电阻应变片(计)简介
简述电阻应变计的构造组成
简述电阻应变计的构造组成
电阻应变计是一种用于测量材料应变或形变的物理传感器,通常由以下几个部分组成:
1. 电阻应变片:应变片是应变计的核心部分,通常是一片金属导体,其形状
和大小可以根据需要进行调整。
应变片通常由压敏电阻材料制成,可以感受到外部的应变力,并将其转化为电信号。
2. 电源:应变计需要将电信号转换为数字信号,以便进行测量和分析。
通常使用电池或充电电池作为电源,也可以通过连接外部电路来提供电源。
3. 编码器:编码器用于将数字信号转换为人类可读的形式。
通常使用无线传感器网络(WSN)或数字信号处理器(DSP)等技术,将测量结果转化为数字信号并编码存储在系统中。
4. 显示器:应变计测量结果通常通过显示器显示出来,以便用户查看和分析。
显示器可以是数字显示器、液晶显示屏或触摸屏,可以根据需要进行调整。
电阻应变计的测量原理是基于电阻应变的原理。
当材料受到应变力时,其电阻值发生变化,从而导致电压变化。
通过测量这个电压变化,可以计算出材料的应变量。
因此,电阻应变计可以用于测量各种材料的应变,如金属、陶瓷、混凝土等。
电阻应变计广泛应用于机械、电子、建筑、航空航天等领域。
在机械领域中,它可以用于测量关节应变、机械应力、弹簧应力等;在电子领域中,它可以用于测量电路的应变、芯片的应力等;在建筑领域中,它可以用于测量建筑物的形变、地震力等。
除了基本的测量功能外,电阻应变计还可以进行高级的测量和分析,如非线
性测量、非接触测量、高精度测量等。
这些功能可以提高测量结果的准确性和可
靠性,广泛应用于航空航天、汽车制造、土木工程、医疗设备等领域。
电阻应变计(应变片)原理
图 2-1 电阻应变计的结构
图 2-2 敏感栅的尺寸
敏感栅是电阻应变计的核心组成部分，它的特性对于电阻应变计的性能有决定性的影 响。为了改善电阻应变计的性能，人们探索了多种材料的应变－电阻特性，从而发展了敏感 栅材料，包括金属、半导体和金属氧化物等。目前常用的金属敏感栅材料主要有铜镍合金、 镍铬合金、镍钼合金、铁基合金、铂基合金、钯基合金等。以金属材料为敏感栅的电阻应变 计的灵敏系数大都在 2.0 ～4.0 间。硅、锗等半导体材料由于具有压阻效应，所有也被人们 用作敏感栅的材料，以半导体材料为敏感栅的电阻应变计的灵敏系数大都在 150 左右，远高 于以金属材料为敏感栅的电阻应变计。
保证相同，使应变计性能分散，故在常温应变测量中正逐步被其它片种代替。
8
图 2-3 丝绕式应变计
图 2-4 短接式应变计
2. 短接式应变计 短接式应变计也有纸基和胶基等种类。短接式应变计由于在横向用粗铜导线短接，因而 横向效应系数很小 (<0.1％)，这是短接式应变计的最大优点。另外，在制造过程中敏感栅的 形状较易保证，故测量精度高。但由于它的焊点多，焊点处截面变化剧烈，因而这种应变计 疲劳寿命短。 2.3.2 金属箔式应变计 箔式应变计的敏感栅是用厚度为 0.002～0.005 毫米的铜镍合金或镍铬合金的金属箔，采 用刻图、制版、光刻及腐蚀等工艺过程而制成（见图 2-5）。基底是在箔的另一面涂上树脂 胶，经过加温聚合而成，基底的厚度一般为 0.03～0.05mm。 与丝绕式应变计相比，箔式应变计的优点是： 1. 敏感栅很薄，且箔材与粘合层的接触面积要比丝材的大，因而粘贴牢固，有利于变
形传递，因而它所感受的应变状态与试件表面的应变状态更为接近，测量精度高； 2. 敏感栅薄而宽，在相同的横截面积条件下，箔栅的表面积比丝栅的要大，散热性好，
电阻应变片
电阻应变片一、应变计的分类根据敏感栅材料可分为金属、半导体及金属或金属氧化物浆料等三类：1、金属应变计包括丝式（丝绕式、短接式）应变计、箔式应变计和薄膜应变计；2、半导体应变计包括体型半导体应变计、扩散型半导体应变计和薄膜半导体应变计；3、金属或金属氧化物浆料主要是制作厚膜应变计。
二、应变计的主要参数1、应变计的电阻值应变计的电阻是指应变计在室温环境、未经安装且不受力的情况下，测定的电阻值。
应变计电阻值的选定主要根据测量对象和测量仪器的要求。
2、应变计的灵敏系数应变计的灵敏系数是指：当应变计粘贴在处于单向应力状态的试件表面上，且其纵向(敏感栅纵线方向)与应力方向平行时，应变计的电阻变化率与试件表面贴片处沿应力方向的应变(即沿应变计纵向的应变)的比值，即式中，K为应变计的灵敏系数；ε为试件表面测点处与应变计敏感栅纵线方向平行的应变；RRΔ为由ε所引起的应变计电阻的相对变化,常用的应变计灵敏系数为2.0~2.4。
3、应变计的疲劳寿命: 应变计的疲劳寿命是指：在恒定幅值的交变应力作用下，应变计连续工作，直至产生疲劳损坏时的循环次数。
三、金属电阻应变片应用与工作原理电阻应变计有两方面的应用：一是作为敏感元件，直接用于被测试件的应变测量；另一是作为转换元件，通过弹性元件构成传感器，用以对任何能转变成弹性元件应变的其它物理量作间接测量。
用应变片测量时，将其粘贴在被测对象表面上。
当被测对象受力变形时，应变片的敏感栅也随同变形，其电阻值发生相应变化，通过转换电路转换为电压或电流的变化，从而实现应变的测量。
