力及压力测量-应变片
检测技术基础3周-应变片
•:泊松系数, =0.3→0.5; ε和 分别r 为纵向应变（长度相对 变化量）和横向应变（横向相对变化量）
半导体应变片
将半导体材料用特殊工艺在基片上涂膜形成扩散硅。当扩散硅 受外力作用后两端电阻也发生变化,也可以用金属电阻丝应变片 表达式:
d R Rd l l2d l ld (12)d
金属-半导体区别
❖ (1)对于金属电阻丝应变片的电阻率受力后变化甚微,故可以忽略 不计:
dRdl2dl(12)K
Rl l
K(1为2电)阻丝灵敏系数，μ在0.3-0.5，所以K为1.6-2.0。 ❖ (2)对于半导体应变片是根据压阻效应工作的电阻率的变化要比
前两项大得多.
dRRdrEK
其中:r压阻系数;沿纵向的应变;E材料的弹性模量; K灵敏系数。 K=50-70远比金属电阻丝应变片的灵敏度高。
Ri=R
❖ (1)单臂电桥
R1-R4只有一个为工作的应变片(如R1),其余为固定电阻. 则:R1=R2=R3=R4; ΔR1=ΔR， ΔR2-4=0
U 0'(R 1 R 1R R 22)2 R R 11 R R 22 R R 33 R R 44 U
R2 R3 R4 0
U0
'
U 4
说明: (1)电阻式传感器将电阻变化量转换成电能信号,如电压,电流, 才可以在仪表系统里进行传递和处理。
(2)电阻式传感器的电阻变化量R通常很小,所以转换的信号 是微弱的,需要经过调理放大后驱动显示。
应变片传感器
❖ 用途: 压力,荷重,扭矩,加速度等的测量。 ❖ 特点: 体积小,性能稳定,精度高,结构简单,测量范围大,抗干扰能力
U0
R1R3R4R2 U (R1R2)(R3R4)
电阻应变片应变测量的原理
电阻应变片应变测量的原理电阻应变片是一种基于电阻变化的应变测量装置，应用于各种结构和材料的应变测量。
它的原理是基于材料电阻式的变化规律，在受力或受压时，电阻发生变化，由此实现应变的测量。
电阻应变片通常由导电材料制成，如金属或半导体材料。
其具有良好的导电性能，接有一定电压时会产生电流。
当外力加在电阻应变片上时，导电材料受到应变，导致电阻发生变化。
这种变化可以通过测量电阻的方式来获得电阻应变片的应变量。
电阻应变片的工作原理涉及到材料的电阻率和杨氏模量。
在工作时，电阻应变片的材料会发生线性应变，即应变与应力成正比。
由于应变片材料的金属导电特性，当其受到应力时，会导致电子在材料中移动，从而影响电阻。
具体来说，应变片受到横向拉伸应力时，它的横向尺寸会变小，纵向尺寸会变长。
这种应变会使电阻片金属网格的线宽和线间距发生变化，从而导致电阻的变化。
为了测量电阻的变化，通常会将电阻应变片作为一个电桥的一个分支。
电桥的另外三个分支由电阻器组成，形成一个平衡电桥。
在没有应变时，电桥平衡。
而当电阻应变片受到应变时，应变片的电阻发生变化，破坏了电桥的平衡状态。
根据电桥平衡的原理，可以测量出电阻的变化，进而计算出应变。
为了提高测量的精度，通常会采用恒流源或恒压源来驱动电桥。
这样可以保持电桥中的电流或电压不变，从而减小测量误差。
电阻应变片的测量原理在工程和科研领域有着广泛的应用。
例如，在结构工程中，电阻应变片可以用于测量建筑物和桥梁的变形，以评估其结构安全性。
在机械工程中，电阻应变片可以用于测量机械零件的变形和应力，以评估其承载能力。
此外，电阻应变片还可以用于测量材料的应力应变曲线和杨氏模量等材料力学性能参数的实验研究。
总之，电阻应变片通过测量电阻的变化来实现应变的测量。
其工作原理是基于材料导电特性和应变引起电阻的变化。
电阻应变片的应用范围广泛，适用于各种结构和材料的应变测量。
应变片应用实例
应变片应用实例应变片是一种可以感知和测量物体表面应变的传感器。
它的工作原理是通过物体受力引起的应变改变片的形状，从而改变电阻值，进而测量应变的大小。
应变片广泛应用于工程、机械、汽车、航空航天等领域中，下面将以应用动画原理分析为例，介绍应变片的应用实例。
首先，我们来看一个汽车悬挂系统的应用实例。
在汽车行驶过程中，悬挂系统承受着车辆的重力和行驶时产生的动力。
为了保证汽车在行驶中的稳定性和车辆乘坐的舒适度，悬挂系统需要根据道路状况和车辆的运动状态来进行调节。
这时，可以将应变片应用在悬挂系统的弹簧上，通过测量弹簧的应变来判断车辆行驶时的状态。
当汽车经过颠簸的道路时，悬挂系统的弹簧会受到变形力，导致弹簧上的应变片发生应变。
应变片的电阻值会随着应变的大小而改变，通过测量电阻值的变化，可以得知弹簧受力的大小。
根据测得的数据，悬挂系统可以即时调节其阻尼力的大小，使得车辆的悬挂系统能够适应不同的道路状况，增加车辆的稳定性和乘坐舒适度。
另一个应变片的应用实例是在机械设备中的应用。
例如，当机械设备进行大型物体的加工或压力测试时，需要对物体的表面压力进行监测。
