电阻应变片和电阻应变仪
电阻应变仪
电阻应变仪一．用途电阻应变仪是用来测量构件或机械零件变形（线变形）的仪器。
这种仪器具有灵敏度高、体积小、便于远距离测量等优点。
它是电测法的主要仪器，对于验证设计理论、检验工程质量，以及决定正确的设计方案，都简便可靠。
因此它被广泛地应用于各类工程的应力分析实验中。
二．基本原理电阻应变仪主要由电阻应变片和应变仪两部分组成。
其工作原理是，把非电量的变形变化转变为电量的变化，即利用贴在构件上的电阻应变片随同构件一起变形引起电阻的改变，通过电子仪器测量此电阻的改变量，就可以求得构件所贴部位的应变。
1．电阻应变片电阻应变片由直径为0.02~0.05mm的康铜丝或镍铬丝制成的。
为使合金丝在标距内获得较大的工作长度，通常将合金丝绕成栅型。
合金丝的两边贴以绝缘薄纸，以免与试件直接接触。
两端用直径为0.1~0.2mm 的铜丝引出，L为标距，通常为1~100mm。
一般电阻应变片的电阻值为120Ω。
使用时，用特制的胶水将电阻片贴在试件的欲测部位，当试件受力在该处沿电阻丝方向发生线变形时，电阻丝也随着一起变形（伸长或缩短），因而使电阻丝的电阻发生改变（增大或缩小）。
从物理学可知，长度为，直径为的金属电阻丝，其电阻值为若使金属电阻丝产生拉伸（或压缩）变形，则金属丝的长度、横截面积和电阻率都将变化，金属丝电阻值的相应变化量由下式求得其中又有，所以将等式两边除以得实验证明，在金属丝弹性范围内，是一常数，故令（称为灵敏系数）于是，我们得到式中K称为电阻应变片的灵敏系数，它的数值与电阻丝的材料及绕线方式有关，一般K值在2.0左右。
2．温度变化对应变片的影响和温度补偿片粘贴在测点上的应变片，若周围环境温度变化时，其电阻值也将产生改变，原因有二：（1）敏感栅电阻值随温度而改变温度时，敏感栅的电阻值为——温度在零度是敏感栅的电阻值——敏感栅的电阻温度系数当温度改变为时，应变片的阻值将改变（2）应变片线膨胀系数和测点材料线膨胀系数不同使应变片电阻变化当温度改变为时，应变片敏感栅的长度变化：测点材料的长度变化：长度变化的差值：因为，，所以因此，实验过程中如果温度变化，则应变片电阻的变化量为在常温应变测量中，常利用电桥原理，采用温度补偿片来消除温度变化的影响。
电测法的基本原理
R1 + ∆R1 R4 + ∆R4 )−( ) E （式 7） R1 + R2 + ∆R1 + ∆R2 R3 + R4 + ∆R3 + ∆R4
由式 6 和式 7 可以解出电桥电压的变化量 ∆U DB ，当 ∆R / R << 1 ， ∆U DB 可简化为
∆U DB =
∆R3 ∆R ∆R2 ∆R a b ( 1− )E − ( 4 − )E 2 2 R2 R3 (1 + a ) R1 (1 + b) R4
∆U DB =
E EK ∆R1 / R1 = ε1 4 4
( 图2)
R4
2.
半桥测量 电桥中相邻两个桥臂参与机械变形的电阻片(R1.R2)，其它两个桥
臂 不 参 加 机 械 变 形 ( 如 图 3) ， 这 时 电 桥 输 出 电 压 为 ：
∆U DB =
E ∆R1 ∆R2 EK ( − )= (ε 1 − ε 2 ) 4 R1 R2 4
电阻仪是测量应变的专用仪器， 电阻仪的输出电压 U DB 是用应变值 ε 仪 直接显示的。 与电阻片的灵敏系数 K 相对应，电阻仪也有一个灵敏系数 Κ 仪 ，当 Κ 仪 ＝K 时， ε 仪 ＝ ε 即电阻仪的读数 ε 仪 值不必修正，否则，需要按下式进行修正。
Κ 仪 ε 仪 = Kε
梁上由抽样标定测得，标定梁为纯弯曲梁或等强度梁。对于电阻片来说，式 5 可写成
∆R = kε R
式中 k 为电阻应变片的灵敏系数。 k 值在电阻应变片出厂时由厂方标明， k 值一般为 2.0 左右。
二、
测量电路及其工作原理
1. 测量电路 测量电路的作用是将电阻片感受的电阻变化率 ∆R / R 变换成电压变化输出，再 经放大电路放大。测量电路有多种，最常使用的就是惠斯登电桥电路，它有四个桥 臂 R1，R2，R3，R4 顺序地接在 A，B，C，D 之间（如下图） 。电桥的对角点 AC 接 电源 E，另一对角 BD 为电桥的输出端，其输出电压为 UDB ，可证明输出电压：
电阻应变测量原理及方法
电阻应变测量原理及方法目录电阻应变测量原理及方法 (4)1. 概述 (4)2. 电阻应变片的工作原理、构造和分类62.1电阻应变片的工作原理 (6)2.2电阻应变片的构造 (8)2.3电阻应变片的分类 (10)3. 电阻应变片的工作特性及标定 (15)3.1电阻应变片的工作特性 (15)3.2电阻应变片工作特性的标定 (23)4. 电阻应变片的选择、安装和防护 (29)4.1电阻应变片的选择 (29)4.2电阻应变片的安装 (31)4.3电阻应变片的防护 (34)5. 电阻应变片的测量电路 (34)5.1直流电桥 (35)5.2电桥的平衡 (40)5.3测量电桥的基本特性 (42)5.4测量电桥的连接与测量灵敏度.. 436. 电阻应变仪 (53)6.1静态电阻应变仪 (54)6.2测量通道的切换 (57)6.3公共补偿接线方法 (61)7. 应变-应力换算关系 (63)7.1单向应力状态 (64)7.2已知主应力方向的二向应力状态 (64)7.3未知主应力方向的二向应力状态 (65)8. 测量电桥的应用 (67)8.1拉压应变的测定 (68)8.2弯曲应变的测定 (72)8.3弯曲切应力的测定 (74)8.4扭转切应力的测定 (76)8.5内力分量的测定 (77)电阻应变测量原理及方法1. 概述电阻应变测量方法是实验应力分析方法中应用最为广泛的一种方法。
