1、一、概 述KD6009型應變放大器是一種直流供橋差分直耦式高性能信號調節放大器，用于測量材料或結構的動靜態應變及小信號電壓測量。如配用相應的電阻應變片或應變式傳感器，可測量力、壓力、扭矩、位移、速度、加速度等物理量的變化過程，是實驗應力分析及動靜力強度研究的一種重要工具。本儀器具有如下特點： 直流橋壓 長線補償 適合遠距離傳輸，導線可長達1000米電子自動調平衡 操作簡單 使用方便可選擇的低通濾波器可作電壓放大器數字顯示二、技術參數2.1通道數：8通道以內組合2.2橋路電阻：6010002.3供橋電壓：2、4、8VDC 誤 差：0.2 電 流：50mA max2.4靈敏度系數：k2.002.5

2、平衡系統： 自 動：5000（橋路電阻R1 橋路不平衡） 時 間：約10秒2.6輸入阻抗：100M2.7額定輸入電壓：0100mV2.8共模電壓：10Vp2.9共模抑制比：100dB(DC60Hz)2.10增益：100、200、500、1000、2000、50002.11精度誤差：0.5%2.12頻響：DC1MHz -3dB1dB2.13低通濾波器：1KHz、10KHz、100KHz、1MHz（線性F） -24dB/oct 2.14輸出：5Vp/10mA2.15.線性度：0.05%2.16噪聲：折合至輸入端,輸入短路,增益放置最大12Vrms2.17穩定度：溫度：零點：1VRTI*/ 靈敏度：

3、0.01% FS/ 時間：零點：0.1% FS/2h（輸入短路） 靈敏度：0.1% FS/2h2.18輸出指示：四位半LED最大顯示19999（多通道組合型為通道切換顯示）2.19顯示模式：DC2.20電源：220V10% 50VA2.21工作環境： 溫度：040 濕度：40（2090）RH2.22尺寸：340（寬）133（高）240（深）八通道尺寸三、原理3.1測量原理電阻應變片多用金屬箔印制腐蝕而成，也有用細金屬絲繞制，測量應變時，首先要求應變片的應變與被測試件的應變相等。因此要用粘結劑把應變片牢牢地粘貼在試件的測點上，當試件受到外力作用時，測點產生的變形通過粘結劑和應變片的基底傳給應變片

4、的敏感柵，于是敏感柵也隨測點同時變形，從而引起電阻的變化。這樣把力學參數如壓力、載荷、位移、應力等轉換成與之成比例的電學參數。用靈敏的惠斯頓電橋測出電阻值的變化R/R，就可換算出相應的應變量，若用被測物理量來刻度，就可直讀出非電量，完成了非電量電測。電阻應變片的電阻變化率與試件的最大主應變之比稱為電阻片的靈敏度系數k。 R L R k / / R L R 式中是結構或材料的應變，是長度變化單位的相對值，是很微小的值，一般用或m/m（長度相對變化10-6）表示。相應地電阻變化R/R也是很小的值。3.2儀器工作原理儀器的原理框圖見圖1，各部分工作原理簡述如下：圖1 整機方框圖前置放大器如前所述，由

5、于材料的變形引起的電阻變化R是個很小的值，通過電橋將電阻微量變化轉換成電壓或電流的變化，一般在微伏到毫伏級，要處理該信號，就要求放大器有足夠高的增益。特別是前置放大器，它是應變儀中的關鍵部件，其漂移和噪聲要極小。本儀器前置放大器采用高性能運放組成同相輸入差分儀表放大電路，這種測量放大器具有低噪聲、低漂移、高輸入阻抗、高共模抑制比、高線性度等一系列重要優良特性，從而保證了整機的穩定度。加法器 加法器對前置放大器，自動平衡電路，標定信號進行處理，當橋路存在固有不平衡時，前置放大器輸出一個不平衡電壓，自動平衡電路亦輸出一個與其幅度相等方向相反的補償電壓，經過加法器使用其相互抵消，放大器輸出為零。本機