这时，可以将应变片安装在机械设备的夹持装置上或直接贴附在物体表面上。
当机械设备夹持物体时，物体对应变片施加压力，导致应变片的形状发生变化，进而改变电阻值。
通过测量电阻值的变化，可以得到物体施加压力的大小。
根据这个数据，机械设备可以调整夹持装置的力度，保证物体的加工或测试过程中施加的压力恰到好处，避免物体的破裂或变形。
这些应用实例显示了应变片在工程领域的广泛应用。
通过测量应变的大小，应变片能够提供关键的数据，帮助工程师和设计师改进产品和系统的性能。
而动画原理分析可以通过展示应变片在实际工作中的原理和数据变化，帮助人们理解和应用这项技术。
总之，应变片是一种广泛应用的传感器，可用于测量物体表面的应变。
通过应用动画原理分析，我们可以更好地理解和应用应变片技术。
汽车悬挂系统和机械设备是应变片应用的两个典型实例，通过测量应变的大小，应变片可以提供关键的数据，帮助改进产品和系统的性能。
应变片的可变形范围-概述说明以及解释
应变片的可变形范围-概述说明以及解释1.引言1.1 概述应变片是一种可变形元件，常用于测量和控制物体的变形程度。
它可以根据外部力的作用而发生形变，将形变转化为电信号输出，从而实现对物体变形的精确测量和监测。
应变片在工程领域具有广泛的应用，如结构健康监测、机械控制系统、压力传感器等。
应变片的可变形范围是指应变片在外力作用下能够承受的形变程度。
这个范围取决于应变片的材料特性、几何形状以及布置方式等因素。
不同种类的应变片有不同的可变形范围。
一般来说，应变片能够在微小到大范围内发生形变，从几微米到几毫米不等。
为了能够满足不同应用领域的需求，目前市面上存在多种类型的应变片，包括片式应变片、网格式应变片、薄膜应变片等。
它们具有不同的可变形范围和灵敏度。
片式应变片通常具有较大的可变形范围，适用于需要较大形变的场景。
而网格式应变片和薄膜应变片则更适用于需要高精度测量和控制的场合，其可变形范围相对较小。
总之，应变片作为一种重要的变形测量元件，其可变形范围是评估其性能的重要指标之一。
在选择和应用应变片时，需要根据实际需求考虑其可变形范围，以确保测量结果的准确性和可靠性。
随着科技的不断进步，相信在未来，应变片的可变形范围会不断扩大，为更广泛的应用领域提供更丰富的选择。
1.2 文章结构文章结构部分是对整篇文章的组织和安排进行说明，让读者对文章的内容和思路有一个清晰的了解。
在这篇文章中，文章结构部分可以包括以下内容：本文的文章结构如下：2. 正文2.1 第一个要点在这一部分，我们将详细介绍应变片的可变形范围的定义和基本概念。
我们将探讨不同类型的应变片，从弯曲应变片到拉伸应变片，并分析它们的可变形范围。
我们将介绍应变片的结构和原理以及如何测量和计算可变形范围。
2.2 第二个要点这一部分将重点讨论影响应变片可变形范围的因素。
我们将探讨材料的选择对可变形范围的影响，以及应变片的设计和制造对可变形范围的影响。
我们还将研究环境条件对应变片可变形范围的影响，例如温度和湿度的变化。
应变片式压力传感器测量桥路原理
应变片式压力传感器测量桥路原理下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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应变片工作原理
应变片工作原理
应力传感器工作原理：应变片是一种用于测量物体受力情况的传感器。
它是将导电材料（通常是金属）制作成细长而细微薄的片状结构，通过将其粘贴或固定在受力部位来进行测量。
当物体受到外力作用，应变片会发生变形。
这种变形会引起应变片中导电材料电阻的变化。
通常情况下，应变片连接到一个电桥电路中，该电路直接或间接测量该材料电阻的变化。
当物体受到应力时，应变片中的导电材料会受到拉伸或压缩，导致应变。
这种应变会导致导电材料内部电阻发生变化，从而改变电桥电路中的电压输出。
通过测量电桥电路中的电压变化，可以确定材料受到的应力大小。
一般来说，应变片的阻值与所受应力成正比，因此可以进一步计算出受力物体的应力值。
应变片的小尺寸和高度敏感的特性使其广泛应用于各种工业领域，例如重型机械、航空航天、汽车制造和结构工程等。
它们可用于测量物体的压力、扭矩、挠度和变形等参数，为工程师提供有关物体力学性能和结构状态的重要信息。
基于应变片传感器的压力测量
“传感器与检测技术”研究小论文基于应变片传感器的压力测量姓名：李班级：2011学号：2014年4 月14 日目录第1章应变片传感器综述 (3)1.1 应变片传感器简介 (3)1.2 应变片传感器的工作原理 (3)第2章传感器的选用 (4)2.1 几种传感器及外围电路的比较 (4)2.2 市场上的同类产品 (5)第3章具体方案设计与分析 (6)3.1 温度补偿电路 (6)3.2 测量电路 (7)3.3 系统总图 (8)参考文献 (8)一、 应变片传感器综述1.1应变片传感器简介压力传感器的种类繁多，如电阻应变片压力传感器、半导体应变片压力传感器、压阻式压力传感器、电感式压力传感器、电容式压力传感器、谐振式压力传感器及膜片电极式压力传感器等。