金属电阻应变片的工作原理是电阻应变效应，即金属丝在受到应力作用时，其电阻随着所发生机械变形(拉伸或压缩)的大小而发生相应的变化。
电阻应变效应的理论公式如下:R=ρ*(L/S)式中：ρ—电阻率(Ω·mm2/m) L—金属丝的长度(m) S—金属丝的截面积(mm2)由上式可知，金属丝在承受应力而发生机械变形的过程中，ρ、L、S三者都要发生变化，从而必然会引起金属丝电阻值的变化。
简述电阻应变片的原理
简述电阻应变片的原理电阻应变片是一种利用材料电阻随应变而变化的敏感元件，可以将应变的物理量转化为电阻的变化，从而实现对应变量的测量。
在电子设备、机械设备、测控仪表和信息处理系统中广泛应用。
电阻应变片的工作原理是基于材料电阻随应变的变化而产生的电阻效应。
材料的电阻变化可以通过以下两种效应来实现：伽德纳效应和洛朗兹效应。
首先，伽德纳效应是指材料电阻随应变而发生的线性变化。
当材料受到力的作用发生应变时，材料内部的载流子受到应变的约束，导致载流子的迁移受阻，电阻增加。
这个效应被描述为电阻率与应变成正比的线性关系。
其次，洛朗兹效应是指材料电阻随应变发生的非线性变化。
它是由于电阻是由电子迁移和晶格振动共同决定的，当材料受到应变时，晶格的扭曲导致电子迁移的路径和速度发生变化，从而导致电阻发生非线性变化。
洛朗兹效应在较大应变下更为明显。
基于以上效应，电阻应变片的工作原理可以概括为以下几个步骤：1. 材料选择：选择具有应变灵敏性的材料作为电阻应变片的工作材料。
常用的材料有铜镍合金、硅碳合金、钢等。
这些材料具有较高的应变敏感系数和较低的温度系数。
2. 加工形状：将选定的材料加工成薄片或网格状结构，以增加电阻应变片的敏感度。
常见的几何形状有方形、圆形和网格状。
3. 连接电路：将电阻应变片与电子电路连接，形成测量电路。
连接电路时需要注意电阻应变片的敏感方向和形状。
4. 测量电路：选择合适的测量电路进行测量，典型的测量电路有电桥电路和放大电路。
在电阻应变片被外力作用引起应变时，它的电阻值发生变化。
这个变化可以通过电桥电路来检测和测量。
当电桥电路中的电阻应变片受到应变时，它的电阻值改变，导致电流通过电桥电路的各个分支出现变化，引起平衡状态的破坏。
通过测量电桥的输出信号，就可以获得电阻应变片的应变量。
另一种常用的测量方法是放大电路。
放大电路通过放大电阻应变片的电阻变化信号，然后进行处理和测量。
它可以实现更高分辨率和灵敏度的测量。
应变测试技术——电阻应变片ppt课件
三相电表电费计算公式
三相电表电费计算公式：
单价（元）=电费总额÷总用电量；
电费总额（元）=总用电量（度）×单价（元）；
峰谷费用（元）=峰电量（度）×峰单价（元）+谷电量（度）×谷单价（元）；
总电费（元）=峰谷费用（元）+月度服务费（元）+附加费（元）+电
调节服务费（元）+电度损耗费（元）；
电度损耗费（元）=实际用电量（度）×电度损耗率（%）×单价（元）。
电阻应变片的原理及应用
电阻应变片的原理及应用1. 电阻应变片的原理电阻应变片是一种常见的用于测量物体形变的传感器。
它利用了金属材料在受力后导电性能的变化，通过测量电阻的变化来间接测量物体的形变。
电阻应变片的原理基于金属材料的应变效应。
当金属受到外力作用时，其晶格结构会发生变化，从而使电阻发生变化。
这种应变效应被称为压阻效应。
电阻应变片通常采用金属箔片的形式，由特殊的合金材料制成。
当受到外力拉伸或压缩时，金属箔片会产生相应的应变，从而导致电阻值发生变化。
具体来说，电阻应变片通常由四个电阻元件组成，形成一个电桥电路。
两个电阻应变片被安装在测量物体上，分别受到压缩或拉伸的力。
另外两个电阻元件被用作参考电阻，保持恒定。
当物体受力时，电桥电路中的电阻发生变化，通过测量电桥的输出电压或电流变化，可以间接测量物体的形变。
2. 电阻应变片的应用电阻应变片的应用非常广泛，下面列举了几个常见的领域：•力学研究：电阻应变片常用于力学研究领域，用于测量材料的应力和应变。
通过将电阻应变片安装在试样上，可以实时监测试样在受力过程中的应变情况，从而分析材料的力学性质。
•工程结构监测：电阻应变片在工程结构监测中得到广泛应用。
例如，在桥梁、建筑物或机械设备中安装电阻应变片，可以实时监测结构的应变情况，及时发现结构的异常变形，提前采取相应的维修措施。
•汽车工业：在汽车工业中，电阻应变片被广泛应用于刹车系统、悬挂系统和发动机控制系统等。
通过测量车辆部件的应变情况，可以提高汽车的行驶安全性和性能。
•航空航天领域：电阻应变片在航空航天领域也有重要的应用。
例如，在飞机的机翼、机身和发动机上安装电阻应变片，可以实时监测结构的应变情况，确保飞机的结构安全可靠。
•医学领域：电阻应变片在医学领域也有一定的应用。
例如，在人工关节的研发和临床应用中，电阻应变片可以用于测量人工关节在运动过程中的应变，从而评估关节的性能和使用寿命。
以上只是电阻应变片应用的几个典型领域，实际上，在工业、科研和生活中都存在着很多其他的应用场景。
电阻应变片的种类与结构.