该方法是用应变敏感元件——电阻应变片测量构件的表面应变，再根据应变—应力关系得到构件表面的应力状态，从而对构件进行应力分析。
电阻应变片（简称应变片）测量应变的大致过程如下：将应变片粘贴或安装在被测构件表面，然后接入测量电路（电桥或电位计式线路），图1 用电阻应变片测量应变的过程随着构件受力变形，应变片的敏感栅也随之变形，致使其电阻值发生变化，此电阻值的变化与构件表面应变成比例，测量电路输出应变片电阻变化产生的信号，经放大电路放大后，由指示仪表或记录仪器指示或记录。
电阻应变片高中物理
电阻应变片高中物理
电阻应变片是一种基于应变效应的传感器，它常常用于测量物体的形变或受力状态。
以下是有关电阻应变片的高中物理知识：
应变效应： 应变是指物体由于受到力的作用而发生形变的程度。
电阻应变片利用金属或半导体材料的电阻随着物体形变而发生变化的原理，从而实现对形变的测量。
电阻变化原理： 电阻应变片的电阻值与物体受到的应变成正比。
当物体发生形变时，电阻应变片的电阻值会发生变化。
这个变化可以通过测量电阻来确定物体的形变程度。
电桥测量： 电阻应变片通常被组装成电桥电路。
在电桥平衡时，电桥的电流为零，此时可以通过测量电桥的输出电压来确定电阻应变片的电阻值，从而得知物体的形变情况。
应用： 电阻应变片广泛应用于工程、材料测试、结构监测等领域。
例如，它可以用于测量桥梁、建筑物等结构的形变，以及在工业生产中用于监测设备的变形情况。
温度补偿： 电阻值的变化不仅受到应变的影响，还受到温度的影响。
因此，为了提高精确度，一些电阻应变片会采用温度补偿技术，以减小温度对测量结果的影响。
在高中物理学中，学生可能会学到应变效应、电桥原理以及一些传感器的基本原理，电阻应变片可以作为一个实际的应用案例来加深对这些概念的理解。
《电阻应变仪》课件
应变是指物体在外力作用下发生 的形变，而电阻应变仪则是通过 测量电阻的变化来间接测量应变 。
电阻应变仪的原理
金属丝或应变片在受到外力作用时， 会发生形变，从而导致其电阻值发生 变化。
电阻应变仪通过测量这种电阻变化， 并利用一定的转换关系，可以推算出 物体的应变值。
电阻应变仪的应用
在结构健康监测中，电阻应变仪 可以用于监测桥梁、大坝、高层 建筑等大型结构的应变情况，及 时发现潜在的结构安全隐患。
3
科研领域
在材料科学、生物医学等科研领域，电阻应变仪 的应用将为科学研究提供更加精准的数据支持。
在振动测试中，电阻应变仪可以 用于测量物体的振动位移、速度 或加速度等参数。
电阻应变仪广泛应用于结构健康 监测、压力测量、振动测试、材 料力学等领域。
在压力测量中，电阻应变仪可以 用于测量气体或液体的压力。
在材料力学中，电阻应变仪可以 用于研究材料的力学性能，如弹 性模量、泊松比等。
01
电阻应变仪的结构 与功能
电阻应变片的原理与构造
电阻应变片
由敏感栅、基底、覆盖层和引线 组成，用于将应变转换为电阻变 化。
工作原理
当应变片受到外力作用时，敏感 栅发生形变，导致电阻值发生变 化，通过测量电路检测电阻变化 即可得到应变值。
测量电路的工作原理
01
02
03
桥式电路
将应变片接入惠斯通电桥 ，通过调节电桥平衡，得 到与应变值成正比的电压 输出。
放大器
将电桥输出的微弱电压信 号放大，便于后续的信号 处理和显示。
模数转换器
将模拟的电压信号转换为 数字信号，便于计算机处 理和存储。
电阻应变仪的测量精度与误差分析
测量精度
应变测量方法
产生残余变形所致。
消除：在正式测试前，反复加—卸载n次。
（七）应变极限（ lim）
在恒定温度下，对安装有应变片旳试件逐渐加载，直至 应变片旳指示应变与试件旳机械应变旳相对误差到达 10%。 此时，机械应变即作为该应变片旳应变极限。
一般情况下，lim 800
（八）绝缘电阻（
R
）
m
应变片旳绝缘电阻时指应变片旳引线与被测试件之间
第二章 电阻应变测量及措施
▪§ 2.1 概述 ▪§ 2.2 电阻应变计 ▪§ 2.3 应变片测量电路 ▪§ 2.4 直流式电阻应变仪 ▪§ 2.5 应变片在构件上旳布置和组桥 ▪§ 2.6 静态应变测量
§ 2.1 概述
电阻应变测量技术是用电阻应变片测量构件旳表 面应变，再根据应力—应变关系拟定构件表面应 力状态旳一种试验应力分析措施。
一、直流电桥
（一）电桥旳输出电压
设电桥中四个桥臂电阻为R1、R 2、R3、R（4 其中
任一种电阻能够是应变片）。
AC两端为输入—接直流电源，用UAC表达
从ABC半个桥看，流经 R1旳电流
I1
U AC R1 R2
R1 两端压降：
UAB I1R1 R 3 两端压降：
R1 R1 R2
U AC
U AD
（五）稳定性
它是反应应变片长久静态工作能力旳主要性能，常用 电阻漂移值和蠕变大小来表达。
（1）应变片旳电阻值漂移 指在工作温度恒定，安装在未受外力作用旳构件上， 其应变片电阻值随时间旳变化。
产生漂移原因：因为敏感栅、基底、粘结剂等材料 在应变片旳制造或安装过程中，内部形成旳应力缓 慢释放所致。 （2）应变片旳蠕变 指在工作温度恒定，安装在承受外力，但变形恒定旳 构件上旳应变片电阻值随时间旳变化。 产生原因：粘结剂与基底在传递应变时出现滑动所致。
电阻应变仪原理
电阻应变仪原理电阻应变仪是一种用于测量物体应变的仪器。
它的原理是利用电阻的变化来测量物体的应变。
当物体受到外力作用时，它会发生形变，这种形变会导致物体内部的电阻发生变化。
电阻应变仪就是利用这种变化来测量物体的应变。
电阻应变仪的基本原理是电阻的变化与应变成正比。