但应用最为广泛的是压阻式压力传感器，它具有极低的价格和较高的精度以及较好的线性特性。
它由基体材料、金属应变丝或应变箔、绝缘保护片和引出线等部分组成。
根据不同的用途，电阻应变片的阻值可以由设计者设计，但电阻的取值范围应注意：阻值太小，所需的驱动电流太大，同时应变片的发热致使本身的温度过高，不同的环境中使用，使应变片的阻值变化太大，输出零点漂移明显，调零电路过于复杂。
而电阻太大，阻抗太高，抗外界的电磁干扰能力较差。
一般均为几十欧至几十千欧左右。
1.2应变片传感器的工作原理电阻应变式压力传感器是由电阻应变片组成的测量电路和弹性敏感元件组合起来的传感器。
当弹性敏感元件受到压力作用时，将产生应变，粘贴在表面的电阻应变片也会产生应变，表现为电阻值的变化。
这样弹性体的变形转化为电阻应变片阻值的变化。
把4个电阻应变片按照桥路方式连接，两输入端施加一定的电压值，两输出端输出的共模电压随着桥路上电阻阻值的变化增加或者减小。
一般这种变化的对应关系具有近似线性的关系。
找到压力变化和输出共模电压变化的对应关系，就可以通过测量共模电压得到压力值。
电阻应变片的工作原理是吸附在基体材料上应变电阻随机械形变而产生阻值变化的现象，俗称为电阻应变效应。
力及压力测量-应变片
应变式数显扭矩扳手
可用于汽车、摩托车、飞机、内燃机、机械制造和家用电器等领域，准确控制紧固螺纹的装配扭矩。量程2~500N.m，耗电量≤10mA，有公制/英制单位转换、峰值保持、自动断电等功能。
01
用于物体加速度的测量。
依据：a=F/m。
图3-17 电阻应变式加速度传感器结构图
02
03
01
压力及力的
02
测量
03
压力的概念
04
和单位
05
应变式压力计
06
压电式、压磁式、
07
电容式、霍尔式
08
应变效应
09
应变片
10
应变片温度补偿
11
与粘贴
12
应变式
13
力与压力传感器
14
转换电路
压力的表示
1
应变片测力的原理
2
各种类型的应变片及其特点
3
应变片的温度误差及其补偿
4
应变片的应用电路
5
什么是压力
试件材料和电阻丝材料的线膨胀系数的影响
当试件与电阻丝材料的线膨胀系数相同时, 不论环境温度如何变化, 电阻丝的变形仍和自由状态一样, 不会产生附加变形。 当试件和电阻丝膨胀系数不同时, 由于环境温度的变化, 电阻丝会产生附加变形, 从而产生附加电阻。
电阻应变片的温度补偿方法 电阻应变片的温度补偿方法通常有线路补偿法和应变片自补偿两大类。
01
适用范围：不适用于频率较高的振动和冲击场合， 一般适用频率为10~60 Hz范围。
02
B
A
C
D
F
1、应变片测量力的原理是什么？ 2、应变片有哪几种类型？ 3、单臂、半桥和全桥电路的灵敏度有怎样的倍数关系？谁的灵敏度最大？ 4、如右下图是一个圆柱体弹性元件，A、B、C、D是四个应变片，观察他们粘贴的位置后判断四个应变片在电桥中应怎样连接？画出电桥电路来说明. 5、如左下图所示，如需测量弯曲力和拉伸力，那么应变片应该怎样连接在电桥电路中，分别画出测量弯曲力和拉伸力的测量电桥电路。 题5图 题4图
《热能与动力工程测试技术（第3版）》俞小莉（试卷及其答案）
《热能与动力工程测试技术》试题I姓名：学号：专业：得分：一、填空题（填空题（2020分，每空1分）1.1.和共同表达了测量系统的频率响应特性。
和共同表达了测量系统的频率响应特性。
2.2.与之差称为误差。
与之差称为误差。
3.3.当激光照射到跟随流体一起运动的微粒上时，与之间的频率偏离量称作多普勒频移。
当激光照射到跟随流体一起运动的微粒上时，与之间的频率偏离量称作多普勒频移。
4.4.电磁流量计（简称电磁流量计（简称EMF EMF）是基于进行工作的。
）是基于进行工作的。
5.光电式转速传感器是利用光电元件对光的敏感性来测量转速的，可分为、两种。
6.6.测振系统分为、以及。
测振系统分为、以及。
7.7.传声器是一种声传声器是一种声传声器是一种声--电信号转换器件，有、和等种类。
8.8.温标有、温标有、、和四种。
9.9.就大多数测量而言，其随机误差都服从规律。
就大多数测量而言，其随机误差都服从规律。
二、是非题（是非题（1010分，每题2分）1.振动测量的主要参数为位移、速度、加速度。
（）2.从本质上讲，液位测量是一门检测气体-液体之间分界面的技术。
（）3.3.差压式液位计的理论依据是可压缩流体（液体）的静力学原理。
差压式液位计的理论依据是可压缩流体（液体）的静力学原理。
（）4. A 计权网络模拟人耳40phon 等响度曲线设计，主要衰减人耳不敏感的低频声音，对中频段声音有一定衰减。
