电阻应变仪

（梁维 杜志民）计算和分析机器或工程结构内部比较复杂的受力问题，运用数学方法遇到困难，或是认为计算结果不太可靠，需作进一步校验时，一般是用实验应力方法来测量机器或结构内应力的大小和性质。

目前，实验应力分析方法很多，各有优缺点。不过利用电阻应变仪来测量应力，是大家公认的比较方便而又精确的测量方法，因为电阻应变仪能够测量比较小的材料变形，可以在多点上同时进行测量，可以在运转着的机械上对力、位移、速度、加速度等多种物理量同时作测量，还可以用于遥测和遥控。这些都是利用光弹性法、脆性漆层法、X射线法等所办不到的。近来由于电子学的飞跃发展，电测非电量已经成为一门专门科学，也使电阻应变仪的应用范围更广。

电阻应变仪是怎样构成的？在谈到它的构造之先，必须先了解电阻丝应变片。

电阻丝应变片是用特种胶水，把极细的铜镍或镍铬电阻丝（直径d为0.02～0.05毫米，直流电阻100～500欧）弯成栅状如图1，粘在极薄的纸片上制成。在线栅两端焊以直径较粗的两根导线，以便和测量电路中的引线相接。试验时，把粘有电阻丝的纸片用特种胶水牢牢地胶在机器表面上，由于导线很细，纸片和胶水都很薄，因而贴在试件表面的电阻丝，实际也成为试件不可分离的一部分。当试件受到外力作用而拉伸或压缩，它的截面积有了变动，电阻率也随着变动。因而电阻丝应变片能精确地把材料的变形转换成为电阻率的变化。

电阻应变仪一般分为静态和动态的，种类很多，但是都由换能电桥、放大器和指示器三个部分组成如图2。

（一）换能电桥：它是用四个电阻组成了交流电析的四个臂（图3），其中R\(_{1}\)是贴在试件上随试件而变形的工作电阻丝。R2是不随试件变形，但专作温度补偿用的补偿电阻丝。它们都由电线外接于应变仪。R\(_{3}\)和R4是预调平衡用的可变电阻，是装在应变仪内部。当R\(_{1}\)／R4=R\(_{2}\)／R3时，电桥平衡，A、B两点之间电位差ΔV=0。当试件因外力P的作用而变形时，R\(_{l}\)阻值发生变化，电桥失调。A、B两点之间有了电位差，它和试件变形之间的关系有如下式

式中V是电桥供电电压，S是电阻丝灵敏度系数，一般为1.5～3，Δl／l是试件的单位变形（应变）。因为式中供电电压是一定的，电阻丝灵敏度系数S也是常数，所以ΔV和Δl/l成正比，也就是说材料变形愈大，那么A、B两点间电位差也愈大，所以换能电桥的功用就是把机械量转换成电量。

（二）放大器：由于电桥A、B两点的输出电压ΔV仅为几百微伏，所以必须经过放大几万倍到几十万倍，才能使指示仪器动作，因此在换能电桥和指示器之间还必须加上一具放大器。

动态电阻应变仪对于放大器的要求，比较静态应变仪严格。它是属于低频甲类放大器，将调幅信号放大，但对非线性失真和稳定度要求严格，因为应变仪常在强大的磁场和电场的现场中进行动力机组的应力测量，所以放大器的设计必须保证能抗外界干扰，尤其是抗工业频率50周／秒的干扰。

（三）指示器：应变仪中的指示器种类很多，静态测量多用另点居中的毫（微）安表作为平衡指示。动态测量则用阴极射线示波器和电磁式振子录波器等。

检查和鉴定应变仪的质量，一般是采取以下几个重要指标：

1．要有足够的灵敏度，既能测量每平方厘米几公斤的微小应力所能引起的变形，同时也能测量内力超出弹性极限大约百分之几的巨大变形。

2．要有较宽的动载测量频率范围，自0至100O周／秒。

3．非线性失真不大于1％。

4．有足够的稳定性，不受电源电压波动的影响，另点不漂移。

5．使用电磁式振子录波器最灵敏的振子作纪录时，电桥调平后屏幕上应显示出一根根细的线条，没有外界干扰的迹象和毛刺。

6．在一定的温度和湿度的范围内，不影响仪器的稳定度。

7．能同时进行多点测量。