CN110411332B - 一种测试电阻应变计灵敏系数的系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种测试电阻应变计灵敏系数的系统及方法，属于应变电测技术领域。解决了现有技术中，应变仪无法测试阻值不匹配的特殊应变计，即无法对于任意阻值的非标准电阻式应变计测量其灵敏系数的问题。包括标准应变计和非标准应变计，包括标定装置、加载装置、数据采集系统和参照系统，所述标定装置在加载装置对其施加压应力的情况下能产生单向的拉伸应变，所述标准应变计和非标准应变计均安装在标定装置上，所述数据采集系统包括惠斯通电桥、信号放大器和示波器，惠斯通电桥分别与非标准应变计和信号放大器连接，信号放大器和示波器连接，所述参照系统包括应变仪和电脑，应变仪分别与标准应变计和电脑连接。
Description
技术领域
本发明属于应变电测技术领域，更具体的说是涉及一种测试电阻应变计灵敏系数的系统及方法。
背景技术
应变计电测技术从诞生至今一直是结构应力/应变分析的主要手段之一，电阻应变计是其中应力/应变测量的关键敏感元件。箔式应变计是目前市售的主流商品，相应的应变仪等后端数据采集仪器也主要针对标准箔式应变计而开发。但随着应变计使用范围的扩大，特别是特殊应变测量领域的扩大，应变计的种类呈现多样化趋势，微型化、精确化的特种应变计也越来越受重视。这些新型的应变计——如厚膜应变计、薄膜应变计等，成熟的市售商品非常少，多数还处于研究发展阶段，在研发时就需要对它们的工作特性进行检测。
灵敏系数是反应应变计将应变转换成电阻变化的敏感程度，是应变计的重要工作特性之一，也是国家标准检验要求中需检测的工作特性。商用的数据采集仪器(应变仪)一般用于测量阻值为120Ω、350Ω的标准箔式应变片，无法测试阻值不匹配的特殊应变计，即无法对于任意阻值的非标准电阻式应变计测量其灵敏系数。
发明内容
为了解决现有技术中，应变仪无法测试阻值不匹配的特殊应变计，即无法对于任意阻值的非标准电阻式应变计测量其灵敏系数的问题，本发明提供一种测试电阻应变计灵敏系数的系统及方法。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种测试电阻应变计灵敏系数的系统，包括标准应变计和非标准应变计，包括标定装置、加载装置、数据采集系统和参照系统，所述标定装置在加载装置对其施加压应力的情况下能产生单向的拉伸应变，所述标准应变计和非标准应变计均安装在标定装置上，所述数据采集系统包括惠斯通电桥、信号放大器和示波器，惠斯通电桥分别与非标准应变计和信号放大器连接，信号放大器和示波器连接，所述参照系统包括应变仪和电脑，应变仪分别与标准应变计和电脑连接。
进一步的，所述标定装置为弹性环，所述弹性环由横截面呈三角形的棱柱沿轴向方向设置贯穿的通孔制成，在通孔和棱柱的一个侧面之间设有相互连通的缺口，所述标准应变计和非标准应变计均安装在棱柱与缺口相对的侧面上。
进一步的，所述棱柱为正三棱柱，所述标准应变计和非标准应变计均安装在棱柱与缺口相对的侧面的中线上，所述棱柱由铝合金或不锈钢制成。
进一步的，所述加载装置为带有上夹具和下夹具的材料试验机。
进一步的，所述非标准应变计接入惠斯通电桥中形成1/4桥，惠斯通电桥中的其它桥臂由精密电阻组成，所述精密电阻的阻值与非标准应变计相同。
本发明还提供了一种测试电阻应变计灵敏系数的方法，具体包括以下步骤：
步骤1：将待测试的非标准应变计和标准应变计沿应变方向粘贴于弹性环测试面上，所述测试面为棱柱与缺口相对的侧面；
步骤2：将待测试的非标准应变计接入惠斯通电桥中形成1/4桥，惠斯通电桥中的其它桥臂由精密电阻组成，精密电阻的阻值与待测的非标准应变计相同；
步骤3：将惠斯通电桥的输入端和输出端与信号放大器进行电连接，信号放大器既给惠斯通电桥供电，同时又对电桥输出的电压信号进行放大，信号放大器连接示波器；
步骤4：将标准应变计接入应变仪，同时应变仪与电脑及显示设备连接；
步骤5：将弹性环放置于材料试验机的上、下夹具之间，进行预压紧；
步骤6：利用材料试验机对弹性环进行k次阶梯式加压，各个阶梯施加的压力依次为x1、x2、x3、……、xk；同时，示波器采集到的电压读数依次为u1、u2、u3、……、un，应变仪采集到的应变读数依次为ε1、ε2、ε3、……、εk；
步骤7：计算非标准应变计的灵敏系数K，计算方法如下：