6、標定采用電壓注入法，通過開關控制，從加法器輸入一個與應變成比例的電壓，它不受電橋電阻的限制。衰減器 中間放大器 中間放大器對小信號再次放大以滿足整機靈敏度的要求。低通濾波器 為了有效的濾除無用的高頻分量，本機設置了分檔調節的低通濾波器，濾波器采用四階巴特澳斯型，具有平坦的幅頻特性和較線性的相頻特性，使系統有較高的信噪比。輸出放大器 過載指示 本機設有輸出放大器，放大器采用前饋補償技術，有較強的容性負載能力，有限流保護措施。過載指示器是監視電壓輸出是否超出有效電壓范圍，靈敏的自舉電路能使短至數十微秒的脈沖激勵電路，保持發光約1秒。自動平衡電路 該電路由過零比較器、計數器、D/A轉換器等組成，人工

7、啟動后，D/A轉換器向加法器輸出一個線性度極高的斜坡電壓，當放大器輸出經過零點時，過零比較器動作，計數器中斷計數，D/A轉換器輸出一恒定電壓補償測量電橋的不平衡輸出，使放大器輸出為零，達到自動平衡。橋壓源 應變測量中，橋壓源的穩定性是非常重要的，本機采用高穩定的能帶間隙基準源及運算放大器控制的高精度穩壓源。對于遠距離測量，導線電阻造成的系統誤差往往是不允許的（指供橋電源線），盡管可以通過長線修正減小此誤差，但修正的方法既麻煩，又不準確，因此本儀器采用四線橋壓模式，兩線用于向橋路供電，兩線用于采樣（橋路輸出的兩線接放大器稱為六線測量系統），由反饋回路控制電源放大器，使其輸出提高，提高的輸出電壓正

8、好補償導線線阻壓降，保證施加在橋路上的電壓為標稱額定值，處理數據時不需要修正。四、面板操作功能4.1 前面板 電源帶顯示通道（面板左側），該單元上有顯示功能切換鍵。.1 顯示器由五位LED組成，正負號自動切換，顯示值為直流19999，分辨率1mV（多路時顯示器共用），作直流零點監測或標定。.2 通道顯示，由單只LED指示當前通道。.3 通道及功能切換鍵在通道顯示單元下方，用微動按鍵按動切換。按鍵功能分別為：通道：切換通道，由獨立LED顯示器指示，循環切換。（按鍵為左上方）增益：切換增益(所指增益為當前增益指示值100)，循環切換。（按鍵為左下方）橋壓：改變應變片或傳感器供橋電壓，循環切換。（按

9、鍵為右上方鍵）低通：切換低通濾波頻率點，循環切換。（按鍵為右下方鍵）平衡：本儀器為自動平衡。平衡前應設置好量程、橋壓等，然后按平衡鍵，平衡完成后如顯示不為零，應在測量時扣除該值，特別是在測量小信號時更為重要。（平衡鍵為中央鍵） 通道功能4.1.2.1 通道部分為每單元獨立，功能顯示均以電子開關切換，并以LED（發光二極管）顯示量程檔位。4.1.2.2 當需要某通道的數值要設定時，請根據4.1.1.3所示操作方法來改變。4.2 后面板 風扇，接通電源即工作，使儀器散熱。（四通道以內不配） 不接地/接地開關，根據測試情況而定（見6.4）。 交流/直流開關在用AC：220V電源時，開關撥至交流方向，

10、用直流時，開關撥至直流方向。 電源插座供220V交流使用，插座內藏備有保險絲一只。 直流接線柱用于外接直流，紅接+12V，黑接-12V，中間為地。五、使用方法5.1輸入連接.全橋應變片或應變式傳感器的連接。S-:負橋壓補償 P-:負橋壓 in-:負輸入 S+:正橋壓補償 P+:正橋壓 in+: 正輸入圖 2本放大器輸入為七芯插座，各芯的功能見圖2，輸入電纜為六芯對絞、雙護套、雙屏蔽抗干擾電纜，插座的第七芯為內層屏蔽，外殼為外層屏蔽,連接時，在應變計的一端內外屏蔽層均應開路，保證系統只有一點接地。最長輸入電纜可達1000米。各種橋路接法可參看附1：橋盒接線方法。.1/4橋，半橋的連接 當使用1/

