土木工程测试3电阻应变测量技术
电阻应变测量原理及方法
目录电阻应变测量原理及方法 (2)1. 概述 (2)2. 电阻应变片的工作原理、构造和分类 (2)2.1 电阻应变片的工作原理 (2)2.2 电阻应变片的构造 (4)2.3 电阻应变片的分类 (4)3. 电阻应变片的工作特性及标定 (6)3.1 电阻应变片的工作特性 (6)3.2 电阻应变片工作特性的标定 (10)4. 电阻应变片的选择、安装和防护 (12)4.1 电阻应变片的选择 (12)4.2 电阻应变片的安装 (13)4.3 电阻应变片的防护 (14)5. 电阻应变片的测量电路 (14)5.1 直流电桥 (15)5.2 电桥的平衡 (17)5.3 测量电桥的基本特性 (18)5.4 测量电桥的连接与测量灵敏度 (19)6. 电阻应变仪 (24)6.1 静态电阻应变仪 (24)6.2 测量通道的切换 (26)6.3 公共补偿接线方法 (27)7. 应变-应力换算关系 (28)7.1 单向应力状态 (28)7.2 已知主应力方向的二向应力状态 (29)7.3 未知主应力方向的二向应力状态 (29)8. 测量电桥的应用 (31)8.1 拉压应变的测定 (31)8.2 弯曲应变的测定 (34)8.3 弯曲切应力的测定 (35)8.4 扭转切应力的测定 (36)8.5 内力分量的测定 (37)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），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。
土木工程试验中电阻应变片的工作原理
土木工程试验中电阻应变片的工作原理土木工程试验中电阻应变片是一种常用的测量技术，用于测量物体的应变，从而评估物体的强度和稳定性。
本文将分步骤阐述电阻应变片的工作原理。
1. 电阻应变片的基本原理电阻应变片是一种具有高灵敏度的应变测量传感器。
它的工作原理是基于电阻材料在受到应变时电阻值的变化。
电阻应变片最常用的材料是金属，如钨、铂、镍铬合金等。
当应变产生时，电阻片内部的电阻值发生变化，这种变化可以通过电路测量到。
2. 电阻应变片的制作和安装电阻应变片的制作一般采用微机电系统或薄膜技术，将金属薄膜贴在载体上，形成电阻应变片。
为了提高其灵敏度和精度，一般要求电阻片的基底和载体材料要有相同的热膨胀系数。
在土木工程试验中，电阻应变片通常需要粘贴在被测物体表面，固定在应力集中区域。
应变测量传感器的轴向方向一般选择与最大主应力方向相一致，便于精确测量最大主应力的值。
3. 电阻应变片的信号放大和灵敏度校准电阻应变片测量的电阻值变化非常小，需要通过信号放大器来放大测量信号。
信号放大器可以将信号的幅值扩大数百倍，从而提高测量的精度和可靠性。
电阻应变片的灵敏度一般在设计时可以预先调整。
在现场应用时，可以通过灵敏度校准来进一步提高测量的准确度。
灵敏度校准需要在使用额定输入电压的情况下进行，将应变片拉伸到一定程度，然后根据变化的电阻值计算其灵敏度。
4. 电阻应变片的应用范围电阻应变片在土木工程试验中应用广泛，特别是在建筑结构实验中。
应变测量传感器可以被用来衡量结构体的变形、应变和应力，帮助工程师优化结构设计并确保其强度和稳定性。
另外，电阻应变片还可以用于桥梁试验、隧道监测和地基沉降测量等领域。
这些应用领域需要高度精确的应变测量，电阻应变片的高灵敏度和可靠性使其成为首选测量工具。
总之，电阻应变片是一种精确的应变测量传感器，广泛应用于土木工程试验中。
其工作原理基于电阻材料的应变响应，需要用信号放大器才能测量到信号。
电阻应变片可应用于建筑结构实验、桥梁试验、隧道监测等领域，提供精确测量结果。
电阻应变计测量技术
电阻应变计测量技术09工设苏聪（0901********）实验应力分析，是用实验分析方法确定构件在受力情况下的应力状态的学科。
它既可用于研究固体力学的基本规律，为发展新理论提供依据，又是提高工程设计质量，进行失效分析的重要手段，已有多种实验方法。
其中，又以电阻应变计测量技术最为普遍。
电阻应变计是一种能将构件上的尺寸变化转换成电阻变化的变换器，一般由敏感栅、引线、粘结剂、基底和盖层构成。
将它安装在构件表面。
构件受载荷作用后，表面产生微小变形，敏感栅随之变形，致使应变计产生电阻变化，其变化率和应变计所在处构件的应变成正比。