当物体受到外力作用时，它会发生形变，这种形变会导致物体内部的电阻发生变化。
电阻的变化量与应变成正比，即电阻的变化量与物体的应变成正比。
因此，通过测量电阻的变化量，就可以得到物体的应变。
电阻应变仪的工作原理是利用电桥原理。
电桥是一种用于测量电阻的仪器，它由四个电阻组成，其中两个电阻是已知的，另外两个电阻是待测的。
当电桥平衡时，电桥两端的电压为零。
当待测电阻发生变化时，电桥就会失去平衡，电桥两端就会产生电压。
通过测量电桥两端的电压，就可以得到待测电阻的变化量。
电阻应变仪利用电桥原理来测量物体的应变。
它由一个电阻应变片和一个电桥组成。
电阻应变片是一种特殊的电阻，它的电阻值会随着物体的应变而发生变化。
电桥的两个电阻是已知的，另外两个电阻是电阻应变片和待测物体的电阻。
当电桥平衡时，电桥两端的电压为零。
当待测物体发生应变时，电阻应变片的电阻值就会发生变化，电桥就会失去平衡，电桥两端就会产生电压。
通过测量电桥两端的电压，就可以得到待测物体的应变。
电阻应变仪是一种用于测量物体应变的仪器，它的原理是利用电阻的变化来测量物体的应变。
电阻应变仪利用电桥原理来测量物体的应变，它由一个电阻应变片和一个电桥组成。
当待测物体发生应变时，电桥就会失去平衡，电桥两端就会产生电压。
通过测量电桥两端的电压，就可以得到待测物体的应变。
建筑结构试验问答题1
1、研究性试验和生产性试验的概念。
答：生产性试验是以实际建筑物或结构构件为试验对象，经过试验对具体结构作出正确的技术结论。
研究性试验是验证结构设计理论和各种科学判断、推理、假设以及概念的正确性，为发展新的设计理论，发展和推广新结构、新材料及新工艺提供实践经验和设计依据。
2.建筑结构试验的主要环节及各环节中的主要内容。
答：主要环节：设计阶段→准备阶段→实施阶段→完成阶段设计阶段包括试验目的，技术调研和试验设计准备阶段包括技术准备，物资准备和场地准备实施阶段包括试验加载，实验记录和数据处理完成阶段包括实验分析，研究报告和试验总结3.,4.静力试验的典型加载制度。
答：一般采用包括预加载、标准荷载、和破坏荷载等三个阶段的一次单调静力加载5.结构试验选择仪器、仪表的原则答：（1）、满足量测所需的量程及精度要求。
（2）、动态试验量测仪表的线性范围、频响特性以及相移特性等都应满足试验要求。
（3）、对于安装在结构上的仪表或传感器，要求自重轻、体积小，不影响结构的工作。
（4）、同一试验中选用的仪器仪表种类应尽可能少，以便统一数据的精度，简化量测数据的整理工作和避免差错。
（5）、选用仪表时应考虑试验的环境条件。
(6、位移测量的仪器设备答：结构线位移测量：接触式位移计，应变梁式位移传感器，滑线电阻式位移传感器，差动变压式位移传感器；结构转动变形测量：水准式倾角仪，电子倾角仪7、电阻应变片与电阻应变仪的连接关系。
9、混凝土无损检测方法有哪些答：回弹法，超声脉冲法，超声--回弹综合法1l、确定试验测点的原则。
答：在满足试验目的的前提下，测点宜少不宜多；任何一个测点都应该是有目的的，服从于结构分析的需要，不应为了追求数量而不切实际地盲目设置测点；测点的位置必须要有代表性，以便于分析和计算；为了保证测量数据的可靠性，应布置一定数量的校核性测点；测点的布置应有利于实验时操作和测读，测点的布置宜适当集中，不便安装仪器的部位，最好不设或少设测点。
电阻应变测试仪器与技术.
电阻应变测试仪器与技术科学发展过程中，科学实验起着非常重要的作用。
结构在外力的作用下，内部会产生应力，直接测定应力比较困难，目前常应用电阻应变测试技术来测定应变。
本文主要是通过介绍电阻应变片来检验桥梁结构的技术指标以及相关参数是否符合标准。
1、电阻应变片的工作原理电阻应变测试技术是凭借安装在试件上的电阻应变片将应变、位移等力学量转换为电阻变化，从而获得应变读数的测试技术。
电阻应变片简称应变片或应变计，电阻应变片的测量原理为：金属丝的电阻值除了与材料的性质有关之外，还与金属丝的长度L，横截面积D有关。
将金属丝粘贴在构件上，当构件受力变形时，金属丝的长度和横截面积也随着构件一起变化，进而发生电阻变化。
dR/R=Ks*ε其中，Ks为材料的灵敏系数，其物理意义是单位应变的电阻变化率，标志着该类丝材电阻应变片效应显着与否。
ε为测点处应变，为无量纲的量，但习惯上仍给以单位微应变，常用符号με表示。
由此可知，金属丝在产生应变效应时，应变ε与电阻变化率dR/R成线性关系，这就是利用金属应变片来测量构件应变的理论基础。
如图1：图1：构件受力变形2、电阻应变片的构造电阻应变片的种类繁多，形式各样。
但基本结构差异不大。
由敏感栅，粘合剂，基底，覆盖层和引出线几个主要部分组成。
如图2：图2：电阻应变片的基本构造3、电阻应变片的工作性质电阻应变片的工作特性有许多条，但我们必须着重了解以下几条：（1）应变片的电阻值：指应变片没有安装，也不受外力情况下，在室温下测定的电阻值。
我国生产的应变片电阻系列为60，120，200，350，500，1000欧姆。
制造厂家按阻值参数分装成包，注明每包应变片电阻的平均值及单个阻值与平均阻值的最大偏差。
（2）灵敏系数：应变片安装在单向应力状态的试件表面上，且其轴线与应力方向重合。
在单向应力作用下，应变片电阻的相对变化与沿其轴向的应变之比值称为灵敏系数。
它经抽样标定制造厂于包装上注明其平均名义值和标准误差。
静态电阻应变仪的使用和应变片在电桥中的接桥方法
静态电阻应变仪的使用和应变片在电桥中的接桥方法I.静态电阻应变仪的使用方法：1.连接电源：将静态电阻应变仪与电源连接，并确保电源正常工作。