电阻应变片的种类与结构
电阻应变片（简称应变片或应变计）种类繁多，形式各样，分类方法各异。
根据敏感元件的不同，将应变计分为金属式和半导体式两大类。
根据敏感元件的形态不同，金属式应变计又可进一步分为丝式、箔式等。
1．丝式应变片
丝式应变片基本结构如图2.1所示，主要由敏感栅、基底和盖片、黏结剂、引线4部分组成。
敏感栅是实现应变与电阻转换的敏感元件，由直径为0.015-0.05mm的金属细丝绕成栅状，将其用黏结剂黏结在各种绝缘基底上，并用引线引出，再盖上既可保持敏感栅和引线形状与相对位置的、又可保护敏感栅的盖片。
电阻应变片的电阻值有60Ω、120Ω、200Ω等几种规格，其中120Ω最为常用。
图2.1 丝式应变片的基本结构
2．箔式应变片
如图2.2所示，箔式应变片的敏感栅利用照相制版或光刻腐蚀的方法，将电阻箔材制成各种形状而成，箔材厚度多为0.001-0.01mm。
箔式应变片的应用日益广泛，在常温条件下己逐步取代了线绕式应变片，它具有如下几个主要优点：
(1) 制造技术能保证敏感栅尺寸准确、线条均匀，可以制成任意形状以适应不同的测量要求。
(2) 敏感栅薄而宽，黏结情况好，传递试件应变性能好。
(3) 散热性能好，允许通过较大的工作电流，从而可增大输出信号。
(4) 敏感栅弯头横向效应可以忽略。
(5) 蠕变、机械滞后较小，疲劳寿命高。
图2.2 箔式应变片
3．薄膜应变片
薄膜应变片采用真空蒸发或真空沉积等方法，将电阻材料在基底上制成一层各种形状的敏感栅，敏感栅的厚度在0.1um以下。
薄膜应变片具有灵敏系数高，易实现工业化生产的特点，是一种很有前途的新型应变片。
电阻应变片工作原理
电阻应变片工作原理
电阻应变片是一种常用于测量变形和应力的传感器。
它的工作原理基于电阻的电阻值与其长度、厚度、材料的特性以及外加应变之间的关系。
电阻应变片通常由金属箔片制成，具有较高的电阻系数和较低的电阻温度系数。
当外界应变作用在电阻应变片上时，由于材料的弹性特性，电阻应变片的长度和厚度会发生微小的变化。
这种变化会导致电阻应变片的电阻值发生相应的变化。
电阻应变片的电阻值变化可以通过连接在电阻应变片上的测量电路来测量。
常用的测量电路包括电桥电路和恒流源电路。
其中，电桥电路是最常见的测量电路之一。
电桥电路中，电阻应变片与其他三个固定电阻组成一个电桥。
当电阻应变片受到应变时，会引起电桥电路中的电势差，进而通过测量电路输出相应的电信号。
根据电桥电路的输出信号可以推算出电阻应变片受到的应变值。
为了提高测量的准确性和灵敏度，电阻应变片通常会与保护层和导电胶片一起封装在一个保护壳体中，以避免外界环境对电阻应变片的影响。
总之，电阻应变片通过测量其电阻值的变化来检测物体的变形和应力。
它是一种简单有效的应变传感器，被广泛应用于工业生产、结构安全、航空航天等领域。
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。
电阻应变计(应变片)原理
几何尺寸发生变化所引起的。在常温下，许多金属材料在一定的应变范围内，电阻丝的相对
电阻变化与丝的轴向长度的相对变化成正比。即：
dR R
=
Ksε
（2-5）
其中：
Ks
=
1 ε
dρ ρ
+
(1 +
2μ )
（2-6）
5
式中，Ks为单根金属丝的灵敏系数。表示金属丝的电阻变化率与它的轴向应变成线性关 系。根据这一规律，采用能够较好地在变形过程中产生电阻变化的材料，制造将应变信号转 换为电信号的电阻应变计。
铜线，再将铜导线相间地切割开来而成（见图 2-4）。
1. 丝绕式应变计
丝绕式应变计的疲劳寿命和应变极限较高，可作为动态测试用传感器的应变转换元件。
丝绕式应变计多用纸基底和纸盖层，其造价低，容易安装。但由于这种应变计敏感栅的横向
部分是圆弧形，其横向效应较大，测量精度较差，而且其端部圆弧部分制造困难，形状不易
引线应具有低和稳定的电阻率以及小的电阻温度系数。常温应变计的引线材料多用紫 铜，为了便于焊接，可在紫铜引线的表面镀锡。中温应变计、高温应变计的引线可以在紫铜 引线的表面镀银、镀镍、镀不锈钢，或者采用银、镍铬（或改良型）、镍、铁铬铝、铂或铂 钨等。高疲劳寿命的应变计可采用铍青铜作引线。
四、盖层 电阻应变计的盖层是用来保护敏感栅使其避免受到机械损伤或防止高温下氧化。常用的 是以制作基底的胶膜或浸含有机胶液（例如环氧树脂、酚醛树脂等）的玻璃纤维布作为盖层， 也可以在敏感栅上涂敷制片时所用粘结剂作为保护层。盖层的材料包括纸、胶膜及玻璃纤维 布等。
0.32 0.68电阻温来自系 数(10-6/ºC)+20
300
110~130
第3-1章 电阻应变片(电阻应变测量技术)
L=150mm,室温、单向受力状态， 应变片丝栅方向与最大主应变方 向一致，采用砝码在梁一端施加
梁高 h=5mm
作 用 力 P=0.1KN ， 测 得 挠 度 为
P
1.5mm，实测量得电阻由120Ω
变为120.12Ω，求得应变片的实 梁长