式(1)中，a为信号放大器的放大倍数；U0为信号放大器提供给电桥的供电电压；ΔUn＝un-u1(n＝2、3、4、……k)；Δεn＝εn-ε1(n＝2、3、4、……k)；
则灵敏系数
在上述步骤1中，将待测试的非标准应变计和标准应变计沿应变方向粘贴于弹性环测试面的中线上。
在上述步骤5中，预压紧压力为5N-20N。
本发明与现有技术相比具有的有益效果是：
对于任意阻值的非标准应变计，均可以采用本发明中的测试系统和测试方法测量其灵敏系数。
附图说明
图1是本发明的一种测试电阻应变计灵敏系数的系统的示意图。
图2是本发明中标定装置(弹性环)的结构示意图。
图3是本发明中将弹性环放置于材料试验机的夹具上进行预压紧示意图。
图4是本发明材料试验机阶梯式施加压力及后端设备采集到的数据示意图。
图中标记：1-标定装置，2-标准应变计，3-非标准应变计，4-应变仪，5-电脑，6-惠斯通电桥，7-信号放大器，8-示波器，9-材料试验机，11-测试面，12-缺口，13-中线，14-通孔，91-上夹具，92-下夹具。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的描述，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，并不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域的普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的其他所用实施例，都属于本发明的保护范围。
实施例1:
如图1-3所示，一种测试电阻应变计灵敏系数的系统，包括标准应变计2和非标准应变计32，包括标定装置1、加载装置、数据采集系统和参照系统，所述标定装置1在加载装置对其施加压应力的情况下能产生单向的拉伸应变，所述标准应变计2和非标准应变计32均安装在标定装置1上，所述数据采集系统包括惠斯通电桥6、信号放大器7和示波器8，信号放大器7和示波器8连接，惠斯通电桥6用于把非标准应变计32电阻的微小变化转换为适合放大和处理的电压信号；将惠斯通电桥6的输入端和输出端与信号放大器7进行电连接，信号放大器7既给惠斯通电桥6供电，同时又对电桥输出的电压信号进行放大，信号放大器7连接示波器8；将惠斯通电桥6的输入端和输出端与信号放大器7进行电连接，信号放大器7既给惠斯通电桥6供电，同时又对电桥输出的电压信号进行放大，信号放大器7连接示波器8；所述参照系统包括应变仪4和电脑5，应变仪4分别与标准应变计2和电脑5连接；应变仪4用于采集和分析标准应变片所产生的应变数据。
在本实施例中，所述标定装置1为弹性环，如图1所示，弹性环的优选材料为线性度好、弹性极限高的金属弹性体，所述弹性环由横截面呈三角形的棱柱沿轴向方向设置贯穿的通孔14制成，在通孔14和棱柱的一个侧面之间设有相互连通的缺口12，所述标准应变计2和非标准应变计32均安装在棱柱与缺口12相对的侧面上。
在本实施例中，所述棱柱为正三棱柱，所述标准应变计2和非标准应变计32均安装在棱柱与缺口12相对的侧面的中线13上，所述棱柱由铝合金或不锈钢制成。对弹性环的顶端和底部施加压应力时，其测试面11能产生单向的拉伸应变；所述测试面11为棱柱与缺口12相对的侧面；
在本实施例中，所述加载装置为带有上夹具91和下夹具92的材料试验机9。通过材料加载试验机能逐步的对标定装置1施加压应力。
在本实施例中，所述非标准应变计32接入惠斯通电桥6中形成1/4桥，惠斯通电桥6中的其它桥臂由精密电阻组成，所述精密电阻的阻值与非标准应变计32相同。
具体的，本实施例中，所选用的材料试验机9型号为：SHAED-3000电子万能材料试验机；信号放大器7型号为：东华公司的DH-8342程控应变放大器；示波器8型号为：安捷伦公司的DSOX2002A数字示波器；应变仪4型号为：HBM公司的MX1615B。
本发明还提供了一种测试电阻应变计灵敏系数的方法，具体包括以下步骤：
步骤1：将待测试的非标准应变计32和标准应变计2沿应变方向粘贴于弹性环测试面11上，所述测试面11为棱柱与缺口12相对的侧面；
步骤2：将待测试的非标准应变计32接入惠斯通电桥6中形成1/4桥，惠斯通电桥6中的其它桥臂由精密电阻组成，精密电阻的阻值与待测的非标准应变计32相同；