2.连接测量部件：将待测材料与应变片连接，可以使用焊接、粘贴等方式进行固定。
注意：应变片应与待测材料的应变方向垂直。
3.连接线缆：将测量部件与静态电阻应变仪的测量端子连接，确保连接良好。
4.设置通道参数：根据实际需求，设置静态电阻应变仪的通道参数，如采样频率、增益等。
5.校准仪器：在进行测量前，需要对静态电阻应变仪进行校准，以确保测量结果的准确性。
6.开始测量：完成上述准备工作后，启动仪器开始测量。
可以根据需要连续采集数据，也可以在特定时间点进行测量。
7.数据处理：测量完成后，可以将数据导出到计算机或其他设备进行进一步的数据处理和分析。
II.应变片在电桥中的接桥方法：在静态电阻应变仪中，应变片通常被用作电桥电阻的一个分支，以实现应变信号的测量。
下面是常见的接桥方法：1.电压式电桥接桥方法：-将应变片安装在待测材料上，保持与材料的接触良好。
应变片会产生应变，从而导致电阻值的变化。
-将应变片与其他三个电阻（R1、R2和R3）组成电桥电阻网络。
-将电桥的两个节点连接到电源和检测仪器上。
-通过改变电桥两侧的电位差，可以测量到电桥的平衡电压，从而推断应变。
2.电流式电桥接桥方法：-将应变片安装在待测材料上，保持与材料的接触良好。
应变片会产生应变，从而影响电桥电路中的电流。
-将电桥设置为电流驱动模式，即通过变送器发送一个恒定的电流信号到电桥电路。
-电桥电路中的四个分支电阻包括应变片阻值（R1）、参考阻值（R2）、已知阻值（R3）和待测阻值（R4）。
-根据电压检测装置测量电桥中的节点电压，进而推断应变的产生。
以上就是静态电阻应变仪的使用方法以及应变片在电桥中的接桥方法的详细介绍。
希望这些信息对您有所帮助。
0电阻应变测量-简介
电阻应变测量简介电阻应变测量是用电阻应变计（即应变片）测定结构或构件表面应变、再根据应力－应变关系，确定结构或构件表面应力状态的一种实验应力分析方法。
当结构或构件变形时，粘贴并固结于其上的电阻应变计的电阻值将发生相对变化。
由于在线弹性阶段内这个变化是很微小的，需要专门的测量仪器─电阻应变仪来进行测量。
电阻应变测量系统方框图见图3.1：一、电阻应变计（简称应变片）应变片在测量中能将工程结构或构件上的变形，转换成电阻变化。
由物理学可知，金属电阻丝的电阻与其长度成正比，与其横截面积为反比。
即： AlR ⋅=ρ (1）式中：R ─电阻值； ρ─电阻率，即单位长度、单位横截面积的电阻； l ─电阻丝长度； Ａ─横截面积。
当电阻丝随构件受力作用而发生变形时，电阻丝长度、截面积均将发生变化，电阻丝阻值也将随之变化。
在一定范围内，电阻丝单位电阻的变化率∆R 与其线应变∆l/l 成正比，即：ε⋅=∆=∆K llK R R (2) 式中：ΔR ─电阻丝变形后产生的电阻变化量；Ｋ─比例常数，亦称为灵敏系数。
ε─应变值，常用με 表示，1με＝10-6ε 。
因此只要测得电阻丝的电阻变化量，通过(2)式即可得到应变值ε。
为了测得工程结构或构件上某点的应变，将电阻丝制成的电阻应变片（见图3.2）用粘贴剂粘贴于测点上。
当其受力时，应变片随被测物体同时变形，即可测得该点应变值。
除被测件单位电阻变化放大了的电流（或电压）变化 电阻应变计（应变片）电阻应变仪记录仪器 电子计算机图3.1塑料片胶层箔栅 塑料片 引出线纸片胶层引出导线丝栅图3.2 图3.3电阻丝应变片外，目前常用的还有箔式应变片（见图3.3），该应变片尺寸准确、均匀，易于制成任意形状，标距及宽度均可做得很小，并且稳定性好，机械滞后的蠕变小，能通过较大电流，输出信号大，可提高测量精度。
二、应变测量电路1.应变测量电路主要是将应变片的电阻变化转换为电压（或电流）的变化信号。
电阻应变仪检定规程
电阻应变仪检定规程一、引言电阻应变仪是一种常用的测试仪器，用于测量材料在受力或变形过程中的应变情况。
为了确保电阻应变仪的准确度和可靠性，有必要进行周期性的检定工作。
本规程旨在建立电阻应变仪检定的标准和方法，以保证检定工作的科学性和一致性。
二、检定对象电阻应变仪，包括电桥、应变计、传感器、连接线等。
三、检定准备1.确认要检定的电阻应变仪的型号、规格和测量范围。
2.准备检定设备和仪器，包括电压源、电流源、电阻箱、示波器等。
3.查验检定设备和仪器的有效性，保证其正常工作。
四、检定内容1.静态灵敏度检定–使用标准电阻和标准电源，通过调节电源电压和应变仪的增益，测量不同电压下应变仪的输出信号，计算出其灵敏度。
–比较测量结果与制造商提供的灵敏度数据，确认其符合要求。
2.动态灵敏度检定–使用标准信号源和示波器，为应变仪提供不同频率的正弦波输入信号，测量输出信号的幅度和相位差。
–计算出不同频率下的灵敏度和相位差，与制造商提供的数据进行比较，确认其符合要求。
3.温度响应检定–将电阻应变仪暴露在不同温度环境下，通过测量输出信号的变化，计算出其温度响应特性。
–比较测量结果和制造商提供的温度响应数据，确认其符合要求。
4.线性度检定–使用标准应变片，施加不同强度的应变，测量输出信号的变化。
–通过拟合曲线和计算斜率，得出应变与输出信号的线性关系，确认其线性度符合要求。
5.零点稳定度检定–不施加应变或外力，测量应变仪输出信号的变化。
–确认输出信号在一定时间内的稳定性，并与制造商提供的稳定度要求进行比较。
6.频率响应检定–使用标准频率信号源，测量应变仪对不同频率信号的响应特性。
–比较测量结果与制造商提供的数据，确认其频率响应符合要求。
五、检定方法1.按照检定内容的顺序进行检定，确保每一步的准确度和可靠性。
