dǎo)線(xiàn)的阻值。

注:同上，如用四根長(zhǎng)導(dǎo)線(xiàn)直接引至系統(tǒng)電橋接線(xiàn)端處，此時(shí)R1應(yīng)為二根長(zhǎng)導(dǎo)線(xiàn)的阻值之和。

（3）將電阻應(yīng)變計(jì)接成全橋電路，然后用四根長(zhǎng)導(dǎo)線(xiàn)引至系統(tǒng)，可按（6）計(jì)箅。

                       ε=[1+2（R_l/R）]ε_i                                             （6）

式中： ε_i   —— 測(cè)量應(yīng)變量;         ε —— 實(shí)際應(yīng)變量;

R —— 電阻應(yīng)變計(jì)的阻值 ;   R_l —— 單根長(zhǎng)導(dǎo)線(xiàn)的阻值。

2．電阻應(yīng)變計(jì)靈敏度系數(shù)（K）的修正

電阻應(yīng)變計(jì)靈敏度系數(shù)（Ks）值，一般由用戶(hù)選用某一應(yīng)變計(jì)生產(chǎn)廠商的產(chǎn)品而已確定，但（k）值均不全相同，在進(jìn)行電阻應(yīng)變測(cè)試中應(yīng)加以修正，一般

可由公式（7）加以修正

                          ε=-K/Kiεi                              （7）                                                                                                               式中：

ε_i  —— 測(cè)量應(yīng)變量 _;                              ε —— 實(shí)際應(yīng)變量;

 K i—— 電阻應(yīng)變計(jì)靈敏度系數(shù);        K—— 測(cè)試系統(tǒng)靈敏度系數(shù)。

5-5-3電阻應(yīng)變計(jì)電阻值（Rr）的修正

    （1）半橋和全橋接線(xiàn)狀態(tài)，因?yàn)殡姌驑蚵窞榕P式電橋，測(cè)試結(jié)果和等臂橋租同，因?yàn)榈推撇顒?dòng)放大器的輸入阻抗很大，為此不必作應(yīng)變計(jì)電阻值的修正。

    （2）1/4橋（公用補(bǔ)償應(yīng)變計(jì)）狀態(tài)，電橋橋路為立式電橋。則可由（8）式修正:

ε=（R/120+120/R+2）/4                   （8）

 式中             

   εi   —— 測(cè)量應(yīng)變量 ; ε—— 實(shí)際應(yīng)變量;   R——電阻應(yīng)變計(jì)電阻值。

注:從公式（8）可看出， 當(dāng)在測(cè)試時(shí)選用的電阻應(yīng)變計(jì)電阻值與R=120歐姆十分接近時(shí)其影響狠小，如橋臂電阻阻值成倍增減敵話(huà)則必須考慮應(yīng)變計(jì)電阻阻值的修正！

5-5-4綜合修正系數(shù)的修正

ε=Kεi

  式中：

εi   —— 測(cè)量應(yīng)變量;    ε —— 實(shí)際應(yīng)變量;      K —— 綜合修正系數(shù) ;

綜合修正系數(shù)K包含如下幾個(gè)內(nèi)容:

1, 不同線(xiàn)徑不同長(zhǎng)度連接導(dǎo)線(xiàn)，電阻阻值的修正系數(shù)（Kl） ;

2, 不同電阻應(yīng)變計(jì)，靈敏度系數(shù)（K）的修正系數(shù)（Ks）;

3, 不同電阻應(yīng)變計(jì)，電阻阻值的修正系數(shù)（Kr）;

4, 不同接橋橋臂系數(shù)修正系數(shù)（Kn），修正系數(shù)（Kn）值，可從本說(shuō)明書(shū)橋路接線(xiàn)方式表1中可以查到。

用戶(hù)如采用綜合修正系數(shù)K的修正方法，只要事先根據(jù)上述修正內(nèi)容計(jì)算出一個(gè)綜合修正系數(shù)K值，然后設(shè)置到測(cè)試系統(tǒng)中，就會(huì)直接自動(dòng)測(cè)試出實(shí)際應(yīng)變結(jié)果數(shù)值，這樣設(shè)置方法顯得十分簡(jiǎn)單方便。

用戶(hù)如采用傳感器設(shè)置方式接入系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)設(shè)置傳感器的輸出靈敏度（S），如為應(yīng)變計(jì)式位移傳感器，出廠輸出靈敏度S=1000με/mm時(shí)，其測(cè)試結(jié)果就直接為被測(cè)試的位移量值（mm）。

用戶(hù)如選用應(yīng)變計(jì)測(cè)試方式進(jìn)行時(shí)，例如選用工具式應(yīng)變傳感器，則此時(shí)所選用的傳感器不論是全橋還是半橋，一律設(shè)置成為方式2，再把測(cè)試結(jié)果值，除以傳感器靈敏度S（με/mm ）,和標(biāo)距L（mm），即為被測(cè)實(shí)際應(yīng)變值。