际灵敏度K。
L=150mm
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§3-1 电阻应变片
4 应变片的参数和工作特性
（7）应变极限：应变片最大应变测量值。
一般规定：应变片显示的值与机械应变的相对误差达到 规定标准（一般10%）时的机械应变即为应变极限。此时， 认为应变片失去了工作能力。
（8）绝缘电阻：敏感栅及引线与被测试件之间的
电阻值。
应变片粘结层固化程度和是否受潮的标志。一般 >2M 欧，高精度测试>50M欧。
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§3-1 电阻应变片
5 应变片的选用与应变片粘结工艺
(2)应变片粘结工艺：
1 应变片检查:外观检查、电阻值检查 2 表面处理:刮刀除锈、砂布打磨、脱脂棉擦洗、吹风 机烘干 3 贴片与固化:画线、涂胶、用玻璃纸压、调整、补胶 4 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 5 连接导线:导线固定、导线焊接 6 防潮处理:凡士林、石蜡等
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§3-1 电阻应变片
3 分类
（3）应变花: 在一个基底上有几个按一定角度排列的
敏感栅的应变片。
测量主应力方向未知条件下平面应力状态。 自补偿应变片：用于高低温和温差大的条件
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§3-1 电阻应变片
4 应变片的参数和工作特性
应变片的起源、发展
应变片的起源和发展电阻应变片(也称电阻应变计，简称应变片或应变计)。
它是工程结构试验中的众多应力测量技术中，至今仍是应用最广泛最有效的应力测量技术，并且，在现今的工程结构健康监测方面也将发挥积极的作用。
由各种电阻应变片制成的各种电阻应变式称重传感器，在电子衡器工业中也发挥着极其重要的作用。
本课，将简单地回顾电阻应变片与称重传感器的发展历史，和应变片的工程应用的一般方法和注意事项。
目的是帮助同学们提高应变片的应用能力，同时通过对世界上科技发展的回顾，更清晰的了解科学和创新的发展规律，这必将会对我们今后的工作会有所启示。
主要内容•1 应变片的起源及发展•2 应变片的结构和主要技术指标•3 应变片的工程应用1 应变片的起源•1856英国物理学家开尔文勋爵（本名威廉.汤姆逊)利用金属电阻值随水压而变化来测知海水深度。
首先来了解应变片的起源。
电阻应变片的工作原理是基于金属或合金材料受到应变作用时，其电阻将会发生的变化，这种所谓的应变-电阻效应，是由英国物理学家开尔文勋爵（本名威廉、汤姆逊，开尔文是他的封号）于1856年在指导敷设大西洋海底电缆时，利用金属电阻值随水压而变化来测知海水深度，并通过对铜丝和铁丝进行相应的试验，证实了金属丝在机械应变作用下会产生电阻变化，用惠斯顿电桥线路测量了电阻变化如图1，图中导线材料为铜丝或铁丝，试验证实了在相同的外力条件下，铁丝的电阻变化比铜丝大。
这是一个天才的发现。
应变片的起源•1878-1883年汤姆理逊和1923布里奇曼分别证实了开尔文的试验结果，得到3个结论。
•1 金属丝材的电阻变化是应变的函数；•2 不同的金属材料具有不同的应变灵敏度；•3 惠斯顿电桥线路可用来精确地测量电阻变化。
1878-1883年汤姆理逊证实了开尔文的试验结果，并指出金属丝的电阻变化是由于金属材料截面尺寸变化的缘故。
1923年布里奇曼再次验证了开尔文的试验，并发明了用于测量水深的压力计。
在这一系列实验中，确立了三个重要事实，即：（1）金属丝材的电阻变化是应变的函数；（2）不同的金属材料具有不同的应变灵敏度；（3）惠斯顿电桥线路可用来精确地测量电阻变化这些发现为电阻应变计技术的诞生发展奠定了理论基础。
简述电阻应变计的工作原理及应用
简述电阻应变计的工作原理及应用工作原理电阻应变计（strain gauge）是一种常用的应变测量传感器，它利用导电材料在受力或应变作用下的电阻值发生变化的特性，来测量被测物体的应变情况。
电阻应变计的工作原理基于金属或半导体导体材料的电阻随着应变而发生变化。
当一个金属导线或电阻片受到外力拉伸或压缩时，导线或电阻片的几何尺寸发生变化，导致电阻值发生改变。
根据电阻的变化情况，可以推测出受力或应变的大小。
电阻应变计通常由导电材料制成，这些导电材料可以是金属薄膜、金属丝或薄膜电阻。
当被测物体发生应变时，电阻应变计也会发生相应的应变，从而引起电阻值的变化。
通过测量电阻的变化，就可以了解被测物体的应变情况。
应用电阻应变计作为一种常用的应变测量传感器，其应用十分广泛。
下面列举了一些主要的应用领域：1.结构应变测量：电阻应变计可以用于测量结构件受力情况，如建筑物、桥梁、机械构件等。