2.在进行每一项检定之前，确保电阻应变仪处于正常工作状态。
3.检定时要注意保持稳定的环境条件，避免外界干扰和温度变化对测量结果的影响。
应变仪原理
应变电测简述应变电测基本原理用电阻应变片测量应变的大致过程如下：将作为检测元件的电阻应变片粘贴或安装在被测试的构件表面上，然后接入测量线路(电桥)，随着构件受力变形，应变片的敏感栅也获得相应的变形，从而使其电阻发生变化.此电阻变化与构件表面的应变成比例，测量线路产生的输出信号经放大线路放大后,由指示仪表或记录仪器指示或记录。
这样把力学参数如压力、载荷、位移、应力等转换成与之成比例的电学参数。
用灵敏的惠斯顿电桥测出电阻值的变化△R/R,就可换算出相应的应变量,若用被测物理量来刻度，就可直读出非电量,完成了非电量电测.应变片主要工作特性应变片电阻（R)：应变片在未经安装也不受外力的情况下，室温所测定的电阻值。
应变片电阻值的选定主要根据测量对象和测量仪器的要求，在允许通过同样工作电流的情况下，选用较大的应变片电阻就可以提高应变片的工作电压，以达到较高的测量灵敏度。
推荐的应变片电阻系列为60、120、200、350、500、1000欧，由于电阻应变仪和其他常用应变测量仪器测量电桥的桥电阻习惯上按120欧设计，故120欧的应变片为最常用。
灵敏系数（K ）：在应变片轴线方向的单向应力作用下，应变片电阻的相对变化与安装应变片的试件表面上轴向应变的比值，即R R L k R R Lε∆∆∆== 式中，L L ε=∆ 为试件表面上应变片安装区的轴向应变，是很微小的值，一般用με或m m μ(长度相对变化10-6）表示；R R ∆为由ε所引起的应变片电阻的相对变化。
机械滞后(j Z )：应变片安装在被测构件上之后，在温度恒定时，应变片的指示应变与构件表面的机械应变之间为一确定关系，不论加载或卸载过程都应当如此.然而试验表明，对于同一机械应变量,应变片的指示应变有一个差值j ε∆，此差值即为机械滞后。
机械滞后的产生，主要是敏感栅、基底和粘接剂在承受机械应变之后留下的残余应变所致。
制造或安装应变片时，如果敏感栅受到不适当的变形,或粘接剂固化不充分，都会使机械滞后增加。
电阻应变仪等测试仪器使用及电路原理
实验七 电阻应变仪等测试仪器使用及电路原理一、YJ-25型静态电阻应变仪电阻应变仪型号繁多，常用的有静态电阻应变仪，如YJ-16，YJ-25,7V14C 型，静动态电阻应变仪YJD-1型，动态应变仪YD-15型，以及数字式应变仪，遥测应变仪等，现以YJ-25为例作一介绍。
YJ-25静态电阻应变仪采用了大规模集成电路，数码显示和长导线补偿技术。
具有精度高，稳定性好，可靠性高，抗干扰能力强，体积小，重量轻，使用和维修方便等特点。
1． 结构原理（1）该仪器主要特点是将放大后的信号经A/D 转换器变成数码显示，读数方便准确，其原理框图见 图7-1。
图7-1 应变仪原理框图（2） 仪器结构，前面板如图7-2。
包括：电源开关、粗细调节、基零测量按钮及灵敏系数、电阻平衡、基零平衡调节旋钮和读数显示屏。
后面板如图7-3所示。
包括：标定、电桥盒、转换器；灵敏度调节旋钮及电源输入插口、预调箱插口、保险丝等。
图7-2 前面板示意图 图7-3 后面板示意图2． 操作步骤（1） 接线：联接电源，应变仪及电桥盒的各接线。
将与工作片和补偿片相联的导线接入电桥盒。
根据测量的需要，电桥盒的接线有半桥及全桥联接两种。
半桥联接：电桥盒（图7-4）上的1，2，3，4分别相当于电桥的A 、B 、C 、D 四个接线柱。
R 3，R 4为电桥盒内的两个120Ω无感线绕电阻作为内半桥。
将接线柱1和5，3和7，4和8分别短接，在1、2之间接工作片R 1，2、3之间接补偿片R 2，即为半桥单点测量接线。
见图7-4（a ）。
全桥联接：将电桥盒1和5，3和7，4和8之间的短接片全部取下。
分别在（1、2），（2、3），（3、4），（4、1）之间接应变片。
即为全桥联接见图7-4（b ）。
（a ） （b ）图7-4 电桥盒示意图多点测量时应变片的导线接入P20R-25型预调平衡箱，并将预调平衡与应变仪联在一起，后面板上的开关拨到预调箱档上。
（2） 标定：调整灵敏系数，使指示值K 对在2.00上，在仪器标定后，再对至与应变片灵敏系数相同的数值上。
应变片粘贴及静态电阻应变仪使用实验原理
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电阻应变片和电阻应变仪
电阻应变片和电阻应变仪纯弯曲梁正应力测量、弯扭组合主应力 弯矩 扭矩测量一、应变片及电桥1. 电阻应变片把一段细的金属丝，夹贴在两张绝缘纸之间，就构成一个最简单的应变片,如图5-11所示。
应变片用特制的胶水，贴在构件的测点上。
金属电阻丝承受拉伸或压缩变形的同时，电阻也将发生相应变化。
实验结果表明，在一定应变范围内，电阻丝的电阻改变率RR∆与应变llε∆=成正比，即 εS k RR=∆ （5-1） 式中s k 为比例常数，称为电阻丝的灵敏系数。
如将单根电阻丝粘贴在构件的表面上，使它随同构件有相同的变形。
从式（5-1）看出，如能测出电阻丝的电阻改变率，便可求得电阻丝的应变，也就是求得了构件在粘贴电阻丝处沿电阻丝方向的应变。
由于在弹性范围内变形很小，电阻丝的电阻改变量∆R 也就很小。
为提高测量精度，希望增大电阻改变量，这就要求增加电阻丝的长度；但同时又要求能反映一“点”处的应变，因此把电阻丝往复绕成栅状，这就成为电阻应变片。
和单根电阻丝相似，电阻应变片也有类似于式（5-1）的关系，εk RR=∆ （5-2） 式中比例常数k 称为电阻应变片的灵敏系数，它是电阻应变片的重要技术参数。
