应变测量原来可以这么简单

发布时间:2020-06-05

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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,Eo为输出端电压,Ei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。


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