通过安装电阻应变计在结构件上，并连接到测量设备，可以实时监测结构件的应变变化，从而判断结构件的受力情况，提供结构安全性评估的依据。
2.材料力学测试：电阻应变计在材料力学测试中有广泛应用。
通过将电阻应变计粘贴或焊接到材料试件的表面，可以测量材料在受力过程中的应变情况，从而了解材料的强度、刚度等力学性质。
3.汽车工程：在汽车工程中，电阻应变计常用于测量车辆的悬挂系统、刹车系统的应变情况。
通过测量这些部件的应变，可以评估车辆在行驶过程中的安全性和稳定性。
4.电子设备：电阻应变计可以应用于电子设备的应变测量。
如在电路板的表面安装电阻应变计，可以测量电路板在热膨胀或机械载荷作用下的应变情况，从而评估电路板的可靠性和性能。
5.材料研究：在材料研究领域，电阻应变计可以用于研究材料的应变特性和变形机制。
通过对不同材料或材料结构上的电阻应变计进行测量，可以获取材料的力学性能参数，进而优化材料设计和加工工艺。
总的来说，电阻应变计的工作原理简单而有效，应用广泛。
电阻应变片的工作原理和信号调理电路
（13）
由于，则（13）式可写成 （14）
对于如图4（a）所示的半桥单臂电路，只有一只电阻产生的变化， 得
（15） 对于如图4（b）所示的半桥双臂电路，设产生正的变化，产生负的 变化，且变化的绝对值相等，即，得
（16） 即为半桥单臂电路的2倍。当，产生的的绝对值相等，符号相同时， 为0。 对于如图4（c）所示的全桥电路，设，产生正的变化，，产生负的 变化，且的绝对值相等，即，产生正应变，，产生负应变，得
（18） 桥臂阻抗若以指数形式表示，（18）式则可写成
（19） 由复数相等的条件，故有
（20）
如图6所示，两臂由应变片组成，另两臂是应变仪中的精密无感电 阻，考虑到应变片及线栅存在分布电容，所以两应变片可以看作由电阻 和电容并联的阻抗组成（因为电感很小可忽略）。如在测量前对电桥分 别同时进行电阻和电容的平衡调节，测量时又将连接导线固定，则电容 的影响是很小的。对于半桥单臂电桥电路，输出电压与电阻变化关系为
（21） 式中，为电源电压峰值，为电源角频率。
当试件受动态应力产生简谐变化应变时，设简谐应变为 （22）
式中，，为简谐应变的瞬时值和最大值，为简谐应变的角频率。 对于半桥单臂电桥电路，其输出电压为一调幅波，即 （23）
当动、静态应变同时出现时，电桥的输出相当于静态应变和动态应变的 叠加，即
（24） 动态应变桥输出的调幅波是由振幅相等而频率分别为和的两个波叠 加。而实际上应变的变化频率一般为非正弦波，其中含有不可忽视的高 次谐波频率，为使电桥调制后不失真，载波（电源）频率应比应变信号 频率大10倍左右。 （3）相敏检波电路 为了从电桥输出电压信号中得到试件受动态应力产生简谐变化的应 变信息，即，只要把调幅波再次与原载波信号相乘进行同步解调，并通 过低通滤波器滤除高频成份即可。图7为一种较为常用的环形桥式相敏 检波电路，其工作原理如下：
应变片介绍
应变片介绍一、应变片的选择：应变片是由排列成栅状的高阻金属丝、高阻金属箔或半导体粘贴在绝缘的基片上构成。
上面贴有覆盖片(即保护片),电阻丝两端焊有较粗的铜丝作引线,以便与测量电路连接。
如图1—1所示。
图1-1 应变片应变片种类丰富,在不同的实验条件需选择不同的应变片.下面介绍几种典型的应变片:用于残余应力测量的应变片高延伸率金属线应变片用于复合材料用的应变片高温箔金属应变片低温箔金属应变片带温度传感器的箔金属应变片防水型箔金属应变片测量螺栓轴向拉力的应变片二、电阻应变计型号的编排规则：1、类别 (B:箔式;T:特殊用途;Z:专用(特指卡玛箔))；2、基底材料种类 (B:玻璃纤维增强合成树脂;F:改性酚醛;A:聚酰亚胺;E:酚醛-缩醛;Q:纸浸胶;J:聚氨酯)；3、标准电阻值（单位）；4、敏感栅长度（单位为mm）；5、敏感栅结构形式6、极限工作温度（单位℃）；7、温度自补偿或弹性模量自补偿代号（9:用于钛合金; M23:用于铝合金;11:用于合金钢、马氏体不锈钢和沉淀硬化型不锈钢;16:用于奥氏体不锈钢和铜基材料;23:用于铝合金;27:用于镁合金;)；8、接线方式 (X:标准引线焊接方式;D:点焊点;C:焊端敞开式;U:完全敞开式，焊引线;F:完全敞开式，不焊引线；X**:特殊要求焊圆引线，**表示引线长度；BX**：特殊要求焊扁引线，**表示引线长度；Q**: 焊接漆包线，**表示引线长度；G**:焊接高温引线，**表示引线长度)如BF350--3AA80(23)X6的含义是：该应变片是箔式的，基底材料为改性酚醛，标准电阻值为350，敏感栅结构为AA型且其长度为3mm，应变片的极限工作温度为80℃，用于铝合金的温度自补偿,采用标准引线焊接方式，其引线长度为6mm。
三、应变计的自动补偿及其选用1) 温度补偿及选用应变计安装在具有某一线膨胀系数的试件上，试件可以自由膨胀并不受外力作用，在缓慢升（或降）温的均匀温度场内，由温度变化引起的指示应变称为热输出。
电阻应变片的种类与结构.