（）5. 声功率级不能直接测得，可在一定条件下利用声压级进行换算。
（）三、简答题（共35分）1.1.测量系统的输出量与输入量之间关系可采用传递函数表示，测量系统的输出量与输入量之间关系可采用传递函数表示，试说明串联环节、并联环节及反馈联接的传递函数的表示方法。
（10分）2.2.什么叫做传递误差？为何测量系统中采用负反馈可以提高测量精度？（什么叫做传递误差？为何测量系统中采用负反馈可以提高测量精度？（什么叫做传递误差？为何测量系统中采用负反馈可以提高测量精度？（1010分）分）3.3.试说明为何水银温度计可作为精密标准温度计？（试说明为何水银温度计可作为精密标准温度计？（试说明为何水银温度计可作为精密标准温度计？（55分）分）4.4.简述光纤流量计和超声波流量计的工作原理、特点。
第九章-应变、力、扭矩与压力测量
1、应变的测量原理
将应变片贴在受力件上，应变片与受力件表面同时发生 变形，产生电阻的变化，通过测量电路即可产生与变形成 比例的模拟信号，最后换算成应变的大小。
2、应变测量装置
电阻应变仪：将应变片的电阻变化转变为电压或电流变 化,然后进行放大,一般采用调幅放大电路。
徐州工程学院机电学院
动态标定：输入一个动态激励力，测出相应的输出，然后 确定出传感器的频响特性等
9.3 扭矩的测量
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扭矩由力和力臂的乘积来定义，单位是Nm。扭矩的测 量以测量转轴应变和测量转轴两横截面相对扭转角的方法 最常用。
一、 扭矩传感器的工作原理
对固定参数的弹性轴，转矩作用于弹性轴时，产生 的扭转角、应力、应变与转矩成正比，因此，只要测出扭 转角、应力或应变，即可得到扭矩的大小。按扭矩信号的 产生方式不同，可以将传感器设计为光电式、光学式、磁 电式、应变式、电容式、等各种形式。
环式弹性元件 分为圆环式和八角环式。它也是通过元件的 弯曲变形测力，结构较紧凑。实际应用如切削测力仪。
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应变式荷重传感器的外形及应变片的粘贴位置
F
R4
R
R1
2
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荷重传感器上的应变片在重力作用下产生变形。轴向 变短，径向变长。
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F
F
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三、影响测量的因素及消除方法
1、温度的影响及补偿 温度补偿法一般采用温度自补偿应变片或电路补偿片，后者 的原理是利用补偿片贴在不受力的同温度、同材料的补偿件 上，利用电桥的和差特性使温度引起的输出为零。
2、贴片误差 贴片方向应和主应力方向一致。 3、应变片的实际工作条件与额定条件的差异 标定材料与被试材料、应变片的名义电阻与桥接电阻 4、电磁干扰 5、测点的选择
机械工程测试技术基础第9章应变、力与扭矩测量
拉（压）应变：
机械应变
i
指示应变
uy
1 4
u0
S
g
特点： 1、不能消除弯矩的影响
2、能补偿温度的影响
2、 试件受力状态图
电桥接法：
都受力，互为补偿
拉（压）应变：
i
1
电桥输出电压：
uy
1 4
u0
S
g
1
特点： 1、不能消除弯矩的影响 2、能补偿温度的影响
3、输出电压提高到（1+ ）
3、试件受力状态图
传感器的原边绕组（励磁绕组）和副边绕 组（测量绕组）互相垂直地安装在导磁体中， 原边绕组通过交流电。当不受力时，原边绕组 的磁力线呈对称分布，且不与副边绕组相交链， 此时副边绕组不产生感应电势（图8—7.b）。
当受力时，材料的导磁率发生变化，使磁力线 分布发生变化，磁力线与副边绕组相交链，在副 边绕组中感应电势，电势的大小正比于外力的大 小，测得该感应电势便知与之成比例的外力。
(4)
u0sg
i / 4
例8-2：如图3所示，悬臂梁弹性模 量 E 20 1010 Pa , 贴 片 处 的 抗 弯 截 面 系 数 W 2 106 m3 ，应变片 R1 R2，现用仪器
测得P力作用的指示应变为2000 ，求P力
的大小。
图3
（三）弯曲、拉（压）联合作用时的测量
测拉（压）
两个绕有线圈的铁心A和B相 互垂直放置，其开口端距被测轴表 面1~2mm间隙。A线圈通以交流电， 形成通过转轴的交变磁场。
转轴不受扭，磁力线与B线圈不交链；转 轴受扭矩作用后，应力的变化使部分磁力线 与B线圈交链，并在其中产生感应电势，该 感应电势与扭矩成正比关系。 特 点：
电阻应变片
dA
l A
d)
dl l