2. 温度补偿片实验时不仅受力使应变片的电阻发生变化，当温度变化时，也会使应变片的电阻变化，从而引起测量上的误差。
为此，要采取下述措施：设R 1为贴在构件上的应变片，R 2应选用与R 1规格型号完全相同的应变片，贴在与R 1图5.11 应变片的构造相同材料的构件上，R 1只是受力的作用，R 2不受力。
当温度变化时，由于温度变化而引起的电阻变化在R 1和R 2上相同。
由惠斯登电桥原理可知，这时读数ε就不再受温度变化的影响，故R 2就叫做补偿片。
3. 横向效应应变片是沿着长度方向工作的，当垂直于长度的方向有变形时，也会使应变片输出读数，从而引起误差，这种现象叫做横向效应。
产生横向效应的原因，是因为应变片系由许多金属丝并联而成的。
在并联处，也就是沿横向也出现了“工作段”。
4第二章第3讲电阻应变仪
电阻应变仪
(o)
1
定义及分类
定义
利用电阻应变片作为传感元件测量应变的专用电子仪器。
根据放大器种类： 1. 直流放大式应变仪
结构：采用直流供桥，放大器采用差分放大器或调制性直流放大器。 优点：不存在分布电容的影响，可使用较长的导线，易于预调平衡，工作频
率宽(0~10kHz) 缺点：为了解决零漂问题采用结构复杂的电路，价格昂贵。
AC220V/50Hz；DC5V； 功率：3W； 外形尺寸(长×宽×高): 380mm×280mm×100mm； 重量： 12测点: 约3.8Kg； 24测点: 约4.5Kg； 软件内容：动静应变和应变花采集、示波、灵敏度系数(K值)
调制
放大
解调
应变片 振荡器
相敏检波器
相敏检波器 低通滤波
电阻应变仪工作原理框图
College of Materials Science and Engineering, Chongqing University
7
电阻应变仪的各部分作用
试件
电桥
放大
相敏检波 低通滤波 显示记录
振荡器
College of Materials Science and Engineering, Chongqing University
6.0 4.0 10.0 4.5
BX120-7AA
7.0 4.0 12.0 7.0
BX120-8AA
8.0 3.0 13.0 6.0
BX120-2CA(XX)
2.0 1.0 7.2 7.2
BX120-3CA(XX)
3.0 2.0 11.5 11.5
BX120-5CA(XX)
应变测试技术——电阻应变片
2015-4-18
• 将连接应变仪的导线焊接在接线片上（注意焊接质量） • 把导线用绝缘胶带固定在构件上，再一次检查应变片质量
23
2015-4-18
• 在应变片周围涂上单分子硅胶或石蜡（防潮需要） • 涂胶或石蜡前也要清洁表面
24
2015-4-18
• 硅胶固化后应变片粘贴工作完毕 • 在连接应变仪前再次检查应变片的阻值和绝缘情况
应变片检查：外观检查、电阻值检查 表面处理：刮刀除锈、砂布打磨、脱脂棉擦洗、 吹风机烘干 贴片与固化：画线、涂胶、用玻璃纸压、调整、 补胶 粘贴质量检查：外观检查、电阻值检查、绝缘电 阻检查、连接电阻应变仪检查 连接导线：导线固定、导线焊接 防潮处理：凡士林、石蜡等
2015-4-18 12
应变测试技术——电阻应变片
4 U 1 2 3 4 KU
“邻臂相减，对臂相加”
2015-4-18 4
应变测试技术——电阻应变片
有时只在电桥的AB和BC端接应变片，而在AD和DC 端接应变仪内部的两个阻值相等的标准电阻。这 种接线法称为半桥接线法。
4 U 1 2 3 4 KU
应变测试技术——电阻应变片
电阻应变片工作原理
利用电阻应变片作为传感元件，将应变片贴在被 测物体上，会随被测物体的变形而拉长或收缩， 从而改变电阻值，反映被测物体应变的大小。
K为灵敏系数
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应变测试技术——电阻应变片
应变仪工作原理
构件的应变值一般均很小，当材料处于弹性阶段 时应变约为10E-6—10E-2，故应变片的电阻变化 率很小,需用专门仪器进行测量,测量应变片的电 阻变化率并能自动转化为应变的仪器称为电阻应 变仪。其基本测量电路为惠斯登电桥。
第5章应变仪
图5-4 载波放大式静态电阻应变仪
p.10
理论力学
理论力学
（1）测量电桥 它的功能与直流放大式电阻应变仪相同，电桥输入端的桥压为振荡器 提供的正弦式载波电压。测量电桥包括电阻、电容平衡电路。 （2）读数电桥 要求精度较高的仪器（例如YJ－5型静态应变仪）都设有读数电桥， 它的四个桥臂由高精度的可调电阻器构成，且与测量电桥用同一载波振荡 器供电。读数电桥与测量电桥在输出端是串联的。 当测量电桥因感 受应变而输出一个等幅电压时，指示器指针偏移，调整读数桥桥臂电阻值， 使之输出一个与测量电桥输出电压等幅、相位相反的电压，这两个电压的 迭加结果，使输入放大器的电压为零，指示器的指针又重新指零。读数桥 上各可调电阻的电阻变化换算成相应的应变值。因此，在仪器的刻度盘上 可直接读出应变值。 （3）交流放大器 交流放大器的作用是将测量电桥输出的微弱电压信号放大。 （4）相敏检波器 由于应变仪采用了交流供压载波放大的型式，由放大器输出的信号 是由被测应变信号对载波进行调幅后的调制信号，这个信号虽含有被测信 号的特征，但还不是被测信号的原型，不能分辨应变的性质是正应变还是 负应变。相敏检波器的功能就是使通过相敏检波的调制信号恢复原正负应 变的性质。
理论力学
理论力学
第五章 电阻应变仪