电阻应变⽚的种类与结构.电阻应变⽚的种类与结构电阻应变⽚(简称应变⽚或应变计)种类繁多，形式各样，分类⽅法各异。
根据敏感元件的不同，将应变计分为⾦属式和半导体式两⼤类。
根据敏感元件的形态不同，⾦属式应变计⼜可进⼀步分为丝式、箔式等。
1. 丝式应变⽚丝式应变⽚基本结构如图2.1所⽰，主要由敏感栅、基底和盖⽚、黏结剂、引线4部分组成。
敏感栅是实现应变与电阻转换的敏感元件，由直径为0.015-0.05mm的⾦属细丝绕成栅状，将其⽤黏结剂黏结在各种绝缘基底上，并⽤引线引出，再盖上既可保持敏感栅和引线形状与相对位置的、⼜可保护敏感栅的盖⽚。
电阻应变⽚的电阻值有60 Q、120 Q、200 Q 等⼏种规格，其中120 Q最为常⽤。
1⼀華底、⼯⼀电阻给盃屍：4—引幔图2.1丝式应变⽚的基本结构2. 箔式应变⽚如图2.2所⽰，箔式应变⽚的敏感栅利⽤照相制版或光刻腐蚀的⽅法，将电阻箔材制成各种形状⽽成，箔材厚度多为0.001-0.01mm。
箔式应变⽚的应⽤⽇益⼴泛，在常温条件下⼰逐步取代了线绕式应变⽚，它具有如下⼏个主要优点：(1) 制造技术能保证敏感栅尺⼨准确、线条均匀，可以制成任意形状以适应不同的测量要求。
(2) 敏感栅薄⽽宽，黏结情况好，传递试件应变性能好。
(3) 散热性能好，允许通过较⼤的⼯作电流，从⽽可增⼤输出信号。
(4) 敏感栅弯头横向效应可以忽略。
(5) 蠕变、机械滞后较⼩，疲劳寿命⾼。
图2.2箔式应变⽚3?薄膜应变⽚薄膜应变⽚采⽤真空蒸发或真空沉积等⽅法，将电阻材料在基底上制成⼀层各种形状的敏感栅，敏感栅的厚度在0.1um以下。
薄膜应变⽚具有灵敏系数⾼，易实现⼯业化⽣产的特点，是⼀种很有前途的新型应变⽚。
电阻应变片
则： ΔRt= R0αtΔt
五、电阻应变传感器的测量电路
1、电桥的特点：当四个桥臂电阻达到某一 关系时，电桥输出为零，可测微小的电阻变化 ，灵敏度和准确度均高。下面为直流电桥。
A
R1 D R4 B U R3
R2
C
R1R3 R2 R4 U 0 U BC U AC U ( R1 R2 )(R3 R4 )
U0
平衡时:
R1R3 R2 R4
测量前应调零，使输出值 只与电阻的应变相关
电桥的特点： 电桥平衡条件：仅由桥臂各参数之间的关系确定，与 电源电压及指零器内阻无关。 平衡电桥各臂灵敏度相等 当 R1 = R2 = R3 = R4时电桥灵敏度最大
A R1 D Rx
U0
B U R3
C
QJ23 简图
QJ23电阻测量范围： 1～106Ω 准确度：0.2级（在 100～9999Ω内） 测量1～10-5Ω小电阻 应用双电桥。
R1
D
R2 C U0
R4
B U
R3
A
2）非对称情况：
R1 = R4 ， R2 = R3 R1，R4 为应变片 则：
D
R1
R2 C U0
R4
B
R3
U
U R1 R2 R3 R4 U0 ( ) 2 (1 ) R1 R2 R3 R4
R2 / R1 R3 / R4
对于直径为r的圆形截面电阻丝：
r 2 r2 a ( ) 2 4
横向收缩与纵向伸长的 关系系数：泊松系数
da
4
dr
2
2
rdr
d / d l / l
r r a 2 r l 2 2 r4 a r l 4
电阻应变片(计)简介
电阻应变片（计）简介电阻应变式传感器是目前应用最广泛的传感器之一。
它由弹性敏感元件、电阻应变计、补偿电阻和外壳组成，可根据具体测量要求设计成多种结构形式。
弹性敏感元件受到所测量的力而产生变形，并使附着其上的电阻应变计一起变形。
电阻应变计再将变形转换为电阻值的变化，从而可以测量力、压力、扭矩、位移、加速度和温度等多种物理量。
电阻应变式传感器已广泛应用于航空、机械、电力、化工、建筑、医疗等领域中。
电阻应变式传感器的主要优点是结构简单，使用方便，灵敏度高，性能稳定、可靠，测量速度快，适合静态、动态测量。
1.电阻应变片（计）工作原理设有一个金属电阻丝， 如图1-1所示，当金属丝未受力时，原始电阻值为S L R ρ=（式1）式中：R 为金属丝的电阻；ρ为金属丝的电阻率；L 为金属丝的长度；S 为金属丝的截面积；图 1-1 金属电阻丝力变形情况当金属丝受到拉力F 作用时，将伸长△L ，横截面积相应减小ΔS ，电阻率因金属晶格发生形变等因素的影响也将改变△ρ，从而引起金属丝电阻的改变。
对式1作全微分，有ρρρd SL dS S LdL S dR +-=2 （式2） 式2左边除R ，右边除ρL/S 得ρρd S dS L dL R dR +-= （式3） 若金属丝的截面是圆形的，则2r S π=(r 为金属丝的半径)。