dA A
d
应变效应——金属丝
电阻相对变化量:
dR dl dA d R l A
对于截面积变化量 转换为直径变化:
dA DdD dD A D2 / 2 2 D
根据材料力学横向收 缩和纵向伸长关系:
r
dD D
dl l
t
Rt / R0 K0
[
/ K0
(g
s )]t
上述结果表明：环境温度的变化一定会引起附加测量 应变的误差，是不能忽略的，温度变化越大，则所引 起的误差越大，有必要在设计中加以考虑补偿的方法。
温度补偿方法：
1.热敏元件法：在测量电路中增加负温度系数电阻。 2.补偿片法：利用电桥电路的差动特性，消除温度影响。 3.组合自补偿法：适当选择材料的温度系数和线胀系数， 满足下式：
电阻式传感器
利用敏感体受到某种物理状态的变化，其电阻也随之 变化的特性，把这种电阻变化通过测量电路的转换， 形成电能形式（电压，电流，频率等）的信号变化， 经传递、放大、处理，最终变成显示值。
常见的有：电位器式传感器，热电阻式传感器，热敏 电阻传感器，气敏传感器，湿敏传感器，应变片传感 器等。
（4） 粘结剂
用于将敏感栅固定于基底上，并将盖片与基底粘贴在 一起。使用金属应变片时，也需用粘结剂将应变片基底粘 贴在构件表面某个方向和位置上。以便将构件受力后的表 面应变传递给应变计的基底和敏感栅。
常用的粘结剂分为有机和无机两大类。有机粘结剂用 于低温、常温和中温。常用的有聚丙烯酸酯、酚醛树脂、 有机硅树脂，聚酰亚胺等。无机粘结剂用于高温，常用的 有磷酸盐、硅酸、硼酸盐等。
传感器应变片的种类和特点
传感器应变片的种类和特点传感器应变片是一种常用的测量和控制设备。
它可以将被测物体的应变转化为电信号输出，用于测量和监测被测物体的力、压力、位移等参数。
根据应变片的材料和工作原理不同，可以分为多种类型，下面将介绍几种常见的传感器应变片的种类和特点。
1. 金属薄膜应变片（Metal foil strain gauge）金属薄膜应变片是一种经典的传感器应变片，由金属薄膜材料制成。
常见的金属材料有铂、钼、铬等。
金属薄膜应变片的优点是结构简单、制造成本低、量程广、灵敏度高。
它可以测量各种应变场合下的应变变化，并且适用于高温和高压环境，具有较好的稳定性和可靠性。
2. 半导体应变片（Semiconductor strain gauge）半导体应变片的材料是半导体材料，如硅。
它相对于金属薄膜应变片来说，具有更高的灵敏度和更好的温度性能，适用于高温和低温环境。
半导体应变片还具有响应速度快、线性范围广等特点。
然而，它也存在一些问题，如较高的制造成本、温度漂移等，需要注意其使用条件和校准。
3. 压阻式应变片（Piezoresistive strain gauge）压阻式应变片是将电阻材料制成应变片，通过测量电阻的变化来间接测量应变。
常见的压阻材料有聚合物薄膜、碳纳米管等。
压阻式应变片的特点是体积小、重量轻、灵敏度高、响应速度快，适用于微小变形的测量。
但是，压阻式应变片对温度的敏感性较高，需要进行温度补偿。
4. 光纤应变片（Fiber optic strain gauge）光纤应变片基于光纤的光学性质进行应变测量。
应变作用下，光纤中的光信号传输会发生变化，通过测量光信号的变化来间接测量应变。
光纤应变片具有传输波长不受限制、抗电磁干扰、适用于长距离测量等优点。
此外，光纤应变片还可以实现多点和分布式应变测量。
然而，光纤应变片的制造和安装相对较为复杂，成本较高。
综上所述，传感器应变片具有多种类型和特点。
选择合适的应变片需要根据实际应用需求和测量环境来综合考虑各种因素，如测量范围、精度要求、温度要求等。
什么是应变效应,解释金属电阻应变片的工作原理
什么是应变效应,解释金属电阻应变片的工作原理应变效应是指材料在受到外力作用下发生形变产生的能量。
简单来说，当材料受到外力作用时，它会发生形变，并因此产生能量。
金属电阻应变片是一种用于测量力、压力、扭矩等物理量的传感器。
它是基于金属材料的电阻与应变之间的关系而工作的。
金属电阻应变片是由金属材料制成的，通常采用常见的金属材料如钢、铝等。
它们的导电性能会随应变的增加而改变。
工作原理可以分为以下几个步骤：1.应变感测：金属电阻应变片首先感测物体受到的应变。
应变即物体由于外力作用而发生的形变。
这种应变可以是线性的（伸缩应变）也可以是非线性的（弯曲应变、剪切应变等）。
金属电阻应变片采用弯曲应变致电阻变化的原理。
当金属电阻应变片受到外力作用时，它会发生弯曲应变，从而导致内部金属材料的长度和截面积发生变化，进而改变金属电阻应变片的电阻值。
2.电阻变化：金属电阻应变片的电阻值会随应变的增加而改变。
这是因为金属材料的电阻与其长度和截面积之间存在一定的关系。
当金属电阻应变片受到应变时，它的长度和截面积会发生变化，导致电阻值的改变。