第一节 电阻应变仪的工作原理
在第四章中介绍了使用电阻应变片测量应变是利用应变 片的电阻应变效应，由式（4-2）可得
1 R K R
（5-1）
式（5-1）中为应变片灵敏系数；R为应变片原始电阻；为应 变片电阻改变量。
p.1
理论力学
理论力学
一、直流电桥
图5-1为惠斯登电桥的原理 图。电桥中的电阻Rl、R2、R3和 R4组成四个桥臂AB、BC、CD和DA。 当四个桥臂的电阻值相等时电桥 平衡，则BD之间的输出电压。若 电桥中的任意一个电阻发生变化， 电桥平衡被破坏，输出电压不再 为零，所以电压定量地反映了桥 臂电阻值的变化。
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电阻应变片和电阻应变仪纯弯曲梁正应力测量、弯扭组合主应力 弯矩 扭矩测量一、应变片及电桥1. 电阻应变片把一段细的金属丝，夹贴在两张绝缘纸之间，就构成一个最简单的应变片,如图5-11所示。
应变片用特制的胶水，贴在构件的测点上。
金属电阻丝承受拉伸或压缩变形的同时，电阻也将发生相应变化。
实验结果表明，在一定应变范围内，电阻丝的电阻改变率RR∆与应变llε∆=成正比，即 εS k RR=∆ （5-1） 式中s k 为比例常数，称为电阻丝的灵敏系数。
如将单根电阻丝粘贴在构件的表面上，使它随同构件有相同的变形。
从式（5-1）看出，如能测出电阻丝的电阻改变率，便可求得电阻丝的应变，也就是求得了构件在粘贴电阻丝处沿电阻丝方向的应变。
由于在弹性范围内变形很小，电阻丝的电阻改变量∆R 也就很小。
为提高测量精度，希望增大电阻改变量，这就要求增加电阻丝的长度；但同时又要求能反映一“点”处的应变，因此把电阻丝往复绕成栅状，这就成为电阻应变片。
和单根电阻丝相似，电阻应变片也有类似于式（5-1）的关系，εk RR=∆ （5-2） 式中比例常数k 称为电阻应变片的灵敏系数，它是电阻应变片的重要技术参数。
2. 温度补偿片实验时不仅受力使应变片的电阻发生变化，当温度变化时，也会使应变片的电阻变化，从而引起测量上的误差。
为此，要采取下述措施：设R 1为贴在构件上的应变片，R 2应选用与R 1规格型号完全相同的应变片，贴在与R 1图5.11 应变片的构造相同材料的构件上，R 1只是受力的作用，R 2不受力。
当温度变化时，由于温度变化而引起的电阻变化在R 1和R 2上相同。
由惠斯登电桥原理可知，这时读数ε就不再受温度变化的影响，故R 2就叫做补偿片。
3. 横向效应应变片是沿着长度方向工作的，当垂直于长度的方向有变形时，也会使应变片输出读数，从而引起误差，这种现象叫做横向效应。
产生横向效应的原因，是因为应变片系由许多金属丝并联而成的。
在并联处，也就是沿横向也出现了“工作段”。
横向效应越小越好，但不可能全无。
在精密的测量中，要根据应变片的横向效应系数，用指定的公式对读数进行修正。
4. 应变电桥应变电桥有半桥接法和全桥接法两种。
当用两个贴在测点上的应变片代替电桥上的两个桥臂，另两个桥臂由仪器内部的固定电阻来担任时，称为半桥接法。
当贴在四个测点上的应变片，组成测量电桥时，称为全桥接法。
)(443211εεεε-+-=∆kE U BD （5-9) 上式表明，由应变片感受到的)(4321εεεε-+-，通过电桥可以线性地转变为电压的变化BD U ∆。
只要对BD U ∆进行标定，再将电压量转换成应变，就可以用仪表指示出所测定的)(4321εεεε-+-，即：1234r εεεεε=-+- （5-10)式中r ε为应变仪读数。
5. 应变片和应变花(1)在单向应力场中，可贴一片应变片。
应变片的长度方向与应力方向一致。
可用单向拉压胡克定律求出应力，即σ=Eε。
(2)在平面应力场中，若主应力方向已知，可贴两片应变片，分别与两个主应力方向重图5.12 惠斯登电桥BA U BD合。
如图5-13所示。
注意，此时分别输出的ε1和ε2，每一个读数都是由应变片长度方向应变和另一个主应力作用于横向效应而产生的应变的代数和。
因此，还需要用一定的公式换算，才能得到真正的ε1和ε2。
图5.13 应变花a) 二轴900b) 三轴450c) 三轴600d) 三轴1200(3)在平面应力中，若主应力方向亦未知，可按一定的角度贴三个应变片。
如图5-13 b)、c)、d)所示通常把三个应变片做在一个基底上，叫应变花。
根据应变花输出三个读数，可用一定的公式算出主应力的大小和方向。
二、电阻应变仪介绍公式（5-9）表明，通过电桥可把应变片感受到的应变转变成电压（或电流）信号，由于这一信号非常微弱，所以要进行放大，然后把放大的信号再用应变来表示出来，这就是电阻应变仪的工作原理。
电阻应变仪按测量应变的频率可分为，静态电阻应变仪、静动态电阻应变仪、动态电阻应变仪和超动态电阻应变仪。
下面简要介绍目前实验室常用的YJ－31型静态电阻应变仪。
1. 工作原理YJ-31型静态电阻应变仪外形图5-14所示，图5-15所示为其工作原理框图。
2. 主要技术指标该仪器的应变测量范围：0～19999με，分辨力为1με/1个字，基本误差为小于测量的±0.1%，即±2个字，静稳定性(零点漂移)4小时内±5με，动态稳定性（灵敏度变化）2小时内不大于测量上限值的±0.1%。
3.仪表各部分功能简介(1)电源开关—开关向上拨动，表示仪器接通电源，否则关闭（此开关在后面板上）。
(2)三芯直流插座—在直流供电时使用，插座的1#脚为＂＋＂电源、２#脚为＂－＂电源。
(3)五芯切换插座—在测试点大于10点以上时可通过该插座和预调平衡相连接，注意1、2、3、4脚分别与桥路A、B、C、D连接。