对S 作微分得，rdr dS π2=则rdr S dS 2= （式4） 令金属丝的轴向应变为LdL x =ε （式5）金属丝的径向应变为x y μεε-= （式6）式中：μ为金属丝材料的泊松系数，负号表示应变方向相反。
将式3—6代入式2得：x x d RdR ερρμε/)21(/++= （式7） 令 x x s d R dR K ερρμε/)21(/++== （式8）则Ks 称为金属丝的灵敏系数，其物理意义为单位应变所引起的电阻阻值的相对变化。
显然，Ks 越大，单位应变引起的电阻阻值的相对变化越大，故越灵敏。
请简述应变片的原理及应用
应变片的原理及应用1. 应变片的原理应变片（Strain Gauge）是一种电阻型传感器，主要用于测量物体的应变。
应变片通过被称为应变的物理量来检测应变，应变是指物体在受到力或外力作用下发生的长度变化。
应变片的原理建立在所谓的电阻应变效应上。
电阻应变效应是指当应变片受到应变时，其内部电阻发生变化。
这是因为应变片通常由金属箔片制成，当应变作用在金属表面时，金属的形状会发生改变，从而改变了金属箔片的长度和面积，进而改变了它的电阻。
应变片通常包含一个金属箔片电阻，通过粘贴或焊接到需要测量应变的物体上。
当应变作用在物体上时，应变片内部的电阻发生变化。
这个变化可以通过通过变化的电阻值来测量。
2. 应变片的应用应变片被广泛应用于工程和科学领域，用于测量材料的应变和压力、负荷等力学量。
以下是一些常见的应变片应用：2.1 压力传感器应变片被用作压力传感器的核心组件。
应变片可以将物体受到的压力转换成电信号。
通过测量应变片的电阻变化，可以得到物体受到的压力大小。
这种技术在工业领域、汽车工程和航空航天等领域中被广泛应用。
2.2 应力分析应变片可以用于应力分析，即测量物体受到的内部力的大小和分布情况。
通过将应变片粘贴或焊接到需要测量的物体表面上，可以测量物体在受力条件下的应变情况。
结合物体的几何形状，可以计算出物体受力的大小和方向。
2.3 称重传感器应变片被广泛应用于称重传感器领域。
通过将应变片安装在称重装置上，可以测量出物体的重量。
当物体放在称重装置上时，应变片受到物体重力的作用，从而发生应变。
通过测量应变片的电阻变化，可以得到物体的重量值。
2.4 疲劳测试应变片在材料和结构疲劳测试中也发挥着重要的作用。
通过测量应变片在材料或结构受到循环载荷作用下的变化，可以分析材料或结构的疲劳性能。
2.5 雷达、声纳应变片可用于雷达和声纳系统中，用于测量天线或声纳振动的应变变化。
通过测量应变片的电阻变化，可以得到天线或声纳振动的变化情况，从而实现对目标的检测和追踪。
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电阻应变片（计）简介
电阻应变式传感器是目前应用最广泛的传感器之一。
它由弹性敏感元件、电阻应变计、补偿电阻和外壳组成，可根据具体测量要求设计成多种结构形式。
弹性敏感元件受到所测量的力而产生变形，并使附着其上的电阻应变计一起变形。
电阻应变计再将变形转换为电阻值的变化，从而可以测量力、压力、扭矩、位移、加速度和温度等多种物理量。
电阻应变式传感器已广泛应用于航空、机械、电力、化工、建筑、医疗等领域中。
电阻应变式传感器的主要优点是结构简单，使用方便，灵敏度高，性能稳定、可靠，测量速度快，适合静态、动态测量。
1.电阻应变片（计）工作原理
设有一个金属电阻丝， 如图1-1所示，当金属丝未受力时，原始电阻值为
S L R ρ=
（式1）
式中：R 为金属丝的电阻；
ρ为金属丝的电阻率；
L 为金属丝的长度；
S 为金属丝的截面积；
图 1-1 金属电阻丝力变形情况
当金属丝受到拉力F 作用时，将伸长△L ，横截面积相应减小ΔS ，电阻率因金属晶格发生形变等因素的影响也将改变△ρ，从而引起金属丝电阻的改变。
对式1作全微分，有
ρρρ
d S
L dS S L
dL S dR +-=2 （式2） 式2左边除R ，右边除ρL/S 得
ρ
ρd S dS L dL R dR +-= （式3） 若金属丝的截面是圆形的，则2
r S π=(r 为金属丝的半径)。
对S 作微分得，rdr dS π2=则
r
dr S dS 2= （式4） 令金属丝的轴向应变为
L
dL x =ε （式5）
金属丝的径向应变为
x y μεε-= （式6）
式中：μ为金属丝材料的泊松系数，负号表示应变方向相反。
将式3—6代入式2得：
x x d R
dR ερρμε/)21(/+
+= （式7） 令 x x s d R dR K ερρμε/)21(/++== （式8）