对于一个应变应变力致电阻值变化的金属电阻应变片，其电阻值可以通过电路连接进行测量。
3.电桥电路：为了测量金属电阻应变片的电阻值变化，通常使用电桥电路。
电桥电路包括四个电阻，分为两个相等的电阻和两个变化的电阻。
其中一个变化的电阻就是金属电阻应变片。
当电阻变化时，电桥电路会产生一个不平衡的电压信号。
4.信号处理：不平衡的电压信号经过信号处理电路进行放大和滤波，最终输出一个与物体受到的应变成正比的电信号或数字信号。
金属电阻应变片的工作原理可以总结为：物体受到外力作用产生应变，金属电阻应变片感测并转换为电阻变化，通过电桥电路测量电阻变化产生不平衡信号，经过信号处理输出应变电信号。
金属电阻应变片具有以下特点：1.灵敏度高：金属电阻应变片对应变具有高度的灵敏度。
它可以感测微小的形变并转换为电信号进行测量。
电阻应变片的工作原理
电阻应变片的工作原理
电阻应变片是一种根据受力大小变化而改变电阻值的传感器。
其工作原理基于材料在受力作用下发生形变，从而改变电阻的特性。
电阻应变片通常由导电材料制成，例如金属或半导体材料。
当应变片受到外力作用时，其形状会发生微小变化。
这种微小的形变会导致材料内部电阻的变化。
电阻应变片的形式有很多种类，常用的有网格状和贝壳形状。
网格状应变片由导电材料的细导线构成，当外力作用在应变片上时，导线的长度和宽度会产生微小的变化，从而改变整个网格的电阻值。
贝壳形状的应变片则是将导线折叠成螺旋状，当外力作用在应变片上时，导线的弯曲程度会发生变化，进而改变整个应变片的电阻。
在应用过程中，电阻应变片通常与电桥电路结合使用。
电桥电路通过测量电阻的差异来反映应变片受力的大小。
当应变片受到力的作用时，电桥电路会检测到电阻的变化，并根据测量结果进行输出。
电阻应变片广泛应用于力学测量、压力传感、位移测量等领域。
它具有结构简单、体积小、灵敏度高的特点，可以精确地测量微小的应变和受力变化。
在工程领域中，电阻应变片被广泛应用于桥梁、飞机、汽车等结构的应力分析与监测。
土木工程测试技术-应变片测量技术
土木工程测试技术—电阻应变片测量技术摘要：当今，在工程结构试验中，电阻应变片测量技术仍是应用最广泛和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发挥着积极的作用。
由电阻应变片制成的各种电阻应变式传感器，在各个工程行业中也发挥着极其重要的作用。
本文简单的介绍下电阻应变片测量技术的发展史及其在目前建筑等行业中的应用。
关键词：电阻应变片传感器横向效应应变片的灵敏度系数电阻应变片是电阻应变测量的传感元件。
用电阻应变片进行测量时，一般将应变片粘贴于构件表面，当构件受力变形时，应变片亦随之变形，变化的结果将导致应变片的电阻变化。
测量出这种变化，并转换成相应的应变，即实现非电量的电测。
电阻应变片具有结构简单、性能稳定可靠、灵敏度高、频率范围广的特点。
此外，将电阻应变片粘贴到各种弹性元件上还可以制成能测量位移、力、力矩、扭矩和加速度的传感器，因而，电阻应变片是使用最为广泛的应变测量器件。
电阻式传感器的电阻变化量 R通常很小,所以转换的信号是微弱的,需要经过调理放大后驱动显示。
电阻应变片国内习惯称为电阻应变计，简称应变计或应变片，它是在第二次世界大战结束的前后出现的，已经有六七十年的历史了。
作为一个敏感元件，其测量方法的技术已经十分成熟了。
现今，随着应用光纤传感器等其他测量技术的发展，有些人认为应用电阻应变计的电测技术已趋于老化。
这是一种误解，电阻应变计使用于空间（高真空、深低温）、海水中（高压、流水中）、土中等广泛的计测范围。
适用结构对象有航空、航天器、原子能反应堆、发动机、汽车、机车车辆和轨道、架线；船舶。
桥梁、道路、大坝以及各种建筑物、机场、港湾设施等；适用的材料，由开始时的钢铁和铝等各种金属材料，到木材、塑料、玻璃、土石类、复合材料，并且，它不仅适用于室内实验、模型实验，还可以在现场对实际结构或部件进行测量。
这些特点是任何一种传感元件或传感器所不能比拟的。
另外它在今后对结构和设备的安全监护方面也有广泛的应用前景。
应变片原理
应变片原理
通常的应变片包括薄膜，压电薄膜，变形膜，碳片和陶瓷。
应变片是一种能从一种形状改变到另一种形状的结构元件。
它们能够将受力的形变能量转变为模拟或电子信号，而且它们可以测量多种形变，例如压力、温度、速度、位移、加速度等。
应变片的工作原理是：受力的形变通过力传感器变成电信号，从而将这些形变信号转换成有意义的电学特征或电气特性。
把微量的应变转变为模拟或电子信号的解决方案是应变片（有时称为应变测量器），它们是用来帮助测量变形元件的空间变形性能的绝佳解决方案。
一般而言，应变片分为三种类型：静态应变片，电化学应变片和光应变片。
静态应变片技术：基本结构是一层薄的有机材料或金属膜，当它受到外部力时，其形状会发生变化，从而导致电阻的改变。