步骤3：将惠斯通电桥6的输入端和输出端与信号放大器7进行电连接，信号放大器7既给惠斯通电桥6供电，同时又对电桥输出的电压信号进行放大，信号放大器7连接示波器8；
步骤4：将标准应变计2接入应变仪4，同时应变仪4与电脑5及显示设备连接；
步骤5：将弹性环放置于材料试验机9的上、下夹具92之间，进行预压紧；预压紧压力优选为5N-20N。
步骤6：利用材料试验机9对弹性环进行k次阶梯式加压，各个阶梯施加的压力依次为x1、x2、x3、……、xk；同时，示波器采集到的电压读数依次为u1、u2、u3、……、un，应变仪采集到的应变读数依次为ε1、ε2、ε3、……、εk
步骤7：计算非标准应变计32的灵敏系数K，计算方法如下：
式(1)中，a为信号放大器7的放大倍数；U0为信号放大器7提供给惠斯通电桥6的供电电压；ΔUn＝un-u1(n＝2、3、4、……k)；Δεn＝εn-ε1(n＝2、3、4、……k)。
则灵敏系数
在上述步骤1中，将待测试的非标准应变计32和标准应变计2沿应变方向粘贴于弹性环测试面11的中线13上，用于测量弹性环测试面11的真实应变的最平均处；
对于任意阻值的非标准应变计32，均可以采用本发明中的测试系统和测试方法测量其灵敏系数，如图4所示。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种测试电阻应变计灵敏系数的系统，包括标准应变计和非标准应变计，其特征在于，包括标定装置、加载装置、数据采集系统和参照系统，所述标定装置在加载装置对其施加压应力的情况下能产生单向的拉伸应变，所述标准应变计和非标准应变计均安装在标定装置上，所述数据采集系统包括惠斯通电桥、信号放大器和示波器，惠斯通电桥分别与非标准应变计和信号放大器连接，信号放大器和示波器连接，所述参照系统包括应变仪和电脑，应变仪分别与标准应变计和电脑连接；
所述标定装置为弹性环，所述弹性环由横截面呈三角形的棱柱沿轴向方向设置贯穿的通孔制成，在通孔和棱柱的一个侧面之间设有相互连通的缺口，所述标准应变计和非标准应变计均安装在棱柱与缺口相对的侧面上；
所述加载装置为带有上夹具和下夹具的材料试验机。
2.根据权利要求1所述的一种测试电阻应变计灵敏系数的系统，其特征在于，所述棱柱为正三棱柱，所述标准应变计和非标准应变计均安装在棱柱与缺口相对的侧面的中线上，所述棱柱由铝合金或不锈钢制成。
3.根据权利要求1所述的一种测试电阻应变计灵敏系数的系统，其特征在于，所述非标准应变计接入惠斯通电桥中形成1/4桥，惠斯通电桥中的其它桥臂由精密电阻组成，所述精密电阻的阻值与非标准应变计相同。
4.一种测试电阻应变计灵敏系数的方法，其特征在于，包括权利要求1-3中任一所述的测试电阻应变计灵敏系数的系统，具体包括以下步骤：
步骤1：将待测试的非标准应变计和标准应变计沿应变方向粘贴于弹性环测试面上，所述测试面为棱柱与缺口相对的侧面；
步骤2：将待测试的非标准应变计接入惠斯通电桥中形成1/4桥，惠斯通电桥中的其它桥臂由精密电阻组成，精密电阻的阻值与待测的非标准应变计相同；
步骤3：将惠斯通电桥的输入端和输出端与信号放大器进行电连接，信号放大器既给惠斯通电桥供电，同时又对电桥输出的电压信号进行放大，信号放大器连接示波器；
步骤4：将标准应变计接入应变仪，同时应变仪与电脑及显示设备连接；
步骤5：将弹性环放置于材料试验机的上、下夹具之间，进行预压紧；
步骤6：利用材料试验机对弹性环进行k次阶梯式加压，各个阶梯施加的压力依次为x1、x2、x3、……、xk；同时，示波器采集到的电压读数依次为u1、u2、u3、……、un，应变仪采集到的应变读数依次为ε1、ε2、ε3、……、εk；
步骤7：计算非标准应变计的灵敏系数K，计算方法如下：
式(1)中，a为信号放大器的放大倍数；U0为信号放大器提供给电桥的供电电压；ΔUn＝un-u1(n＝2、3、4、……k)；Δεn＝εn-ε1(n＝2、3、4、……k)；
则灵敏系数
5.根据权利要求4所述的一种测试电阻应变计灵敏系数的方法，其特征在于，在所述步骤1中，将待测试的非标准应变计和标准应变计沿应变方向粘贴于弹性环测试面的中线上。
6.根据权利要求4所述的一种测试电阻应变计灵敏系数的方法，其特征在于，在所述步骤5中，预压紧压力为5N-20N。
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