(4)标定、基零、测量是三位一体琴键互锁开关，按其中一键，表示一种作用，而其它键不起作用。
(5)灵敏度电位器：根据应变片灵敏系数不同，可调节该电位器使仪器灵敏系数与应变片灵敏系数一致。
当灵敏系数为2时，标定值为－10000με，灵敏系数与标定值关系如表5-1所示，当应变片灵敏系数不为表中列出的数值，则用户可根据''K Kεε=原理求得相应的标定值。
由上述可知，当K =2.00时, ε=-10000με,在已知'K的情况下可得:()'20000Kεμε-=' 调节灵敏度电位器，使仪器显示为'ε值，则此时仪器的灵敏系数为'K 值。
(6)调零电位器:当测量桥路处于不平衡状态时,调节该电位器使仪器显示为0000或－0000。
(7)本机切换开关：在本机测量时开关置“本机”状态，当1～10点测量时开关置“切换”状态。
表5.1灵敏系数与标定值关系（桥臂电阻=120Ω）(8)１～10点转换开关：当开关置“1”状态，表示第“1”点测量；当开关置“2”状态，表示第“2”测量。
依次类推，可测量１～10点。
当开关置“切换”状态可与外接预调平衡箱相连并测试。
4.操作说明（1） 半桥测量时将D 1、D 、D 2接线柱用连接片连接起来并旋紧。
图5.14 YJ -31型静态电阻应变仪面板结构1—标准电阻 2—接线柱 3—显示器 4—调零电位器 5—灵敏度电位器 6—衰减按键 7—测量按键 8—基零按键 9—标定按键 10—切换键 11—转换开关 12—多点调零电位器 13—多点测量接线柱3456（2） 将标准电阻分别与A 、B 、C 接线柱相连。
（3） 接通电源开关。
（4） 按下“基零”键仪表显示“0000”或“－0000”（仪表内部已调好）。
（5） 按下“测量”键，显示测量值，将测量值调到“0000”或“－0000”。
（6） 按下“标定”键仪表显示-10000附近值（内部已调好）。
（7） 将“本机、切换”开关置“切换”状态。
（8） 进行多点测量时，将被测量应变片分别与对应的A 、B 、C 接线柱相连，而主机的 A 、B 、C 接线柱上的标准电阻去掉。
（9） 多点测量：“切换”开关按次序所有点的平衡都调节在0000或-0000值上。
（10） 测量值记录：采用逐点测量逐点记录方式。
5．注意事項（1）要求被测量的应变片和温度补偿片的电阻值尽量选用一致，测量片和补偿片上所用的连接导线的线径希望相同，温度特性尽量相同。
（2）测量片和补偿片不受阳光暴晒，高温辐射和空气剧烈流动的影响，补偿片应贴在与试件相同的材料上，与测量上保持在相同环境温度。
（3）仪器在测量多点时，接线柱A 、B 、C 上的标准电阻要拆下，以免与各测量桥上应变片相并联而影响测量精度。
（4）仪器作全桥测量或者长导线使用时为了提高标定精度，最好使用外标定。
半桥单臂图5.12 惠斯登电桥BA U BD弯扭组合：1．确定主应力和主方向弯扭组合变形薄壁圆管表面上的点处于平面应力状态，用应变花分别测出三个方向的线应变后（应变片组成图6-21b 所示电桥），应用广义胡克定律即可求出主应力的大小和方向。
主应力()1.245452112E νσεεν-︒+︒+⎡=+⎢-⎣ （6-22）主方向CR 180°BR 90°AR 0°DR 270° °绿线 0° °蓝线MM BDA C（d ）扭矩(a) 截面M -M 展开图BAC （c ）弯矩BAC（b ）主应力图6.21 截面M -M 展开图及测量桥路图°绿线0°°蓝线°绿线0°°蓝线 °绿线 0° °蓝线()()0454*******tan εεεεεεα----=︒+︒+︒-︒+ （6-23）式中：45045,,εεε-︒︒︒分别表示与管轴线成-45°、0°和45°方向的线应变。
由式（6-22）便可计算出M -M 截面上四点的主应力。
由式（6-23）可计算出各点相差90°的两个0α。
2． 弯矩M 测定用上、下（即II 、IV 两点）两测点沿轴线方向（即0°方向）的应变片组成图6-21c 所示半桥接线，测得II 、IV 两处由于弯矩引起的正应变值：2rM εε=（6-24）式中：ε r —应变仪的读数应变,εM —由弯矩引起的轴线方向的应变。
若薄壁圆管的弹性模量E 及横截面尺寸已知，则可根据上面所测得的εM ，用下式计算被测截面的弯矩M ：2r M EWM EW εε==（6-25)式中W —薄壁圆管横截面的抗弯截面模量。
3.扭矩T 测定用I 、III 两测点方向的四片应变组成图6-21d 所示的全桥测量线路，可测得扭矩引起主应变的实验值11311()4rE Eεμεσμστ+==-= (6-26) 截面的扭矩T 可计算：(),14rp p pTE T W W W εττν===+ (6-27)式中W p ——薄壁圆管的抗扭截面模量。
4．与理论计算值进行比较对所加载荷大小进行控制和显示，并测量有关几何尺寸，计算出被测截面的内力分量及测点的应力分量：弯矩理论值：M=Fl ， 由此计算B 点正应力：M Wσ= 扭转理论值：T=Fb ， 由此计算各点剪应力：pTW τ=， W p =2W 主应力理论值： 222.1)2(2τσσσ+±=主方向：02tan 2τασ=-其中44336113410.041 3.003303310323240d W D D ππ-⎡⎤⎡⎤⎛⎫⎛⎫=-=⨯⨯-=⨯⎢⎥⎢⎥ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦根据上式分别求出各测点的主应力大小和方向的理论值，然后与实验结果进行比较分析。