一种典型的薄膜应变片就是由碳片构成的应变片，当它受到外部力的时候，它的形状会发生变化，同时会改变其电阻值。
压电应变片技术：压电应变片使用一种称为压电效应的原理—将外力转换为电势。
当薄膜受到压力时，它将产生一个电荷和电势，这些电势可以测量和检测该力的大小。
压电膜的形状可以通过改变它的厚度、密度和结构来改变。
另一种有用的应变片是变形膜，它使用铝膜或金属膜，它们会在施加外力时产生电信号。
普通陶瓷和金属片也是常用的应变片材料，由于它们电阻值低，可以有效增加应变片的敏感度。
光应变片也用于测量变形，该应变片使用光束测量变形，用于测量电磁波传播在材料中的速度。
应变片被广泛应用于测量传感器、汽车、工业过程控制、航空航天、船舶和军事领域等多个领域。
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（4） 粘结剂
用于将敏感栅固定于基底上，并将盖片与基底粘贴在一 起。使用金属应变片时，也需用粘结剂将应变片基底粘贴在 构件表面某个方向和位置上。以便将构件受力后的表面应变 传递给应变计的基底和敏感栅。
常用的粘结剂分为有机和无机两大类。有机粘结剂用于 低温、常温和中温。常用的有聚丙烯酸酯、酚醛树脂、有机 硅树脂，聚酰亚胺等。无机粘结剂用于高温，常用的有磷酸 盐、硅酸、硼酸盐等。
实验证明，电阻丝及应变片的电阻相对变化量R R与材料力学 中的轴向应变x的关系在很大范围内是线性的，即
R R
Kx
K—电阻应变片的灵敏度
x — 称为电阻丝的轴向应变，也称纵向应变 x通常很小，在应变测
量中，也常将之称为微应变
对于不同的金属材料，K 略微不同，一般为2左右。而对半导体材
2、 应变式压力传感器
应变式压力传感器主要用来测量流动介质的动态或静态压 力。如动力管道设备的进出口气体或液体的压力、发动机内部 的压力变化, 枪管及炮管内部的压力、内燃机管道压力等。 应 变片压力传感器大多采用膜片式或筒式弹性元件。
应变式力传感器
F
F
F
F
各种悬臂梁
F
F
固定点
固定点
电缆
• 薄膜应变片是采用真空蒸发或真空沉淀 等方法在薄的绝缘基片上形成0.1μm以下的 金属电阻薄膜的敏感栅, 最后再加上保护层。 它的优点是应变灵敏度系数大, 允许电流密 度大, 工作范围广。
• 半导体应变片是用半导体材料制成的, 其工 作原理是基于半导体材料的压阻效应。所 谓压阻效应，是指半导体材料在某一轴向 受外力作用时, 其电阻率ρ发生变化的现象。
压力及力检测
压力的概念 和单位
压力及力的 测量
应变效应
应变式压力计
应变片
应变片温度补偿 与粘贴
压电式、压磁式、 电容式、霍尔式
转换电路
应变式 力与压力传感器
1、压力的表示 2、应变片测力的原理 3、各种类型的应变片及其特点 4、应变片的温度误差及其补偿 5、应变片的应用电路
一、压力及其单位
1.什么是压力
应变式荷重传感器的
外形及应变片的粘贴 F 位置
R4
R
R1
2
应变式荷重传感器外形及受力位
置F F
应变式荷重传感器外形及受力位置
F
F
荷重传感器原理演示
荷重传感器 上的应变片 在重力作用 下产生变形。 轴向变短， 径向变长。
汽车衡
汽车衡称重系统
电子秤
远距离 显示
磅秤
超市打印秤
电子天平
电子天平的精度 可达十万分之一
垂直作用在单位面积上的力称压力。
在国际单位制（SI）和我国法定计量单位
中，压力的单位是“帕斯卡”，简称 “帕”，符号为“Pa”。
1Pa
1N / m2
1
kgm m2s2
1kgm1s2
即1N的力垂直均匀作用在1m2的面积上所 形成的压力值为1Pa。
其他压力单位：
“工程大气压力”（kgf/cm2）、“毫米汞柱”
R0——温度为t 0℃时的电阻值; α0——金属丝的电阻温度系数; Δt——温度变化值, Δt=t -t0。 当温度变化Δt时, 电阻丝电阻的变化值为
ΔRt=Rt- R0= R0α0Δt
2) 试件材料和电阻丝材料的线膨胀系数的影响
当试件与电阻丝材料的线膨胀系数相同时, 不论 环境温度如何变化, 电阻丝的变形仍和自由状态一样, 不会产生附加变形。 当试件和电阻丝膨胀系数不同 时, 由于环境温度的变化, 电阻丝会产生附加变形, 从 而产生附加电阻。
2. 电阻应变片的温度补偿方法
电阻应变片的温度补偿方法通常有线路补 偿法和应变片自补偿两大类。
1) 线路补偿法
若实现完全补偿, 上述分析过程必须满足四个条件:
① 在应变片工作过程中, 保证R3 =R4。 ② R1和RB两个应变片应具有相同的电阻温度系 数α, 膨胀系数β, 应变灵敏度系数K和初始电阻值R0。 ③ 粘贴补偿片的补偿块材料和粘贴工作片的被 测试件材料必须一样, 两者线膨胀系数相同。 ④ 两应变片应处于同一温度场。
•
• 半导体应变片的灵敏度特别高，但是对温 度敏感.
