XL2102系列动态电阻应变仪一、概述在研究结构或材料的应力时，不可避免的要使用到电阻应变仪。

电阻应变仪是测量结构及材料在载荷作用下变形的应力分析仪器。

使用应变仪将被测应变（一般几个微应变至几千微应变之间）转换成电阻率变化进行测量，最后用应变的标度显示出来。

应变仪按频率响应范围可分为静态应变仪、静动态应变仪、动态应变仪和超动态应变仪。

其中静态电阻应变仪和动态电阻应变仪应用较多。

静态电阻应变仪用电学方法测量不随时间变化或变化极为缓慢的静态应变，测量应变频率范围10Hz以内的静载应变。

动态电阻应变仪应用于测量随时间变化的动态应变,其工作频率一般在10kHz以下。

超动态电阻应变仪多应用于测量爆炸，高速冲击等瞬态应变测量,其工作频率一般在10kHz以上。

动静态电阻应变仪实质上还是一款静态应变仪，只是兼做较低频率的单点动态应变测量，测量应变一般是静态或频率在200Hz以内的动态应变。

二、电阻应变仪基本工作原理电阻应变片作为电阻应变仪使用的测量用敏感元件，本身就是一个电阻式传感器，以本身的电阻变化来反映需要测量的机械应变，然后通过应变仪以应变大小的电信号显示出来。

电阻应变仪的基本电路包括电桥电路、放大器、功率放大器、低通滤波器和稳压电源等电路。

应变仪的功能：1）将应变片引进的相对电阻变化准确的变成电信号；2）将电信号进行放大；3）将放大后的电信号按应变量显示或指示出来。

动态应变仪电路组成及使用以我公司生产的XL2102系列动态电阻应变仪中XL2102A 动态电阻应变仪为例进行介绍。

动态应变仪由测量电桥、标定电路、放大器、滤波器等基本电路组成。

三、XL2102A动态电阻应变仪介绍3.1 XL2102A动态应变仪性能特点XL 2102A型动态电阻应变仪采用MCU控制桥路自动平衡，调零精度高，重复性好，可实现零点永久保存；四档直流供桥电压，测量范围宽、频响高。

XL2102A型动态应变仪可广泛应用于土木工程、桥梁、机械结构的实验应力分析，结构及材料任意点变形的应力分析。

配接压力、拉力、扭矩、位移和温度传感器，可对上述物理量进行测试。

在材料研究、机械制造、水利工程、铁路运输、土木建筑及船舶制造等行业得到了广泛应用。

1.数字化智能设计，操作简单，使用方便2.测量通道可选4、6、8路，多通道组合式铝合金框架结构3.按键自动平衡，精确调零，掉电后自动保持平衡值4.内置高精度放大器、A/D转换器等优选电路，工作稳定可靠5.测量电桥接线端子为台湾町洋公司出品，经久耐用，耐磨损3.2 XL2102A动态应变仪结构组成3.2.1 XL2102A动态应变仪系统组成XL2102A动态应变仪由测量电桥盒、标定电路、放大电路、低通滤波电路、桥路平衡电路、显示电路、过荷指示电路及供电电源等电路组成。

测量电桥盒：通过电桥盒将试件上应变片合理组桥后，将应变片产生的微小电阻变化，转换成电压信号供放大器进行放大。

标定电路：动态应变仪测量的应变是随时间迅速变化的，不可能在使用显示电路来显示测量的应变值。

因此采用标定的方法来确定已记录的波形对应的应变值，该标定方法使用灵活不受应变仪测量电桥桥臂阻值的影响，可以随时进行应变仪的标定。

XL2102A 动态应变仪采用的是标定电桥法进行应变仪测量前的标定，标定电桥采用精密电阻。

该款应变仪给定两组校准应变值（500με/1000με），通过拨动应变仪前面板上的功能选择及校准值开关选择应变仪的工作状态以及校准值。

放大电路：由于测量的应变在电桥的输出电压仅为微伏至毫伏级，一般的电子仪器难以测量，因此必须通过放大器将电桥盒输入来的微小电压信号进行放大达到适合观测和处理的信号。

