

应变测量原来可以这么简单

东华测试

2020-06-05

导读：在工程中，应力、应变是很常用的机械参量。通过对机械零件和机械结构的应变、应力测量，可以分析其受力状况和工作状态，验证设计计算，确定工作过程和某些物理现象的机理。

在工程中，应力、应变是很常用的机械参量。通过对机械零件和机械结构的应变、应力测量，可以分析其受力状况和工作状态，验证设计计算，确定工作过程和某些物理现象的机理。

目前应变测量面临的一些问题：

01 测点信息与通道的匹配

在应变测量中，常常会遇到如下几种工况：

● 测试过程中，需要将测点位置信息-线缆-仪器的通道-仪器的机号-机柜号等参数一一记录，过程繁琐单调，一旦有某一环节出错，后期不易排查；

● 如果上述过程有传感器、线缆、仪器的通道1个环节损坏，将需要对这个整条关系带进行跟踪记录，很容易出错；

● 很有可能第1天试验没有完成，需要将现场的采集设备回收，故需要将信号线和仪器分离，通常做法是将每个信号线做好标记，第2天做实验时一一匹配，当线缆数量不多时，这个方法还是可行的，一旦线缆数量成百上千时，这种工作量是不容忽视的。

所以亟需一种能够绑定测点信息和仪器的方法来解决此问题。

02 长导线状态下的影响

对于应变测量，肯定需要考虑长导线影响问题，软件实际计算是按仪器内部的桥压进行计算的，长导线会导致应变片两端产生压降，测试的应变值偏小。

对于长导线的影响，可以通过多种方式去消除其影响：

● 通过人为测量导线电阻，输入软件中，计算应变过程中，将导线电阻影响扣除；

● 通过硬件电路实现导线电阻测量，自动填充到软件中，计算应变过程中，将导线电阻影响扣除；

● 直接将桥压输入到应变片两端，消除导线电阻的影响；

● 通过恒流激励，通过电阻的变化，换算到应变变化，消除导线电阻的影响。

03 高温引起电阻的剧烈变化

在高温应变测量中，应变片阻值会随着温度的变化而变化，变化可能超过桥路的量程，将导致传统惠斯通电桥平衡不了，无法进行测量。

如下为惠斯通电桥，E_o为输出端电压，E_i为供桥电压，输出端电压随着桥臂电阻的变化而变化，如式（1）所示，由于ΔR<<R，可以忽略分母中的ΔR项和分子中ΔR的高次项，对于最常用的全等臂电桥，可简化为式（2）。

在高温测试中，ΔR是不可以忽略的，故高次项不能忽略，需要考虑非线性影响，用常规惠斯通桥路进行应变测量会带来误差。

04 通道状态的检查

应变测量之前，需要确定桥路是否存在问题。常规方式，一个一个测点去敲击，查看应变的变化，时常会遇到测点很多、不易敲击的状况，需要一种简单快速的方式实现所有通道状态的检测。

05 后期通道的定期校准

对于应变测量的仪器，要求定期对其精度进行校准，一般都是送到各地的计量单位，耗时费力，如果能有一种多通道并行校准系统将会使应变测量更加简单。

解决方案：

01 测点与传感器智能识别功能

智能导线识别功能，只要将用户定义的测点信息与导线编号绑定，系统即自动读取测点信息并始终与数据对应，同时，智能导线还保存了硬件的测点参数，更换通道后自动录入测点参数信息，提高了工作效率，避免了现场出错。

02 导线电阻自动测量及修正

桥路导线电阻自动测量及修正：软件一键操作，同时完成所有通道在1/4桥（三线制）、半桥和全桥状态下，桥路长导线电阻的自动测量，并根据工作状态，自动完成修正。

03 四线制供桥与双恒流激励

四线制供桥：采用四线制供桥技术，保证传感器两端的基准电压稳定，无须担心由于测点距离较远而导致传感器两端的电压发生变化。

双恒流激励：采用对称恒流激励技术，是高温下使用应变计进行测量的最佳方式。对称激励可保证放大器的共模抑制（CMR）提供了高抗噪能力，允许使用同一片应变计进行静态和动态数据的测量。

04 系统自检功能

应变测量自检功能：软件一键操作，同步完成所有通道各个状态（包括供桥电压、桥路连接、放大器、自动平衡、A/D转换器及采样控制等）的自检。

05 应变程控自动校准功能

单台程控标准应变源可同时完成16（全桥、半桥、1/4桥）应变示值误差、应变非线性误差。多台源之间可以联机同时校准，实现智能化一键式应变校准，一键启动，中途无须人工干预即可完成校准工作，节省大量的时间和精力，且同时可自动生成报告。此产品已作为我公司调试部门、质检部门的必备工具，通过中国计量院计量后，已并被成飞、602所、上海试飞院、商发、印尼航空局等多个单位的计量处作为计量校准器具。