应变片具有体积小、价格便宜、精度高、频率响应好等 优点，被广泛应用于工程测量及科学实验中。
斜拉桥上的斜拉绳应变测试
四、应变片的测量电路
金属应变片的电阻变 化范围很小，如果直接用 欧姆表测量其电阻值的变 化将十分困难，且误差很 大。常利用桥式测量转换 电路将R /R转换为输出 电压U0。
（大m气m压Hg）”、（“a毫tm米）水、柱”“（巴mm”H2（O）b、ar“）标、准 “PSI” ）、“PSI”（“磅力每平方英寸 ）
1 kgf/cm2 = 0.9807×105Pa 1mmH2O = 0.9807×10Pa 1 mmHg = 1.332×102Pa 1atm = 1.01325×105Pa
设有一长度为、截面积为A、半径为r、电阻率为 的金属单丝，它的电阻值R可表示为
R
l A
l
r2
当沿金属丝的长度方向作用均匀拉力（或压力）时
，上式中、r、l都将发生变化，从而导致电阻值R发
生变化。
例如
（1）金属丝受拉时，l将变长、r变小，均导致R变大；
（2）某些半导体受拉时,将变大，导致R变大。
2
14
3
1—等 强 度 梁 ； 2—质 量 块 ； 3—壳 体 ； 4—电 阻 应 变 敏 感 元 体
图3-17 电阻应变式加速度传感器结构图
测量原理：将传感器壳体与被测对象刚性连接，当被 测物体以加速度a 运动时，质量块受到一个与加速度方向 相反的惯性力作用， 使悬臂梁变形，该变形被粘贴在悬臂 梁上的应变片感受到并随之产生应变，从而使应变片的电 阻发生变化。 电阻的变化引起应变片组成的桥路出现不平 衡，从而输出电压， 即可得出加速度a值的大小。
由金属细丝绕成栅形。电阻应变片的电阻值为60Ω、120Ω、 200Ω等多种规格，以120Ω最为常用。
对敏感栅的材料的要求： ①应变灵敏系数大，并在所测应变范围内保持为常数； ②电阻率高而稳定，以便于制造小栅长的应变片； ③电阻温度系数要小； ④抗氧化能力高，耐腐蚀性能强； ⑤在工作温度范围内能保持足够的抗拉强度； ⑥加工性能良好,易于拉制成丝或轧压成箔材； ⑦易于焊接，对引线材料的热电势小。 对应变片要求必须根据实际使用情况，合理选择。
适用范围：不适用于频率较高的振动和冲击场合， 一 般适用频率为10~60 Hz范围。
1、应变片测量力的原理是什么？
2、应变片有哪几种类型？
3、单臂、半桥和全桥电路的灵敏度有怎样的倍数关系？谁的灵 敏度最大？
4、如右下图是一个圆柱体弹性元件，A、B、C、D是四个应变 片，观察他们粘贴的位置后判断四个应变片在电桥中应怎样连接？ 画出电桥电路来说明.
• 用应变片测试应变时，将应变片粘 贴在试件表面。当试件受力变形后， 应变片上的电阻丝也随之变形，从 而使应变片电阻值发生变化，通过 测量转换电路最终转换成电压或电 流的变化。
三、应变片的种类
1、金属应变片（应变式压力传感器） （1）金属丝式 （2）箔式 （3）薄膜式 2、半导体应变片（压阻式压力传感器）
4.接引线
引出导线要用柔软、 不易老化的胶合物适 当地加以固定，以防 止导线摆动时折断应 变片的引线。然后在 应变片上涂一层柔软 的防护层，以防止大 气对应变片的侵蚀， 保证应变片长期工作 的稳定性。
应变片的应用——力及压力传感器
1 应变式力传感器
1. 柱（筒）式力传感器
2 环式力传感器 被压缩
全桥的四个桥臂都为应变 片，如果设法使试件受力后，
应变片R1 ~ R4产生的电阻增量 （或感受到的应变1~4）正负 号相间，就可以使输出电压Uo
成倍地增大。上述三种工作方 式中，全桥四臂工作方式的灵 敏度最高，双臂半桥次之，单 臂半桥灵敏度最低。采用全桥 （或双臂半桥）还能实现温度 自补偿。
3、 应变片的温度误差及补偿
a. 应变片的温度误差
由于测量现场环境温度的改变而给测量带来的附加误差, 称为应变片的温度误差。 产生应变片温度误差的主要因素有:
电阻温度系数的影响
应变片温度误差
材料与应变片 膨胀系数不同
1) 电阻温度系数的影响 敏感栅的电阻丝阻值随温度变化的关系可用下式
表示：
Rt=R0（1+α0Δt） 式中: Rt——温度为 t ℃时的电阻值;
人体 秤
吊钩秤
便携式
应变式数显扭矩扳 手
可用于汽车、摩托车、飞机、内燃机、机械 制造和家用电器等领域，准确控制紧固螺纹的 装配扭矩。量程2~500N.m，耗电量≤10mA， 有公制/英制单位转换、峰值保持、自动断电等 功能。
3.4.4 应变式加速度传感器 用于物体加速度的测量。
依据：a=F/m。
1bar=105Pa 1 PSI=6.89×103Pa
2、压力的表示
绝对压力PJ
大气压力PD
表压力PB 1 PB= PJ －PD
真空度PZ（负压）
PZ＝ PD－ PJ
0
表压
绝对 压力
大气压力线
1
负压
真空度
绝对压力的零线
绝对 压力
二、应变式传感器
1、应变片的工作原理
我们可以做这样一个较简单的实验：取一根细电阻丝， 记下其初始阻值（图中为10.01）。当我们用力将该电 阻丝拉长时，会发现其阻值略有增加（增加到为 10.05）。测量应力、应变、力的传感器就是利用类似 的原理制作的。
料而言，由于其感受到应变时，电阻率 会产生很大的变化，所以灵敏
度比金属材料大几十倍。
二、应变片的结构