低通滤波电路：经放大器放大的信号包含有包络线与被测信号线，其整个波形含有载波的倍频和其他高频成分的波形，通过该滤波电路将不需要的高频信号滤掉，以得到标准的测试信号。

桥路平衡电路：当应变片接到电桥盒上时，桥臂上的应变片阻值总是略有些差异，因此电桥输出端会有初始零点，通过桥路平衡电路，进行初始值平衡，保证应变仪输出很直观的观测应变片实际变形量。

显示电路：显示电路显示应变仪的初始值直流零点和静态应变测试时应变量对应的电压值，可通过标定电路标定的应变量与电压量的对应关系推算出测试的应变量。

过荷电路：当测试信号超出应变仪的额定输出时，应变仪前面板上红色指示灯点亮，表示信号过大，此时需将测试信号降低或将应变仪的输出增益降低，以保证应变仪输出正常。

供电电源：将220V 交流电源通过整流调压为应变仪的电子芯片提供工作电压和应变仪电桥的直流桥压。

3.2.2 XL2102A 动态应变仪基本工作原理框图3.2.3 XL2102A 动态应变仪测试框图测试信号 放大后信号 滤波后信号3.3 XL2102A 动态应变仪使用3.3.1 XL2102A 动态应变仪电桥盒应变片连接电桥盒作为应变测量元件与应变仪连接的桥梁，熟悉和掌握电桥盒的结构和接线组桥方法对于正确进行动态测试很重要。

XL2102A 动态应变仪配接的电桥盒为X03-120型电桥盒。

电桥盒内部为标准120Ω电阻，使用非标准120Ω应变片时，应使用全桥或半桥方式进行测量。

注意：使用标准120Ω应变片测量时，安装前要使应变片及连线总阻值控制在120Ω±1%范围内，否则电桥不能平衡。

为防止外部电磁干扰，应变片和桥盒之间的连线应采用屏蔽线。

动态应变测量时，应变片与电桥盒在使用不同组桥方式时连接示意图及电原理图。

采用一片应变片进行测试时连接方法应变片 应变式传感器电桥盒 动态应变仪 数据采集器 位移计 XL2102A 动态应变仪测试框图① 供桥电压负端 ② 输入信号正端 ③ 供桥电压正端 ④ 输入信号负端 ⑤ 内半桥输出端 ⑥ 内半桥桥压端 ⑦ 内1/4桥输出端 ⑧ 屏蔽端（接壳体）采用两片应变片进行测试时连接方法采用四片应变片进行测试时连接方法3.3.2 XL2102A动态应变仪测试前操作XL2102A动态应变仪根据测试要求先进行应变仪的基本功能操作。

1）应变仪供桥电压选择该款应变仪通道后面板上具有四档直流桥压（2V/4V/6V/10V）可供选择，原则上使用阻值120Ω电阻应变片时，选取2V或4V供桥电压；使用阻值大于120Ω电阻应变片时一般建议选用6V或10V供桥电压。

具体供桥电压选择原则：测量电桥电流一般不允许超过30mA，即V桥/R桥应小于30mA；同时不能超过应变片要求的电流值。

但当测量短时小信号动态应变时，可允许供桥电流50mA，以提高测量信号的信噪比。

2）低通滤波档选择根据测试频率合理设置低通滤波截止频率点。

低通滤波频率选取原则：低通滤波频率截止频率点一般选择测试频率的2倍以上，当没有合适的频率点时选取邻近的较大低通滤波截止频率；在要求测量幅值比较严格的情况下，应选取较大低通滤波频率，以满足幅值衰减≤0.5dB。

3）输出增益调节根据欲测量对象的应变值范围选择增益旋钮的位置，使被测输出值达到后端分析记录仪表输入范围的50%~80%。

4）桥路平衡将电阻应变片参照前面应变片与电桥盒的连接方法接到电桥盒上。

开启XL2102A 电源开关，预热10~30分钟，按动测量通道的自动平衡按钮，通过电源通道上显示窗口观测电桥零点值是否满足要求，如按桥路平衡按钮后，50mV 指示灯点亮，使用自动平衡按钮旁的微调电位器进行微调，直至满足测量要求为止。

