應變儀

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應變儀
strain measuring instrument

   測量機械零件、構件或試樣應變的儀器。在實驗應力分析以及靜力強度和動力強度的研究中，應變儀用來測量材料和結構的靜、動態拉伸及壓縮應變，也可測量材料和結構上任意點的應變。在機械工業中，它可用于測量透平葉片、鍋爐結構或內燃機氣缸的應力等。應變儀上如果配有相應的傳感器，還可以測量力、質量、壓力、位移、扭矩、振動、速度和加速度等物理量及其動態變化過程，也可用作非破壞性的應變測量和檢查。
   應變儀的種類很多，按測量原理可分為機械式應變儀(杠桿式、伸縮式、劃痕式等)、 機械-光學式應變儀、光學應變儀、聲學應變儀和電學應變儀（電阻式、電容式、電感式、電壓式等）。
   電學應變儀應用最廣泛，它采用的電路可以是直流電橋式、交流電橋式或電位計式，應用最多的是交流電橋式電路并帶有載波放大器的形式。采用交流電橋電路的應變儀由電橋、放大器、相敏檢波器、濾波器、振蕩器和電源部分組成（見圖[交流電橋式應變儀原理方框圖]）。①電橋：將應變計的電阻變化轉換成電壓或電流信號,以便放大器放大。通常電橋由正弦振蕩器供電,其頻率為500赫～50千赫,較低頻率的被測應變信號對較高的頻率的電橋電壓進行調幅，輸出一個窄頻帶的調幅波信號。②放大器：對電橋輸出的微弱信號進行不失真的放大，并以足夠的功率去推動指示器和記錄器。為提高放大器的穩定性，一般采用交流載波放大器，直流放大器僅用于超動態應變儀。③相敏檢波器：將放大后的調幅波還原為被測應變信號波形，同時反映被測應變信號的方向，通常采用環形相敏檢波器。④濾波器：濾除相敏檢波器輸出信號中的高次諧波分量，以獲得理想的輸出波形。⑤振蕩器：產生一個穩定的振蕩電壓，作為電橋供電電壓和相敏檢波器的參考電壓。電學應變儀靈敏度高、穩定性好。它所配用的應變計體積小，微型箔式應變計能測量工程上被看作一個“點”的小范圍應變。
   應變儀按頻率響應范圍可分為靜態應變儀、靜動態應變儀、動態應變儀和超動態應變儀。其中靜態電阻應變儀和動態電阻應變儀應用較多。靜態電阻應變儀用電學方法測量不隨時間變化或變化極為緩慢的靜態應變。它由測量電橋、放大器、顯示儀表和讀數機構等組成。貼在被測構件上的電阻應變計接于測量電橋上。構件受載變形時，測量電橋有電壓輸出，經放大器放大后由顯示儀表指示出相應的應變值。靜態電阻應變儀每次只能測出一個點的應變。進行多點測量時可配以預調平衡箱。所有測點的應變計均預先接在平衡箱各點上，然后靠開關逐點轉換接入應變儀。動態電阻應變儀應用于測量隨時間變化的動態應變,其工作頻率一般在5千赫以下。它由測量電橋、放大器和濾波器等組成。為了同時測量多個動態應變的信號,應變儀一般有多個通道,每個通道測量一個動態應變信號。動態應變是隨時間而變化的，須將應變的動態過程記錄下來，因此動態應變儀要與記錄器配套使用，記錄結果可直接反映被測應變信號的大小和變化。一般動態電阻應變儀的輸出為電流信號，常配以光線示波器作為記錄器，也可配用磁帶機作為記錄器。
   參考書目
天津大學材料力學教研室電測組編著：《電阻應變測試技術》，科學出版社，北京，1980。
　　　　　　　　　　　　　曹大本　柯毓麟