11、4橋或半橋測量時,必須配接一只電橋盒，圖3所示電橋盒內置二只120的精密電阻位置。圖 3 如遠距離測量，應首先考慮延長電橋盒至放大器的連接電纜，以利發揮六線制測量的優點，應變片到電橋盒的連接線要盡量短并采用四芯屏蔽電纜。如引線較長時,對測量值要進行修正。.電壓測量方法電壓型輸出的傳感器或電壓信號可接入本儀器進行測量，最大輸入電壓50mV，由于輸入電路不能完全浮地，對于正負輸入端必須有一個回到地回路的連接線。接線方法參看“橋盒接線方法”電壓輸入一欄。5.2輸出連接 本儀器額定電壓輸出為峰值5V，如輸出嚴重過載或在自動平衡調節過程中，特別是在高增益檔，放大器輸出處于飽和狀態，最大輸出可達到峰值6V

12、左右，連接到記錄設備時要注意，對于輸入有要求的記錄儀，應使放大器調過平衡后再接入，在使用中應避免輸出過載，對于輸入過載能力較強的儀器不必考慮上述問題。5.3橋壓的選擇.本機采用直流橋壓。.供橋電壓采用四線制。在橋路端點P與S連接，P與S連接，接觸要牢固不可接錯。如果只用功率線P+與P-，不用取樣線S與S，則長線時橋壓不具補償作用。.向應變片施加橋壓時，應從低到高逐漸加大，為提高靈敏度在允許的情況下，盡可能提高橋壓來實現，但要注意激勵電壓過高會使應變片發熱影響穩定性，橋壓40應變片功率增加100，正確的選擇應使流過應變計的電流不超過25mA。5.4平衡.將應變片或應變傳感器與橋盒相連，橋盒與儀器

13、相連，選擇適當的橋壓。.放大器預熱30分鐘.將增益切換至適當的位置，按自動平衡按鈕，約10秒后放大器輸出回零，輸出小于10mV。.測量中如切換橋壓或改變增益，應重新進行一次平衡調節，在重調平衡時，傳感源要在卸載的情況下進行，否則自動平衡電路會誤將傳感器應力輸出信號作為不平衡輸出對待，一起進行平衡予以清除。.作電壓放大器使用時，先將輸入端對地短路，按自動平衡按鈕，放大器輸出為零，然后再進行電壓測量。（接線方法見圖5）5.5增益及應變量計算本放大器增益為六檔。測量時增益的選擇以輸出電壓上限不超出10V，下限不低于1V，當輸出高于或低于該數值，可降低或提高放大器增益，使其處于最佳信噪比狀態。儀器的應

14、變計算為：4輸出電壓（V）106機 械 量（ ）=K橋壓（V）有用橋臂數*儀器增益* 有用橋臂數：指工作片數量而不是含補償片。5.6濾波器 本放大器設有四檔低通濾波器，可根據實際情況確定檔位，設置頻率檔應高于被測頻率的三倍。5.7顯示單元 顯示器是對通道零點、標定值進行顯示。該顯示器為直流電壓表，通過通道切換顯示各通道數值。5.8測量值的修正.應變片靈敏度系數的修正 由于本放大器設置的應變片靈敏度系數k2.00，當使用應變片靈敏度系數不等于2.00時，對測量值需要進行修正。 2.00 kc式中：為修正后的測量值 ：測量值kc：所使用的電阻應變片靈敏度系數.不同橋路結構的修正 當橋路中只有片工作

15、（1/4橋）或電阻式應變傳感器接法時，對測量值不需要進行修正，橋路中有2片或4片工作時，需要對測量值進行修正。 半橋（2片工作片）： 2 全橋（4片工作片）： 4.應變片聯接導線較長時的修正 當應變片橋盒之間聯接的導線較長時，設導線電阻的阻值為r（）見圖3，由于r串聯接入橋臂，但r不隨應變而變化，故橋臂阻值的相對變化率將減小，使儀器輸出信號變小，所以對測量值進行修正。 2r（1 ） R 當r0.05%R時進行修正，R為使用的應變片阻值。表2導線截面積與電阻的關系表 2標稱截面積mm220直流電阻/km0.121620.20900.3068.70.4047.80.5041.3六、注意事項及故障排