当旋转电位器无法调节时，回旋几圈电位器再进行微调。

直流零点观测时旋转电源通道前面板上通道选择开关进行各个通道零点值观测。

5）动态应变仪校准选择好供桥电压，低通滤波，输出增益以及进行桥路平衡后，选择仪器面板上给定的应变校准值进行应变仪标定，拨动校准开关进行正校准或负校准，确定应变值和输出电压的对应关系。

例如：1）选择桥压2V ，增益选择10×100位置，校准值选择1000με，拨动校准开关（正校或负校），显示表头显示1.000V ，表示试件变形量为1με时，应变仪输出电压1mV 。

此时应变仪的测量范围为10000με。

2）选择桥压2V ，增益选择50×100位置，校准值选择1000με，拨动校准开关（正校或负校），显示表头显示5.000V ，表示试件变形量为1με时，应变仪输出电压5mV 。

此时应变仪的测量范围为2000με。

因该系列应变仪是以应变片灵敏系数K=2.00设计的，因此在使用其它灵敏系数的应变片进行测试时，最终的测量结果应进行修正。

修正公式：系数使用电阻应变片的灵敏测得应变值实际应变值εεc p00.2K p =6）测试完成以上操作后，就可以使用应变仪进行动态应力测试。

测试时将校准开关拨至中间位置（即测量位置），在测试过程中不允许按动自动平衡开关。

测量时的温度补偿应变片要贴在与测量片相同的材料上，且测量片与补偿片要同一材料、同一阻值、同一环境，并避免阳光爆晒，对地绝缘阻抗在500M Ω以上。

尽量减少应变片与桥盒之间的测试连线，使用同轴电缆时，屏蔽层不能作为信号测量导线，而只能做屏蔽保护连到桥盒的接地端。

对于金属试件，要求与应变仪桥盒地线端连接良好以降低工频干扰；测量导线应远离干扰源，如变压器、电机、大型用电设备及动力线等，测量导线在连接时要尽可能使用对称结构安装，这样一来既有利于电桥平衡，又有利于减小干扰，尤其在长导线测量时更为必要。

连接应变片时，一定注意不要使桥盒的桥压端短路，造成测试异常甚至损坏应变仪。

尤其注意供电电源与金属结构件之间的绝缘处理，防止220V 供电电源漏电损坏应变仪甚至造成人员伤亡。

在实际测量中，为了提高测量精度同时实现温度补偿，常将应变片组合使用，这时测量值就应该进行修正。

采用半桥连接方法进行测试时，A1和D1两只应变片均用于应变测量，测量结果要除以2，即：εεc p 21=采用全桥连接方法进行测试时，A1，D1， A2和D2四只应变片均用于应变测量，测量结果要除以4，即：εεc p41=四、注意事项1. 测量过程中不允许按动自动平衡按钮；正校/负校开关应居中，即处于测量状态。

2. 测量时的温度补偿应变片要贴在与测量片相同的材料上，且测量片与补偿片要同一材料、同一阻值、同一环境，并避免阳光爆晒，对地绝缘阻抗在500M Ω以上。

3. 应尽量减少应变片与桥盒之间的测试连线。

使用同轴电缆时，屏蔽层不能作为信号测量导线，而只能做屏蔽保护连到桥盒的接地端。

对于金属试件，要求与应变仪桥盒地线端连接良好以减少工频干扰。

4. 测量导线应远离干扰源，如变压器、电机、大型用电设备及动力线等，测量导线在连接时要尽可能使用对称结构安装，这样一来既有利于电桥平衡，又有利于减小干扰，尤其在长导线测量时更为必要。

5. 输出端与配接的记录、显示及分析仪器输入阻抗要大于2k Ω。

秦皇岛市协力科技开发有限公司 赵柏林2012/2/1。