则Ks 称为金属丝的灵敏系数，其物理意义为单位应变所引起的电阻阻值的相对变化。
显然，Ks 越大，单位应变引起的电阻阻值的相对变化越大，故越灵敏。
从式8可以看出，金属丝的灵敏系数Ks 由两个因素决定：第一项（1+2μ），它是由于金属丝受拉伸力作用后，材料的几何尺寸发生变化而引起的；第二项x d ερ
ρ/，它
是由于材料发生变形时，其自由电子的活动能力和数量均发生了变化而引起的。
对于金属丝来说，第一项的值要比第二项的值大的多。
2.电阻应变片的结构
电阻应变片(简称应变片或应变计)种类繁多, 形式多样, 但其基本构造大体相似。
现以常见的丝绕式应变片为例进行说明。
图1- 2为丝绕式应变片的结构示意图。
它是由敏感栅、基底、覆盖层和引线等部分组成的。
图中，l 称为应变片的标距或基长，它是敏感栅沿轴向测量变形的有效长度；宽度b 指最外两敏感栅外侧之间的距离。
图 1-2 电阻丝应变片的基本结构
敏感栅是以直径为0.01~0.05 mm 左右的高电阻率的合金电阻丝绕成的。
敏感栅是应变片的核心部分，其作用是敏感应变的大小。
敏感栅粘贴在绝缘的基底上，其上再粘贴起保护作用的覆盖层，两端焊接引出导线。
敏感栅常用的材料有铜镍合金(俗称康铜)、 镍铬合金及镍铬改良性合金、铁铬铝合金、镍铬铁合金及铂金。
基底的作用是固定敏感栅，并使敏感栅与弾性元件相互绝缘。
基底要将被测体的应变准确地传速到敏感栅上，因此它很薄，一般为0.03~0.06 mm ，使它与被测体及敏感
栅能牢固地粘接在一起。
对基底材料的要求是挠性好，具有一定的机械强度，粘接性能和绝缘性能好，蠕变和滞后小，不吸潮，热稳定性能好等。
常用的基底材料有纸、胶膜和玻璃纤维布等。
覆盖层的作用是保护敏感栅，使其避免受到机械损伤或防止高温氧化及防潮、防蚀、防损等。
保护片的材料常釆用做基底的胶膜或浸含有机液(例如环氧树脂、酚醛树脂等)的玻璃纤维布，也可以用在敏感栅上涂覆制片时所用的胶黏剂作为保护层。
引线是连接敏感栅和测量电路的丝状或带状的金属导线。
一般要求引线具有低的、稳定的电阻率及小的电阻温度系数。
一般釆用焊接方便的镀锡软铜线。
3.电阻应变片的种类
电阻应变片的种类繁多，形式多样，常按照应变片构造的材料进行分类，可分为金属应变片和半导体应变片两大类。
其中，金属应变片又分为体型(箔式、丝式)和薄膜式；
半导体应变片又分为体型、薄膜型、扩散型、PN结型及其他型。
下面介绍几种常用的应变片及其特点。
（1）丝式应变片
丝式应变片又分为回线式和短接式两类。
1）回线式应变片是一种常用的应变片，它是将电阻丝绕成敏感栅粘接在各种绝缘基底上而制成的。
它制作简单、性能稳定、价格便宜、易于粘贴。
敏感栅直径为
0.012~0.05mm，以0.025 mm为常用。
基底很薄(一般在0.03 mm左右)。
引线多用直径
为0.15~0.30 mm的镀锡铜线与敏感栅连接。
图1-3(a)所示为常见的回线式应变片的构造图。
2）短接式应变片是将敏感栅平行安放, 两端用直径比栅径直径大5~10 倍的镀银丝短接而构成的，如图1-3(b)所示。
这种应变片突出优点是克服了回线式应变片的横向效应。
但由于焊点多，在冲击、振动条件下，易在焊接点处出现疲劳破坏的现象，对制造工艺的要求高。
图1-3 丝式应变片（a）回线式（b）短接式
（2）箔式应变片
这类应变片是利用照相制板或光刻腐蚀的方法，将电阻箔材在绝缘基底上制成各种图形而成的应变片，箔材厚度多为0.001~0.01mm，所用材料以康铜和镍铬合金为主。
基底可用环氧树酯、酚醛或酚醛树脂等。
利用光刻技术，可以制成适用各种需要的、形状美观的称为应变花的应变片。
图1-4所示为一种箔式应变片的构造形式。
图 1-4 箔片式应变片
箔式应变片有较多的优点，例如,可根据需要制成任意形状的敏感栅；表面积大、散热性能好，可以通过较大的工作电流；敏感栅弯头横向效应可以忽略；蠕变、机械滞后较小，疲劳寿命高等。
3）薄膜应变片
在一定基底材料上用各种物理、化学方法制出导电或介质材料的薄膜，称为薄膜应变片。
薄膜应变片是釆用诸如真空蒸发、澱射、等离子化学气相淀积等方法制作而成的。
薄膜应变片可以同弹性体结合在一起，构成整体式薄膜传感器；也可以制成单一的薄膜应变片，再粘贴在弾性体上构成传感器。
前者使用较多，它可避免后者因贴片工艺所带来的误差因素(蠕变、滞后等)。
用薄膜技术制成的合金型应变片和传感器，其稳定性高，电阻温度系数很小(一般为10-5~10-6℃数量级)，因此，在航天、航空工业，以及对稳定性要求较高的测控系统中
得到了广泛的应用。