16、除6.1 放大器輸入電纜應遠離強電磁場，如變壓器、馬達、大功率導線等，防止引入干擾。6.2 注意保證接線柱連接導線頭的接線質量，裸線去除氧化層，測量導線移動時數值變化是正常的，因為接觸電阻或導線變形引起橋臂改變萬分之一，將引起50變化,。因為以上原因，所以在測量時導線也不能移動。6.3 測試時應盡量選擇應變片全橋接法，這樣既可適應強干擾場合測試，又可以減少測試時的非性線誤差。6.4 現場干擾的排除 應變片連接導線無論長短都應使用屏蔽電纜線，不要用平行導線。 電纜的屏蔽層必須一端接地，在橋盒的“6”號端子處，而在應變計一端保持斷開（不要把屏蔽層作為一根連接線使用）。 試件結構為金屬材料時,如有干

17、擾存在,可用導線將其與應變儀地相連，并可靠接地，與后面板“接地”、“不接地”開關配合使用,確保干擾最小！ 接地 / 不接地根據現場實際情況選擇接地和不接地方式，以確保在最小干擾下時信號的真實、穩定。測試系統一點接地！以減少地回路干擾。6.5 儀器長期不用，應2個月通電一次，時間4小時，以排除潮濕氣。6.6 儀器導線切勿折彎，以免發生短路、斷路。6.7 在應變傳感元件與放大器組成的測量系統中，當某個環節發生故障，相互都有關聯，但最終在輸出端反應出來。本節列出幾種典型故障僅供參考：6.7.1 不平衡或漂 橋壓是否施加到應變片上，橋壓的一端是否對地短路。.檢查應變片與橋盒接線端接觸是否良好,接觸不良

18、會產生接觸電阻，使橋路不平衡，應變片是否開路。. 系統接地是否良好。工作應變片阻值及導線與補償片及其導線電阻誤差是否符合橋路電阻R1。漂移產生的原因：a.應變片老化或受潮，絕緣電阻下降。b.應變片粘接不可靠，橋盒接線不可靠。c.儀器自身漂移。d.橋壓偏高導致應變片電流偏大，產生熱漂移（應變片電流應小于20mA）。.儀器漂移檢查方法：將放大器輸入對地短路（此項可在橋盒上操作，參照應變片接線示意圖上圖5短接法”將2腳、4腳與接地端6腳相連，如漂移符合技術指標，則按漂移產生原因中a/b/d方法檢查。6.7.3噪聲大.應變片絕緣性能下降會引進工頻干擾。.輸入電纜靠近強電磁場。.接地方法不當。6.7.4

19、 燈不亮啟動電源后，如在切換中某一檔燈不亮，其原因可能燈故障，如不影響測量，可在測試結束后，將通道拔出寄送我公司。七、齊套性七芯輸入電纜1根/通道0.5A保險絲(內藏于插座內)1只輸出電纜1根/通道合格證1份KD5301充電器（220V交流）1只使用說明書1本橋盒使用說明（附1）1、橋盒面板接線柱1、3腳為橋壓，供應變片工作用，1腳為正橋壓，3腳為負橋壓，橋壓由應變儀提供。2腳為負輸出端，4腳為正輸出端，作電壓放大器用時，4腳為電壓正輸入端，2腳為電壓負輸入端。2、橋盒接線柱上的焊片接應變片導線用，可選擇焊接或其它方法固定，焊接方法較為可靠。3、接好應變片后，可用萬用表測量一下各接線柱上電阻值或通斷情況。4、短路片如不用,應全部退出,不可與其它接線柱金屬相通！插座示意圖（附2）123456橋壓負(黃色)橋壓補償負(黑色)輸入負(白色)7輸入屏蔽橋壓正(綠色)橋壓補償正(蘭色)輸入正(紅色)應變放大器后面板插座接線示意圖1234橋壓正輸出負輸出正橋壓負橋盒插座接線示意圖應變片接線示意圖下圖及公式中：Rg：應變片 R：固定電阻 E：供橋電壓 e0：橋路輸出電壓 Ks：應變片靈敏系數 0：應變值 v：泊松比應變和電壓的關系：若橋壓E=1V，應變系數Ks=2.00 則e0=（1/2） 0，例如應變值為100010-6，相當于500V/V=0.5mV/V工 作 模