测出电阻变化，即可按公式算出该处构件表面的应变，并算出相应的应力。
依敏感栅材料不同，电阻应变计分金属电阻应变计和半导体应变计两大类。
另外还有薄膜应变计、压电场效应应变计和各种不同用途的应变计，如温度自补偿应变计、大应变计、应力计、测量残余应力的应变化等。
电阻应变计测量技术的优点是：①测量精度和灵敏度高；②频率响应好，可测量从静态到数十万赫的动态应变;③测量数值范围广;④易于实现测量的数字化、自动化和无线电遥测；⑤可在高温、低温、高压液下、高速旋转、强磁场和核辐射等环境进行测量；⑥可制成各种传感器，测量力、压力、位移、加速度等物理量，在工业过程和科学实验中用作控制或监视的敏感元件。
电阻应变计的主要缺点是：①一个应变计只能测定构件表面一点在某个方向的应变；②只能测得栅长范围内的平均应变。
测量原理电阻应变测量系统由电阻应变计、电阻应变仪和记录器三部分组成，其工作过程如下：电阻应变计可按下式将构件的应变转换为单位电阻变化：，式中为初始电阻；为该电阻的变化；为轴线方向的应变；为灵敏系数。
电阻应变仪采用电桥或电位差计的测量线路，将电阻应变计的电阻变化转换为电压（或电流）的变化，并经放大后输出。
一般应变测量技术应变测量技术可分为静态应变测量和动态应变测量两类：静态应变测量工作过程如下：应用电阻应变计测量常温下的静态应变时，可达到较高的灵敏度和精度,其最小应变读数为1微应变，一般精度为1%～2%,应变测量范围从1微应变到2万微应变,特殊的大应变电阻应变计可测到结果为20％的应变值。
电阻应变测量原理
电阻应变测量原理
电阻应变测量原理是通过利用电阻在载荷作用下产生的变化来测量物体的应变。
其原理基于电阻材料在受到应力引起形变后，电阻值会发生相应的变化。
具体而言，电阻应变测量原理可以分为配电式和全桥式测量两种。
配电式电阻应变测量原理基于电阻应变材料的电阻值与其长度成正比的关系。
当应变材料受到外力作用而产生应变时，其长度会发生变化。
由于电阻材料的电阻与其长度成正比，因此材料的电阻值也会发生改变。
通过测量电阻的变化，就可以推断出物体所受到的应变。
全桥式电阻应变测量原理则是通过构建一个电桥电路来测量电阻的变化。
这类电桥电路通常由四个电阻构成，其中一个电阻是电阻应变材料。
当应变材料受到外力作用产生应变时，其电阻值发生变化，破坏了电桥平衡条件。
通过调节其他电阻的阻值，使得电桥重新平衡，通过测量调节电阻的变化，就能得到物体所受到的应变。
总的来说，电阻应变测量原理是利用电阻材料在受到应力引起形变后，其电阻值会发生变化的特性来测量物体的应变。
无论是配电式还是全桥式，都是基于电阻的变化来推断出物体所受到的应变。
电阻应变测试技术在土木工程中的应用
电阻应变测试技术在土木工程中的应用
电阻应变测试技术是一种非常重要的土木工程测试技术，它可以用来测量材料的应变和应力，从而评估材料的强度和稳定性。
在土木工程中，电阻应变测试技术被广泛应用于各种结构的设计和评估中，包括桥梁、隧道、建筑物、水坝等。
电阻应变测试技术的原理是利用电阻应变计来测量材料的应变。
电阻应变计是一种敏感的电阻器，它可以测量材料的微小变形，从而计算出材料的应变。
在测试过程中，电阻应变计被粘贴在材料表面，当材料受到应力时，电阻应变计的电阻值会发生变化，从而可以计算出材料的应变。
电阻应变测试技术的优点是非常显著的。
首先，它可以测量材料的应变，从而评估材料的强度和稳定性。
其次，它可以在实验室和现场进行测试，非常方便。
最后，它可以测量各种材料的应变，包括金属、混凝土、木材等。
在土木工程中，电阻应变测试技术被广泛应用于各种结构的设计和评估中。
例如，在桥梁设计中，电阻应变测试技术可以用来测量桥梁的应变，从而评估桥梁的强度和稳定性。
在隧道设计中，电阻应变测试技术可以用来测量隧道的应变，从而评估隧道的强度和稳定性。
在建
筑物设计中，电阻应变测试技术可以用来测量建筑物的应变，从而评
估建筑物的强度和稳定性。
在水坝设计中，电阻应变测试技术可以用
来测量水坝的应变，从而评估水坝的强度和稳定性。
总之，电阻应变测试技术是一种非常重要的土木工程测试技术，它可
以用来测量材料的应变和应力，从而评估材料的强度和稳定性。
在土
木工程中，电阻应变测试技术被广泛应用于各种结构的设计和评估中，包括桥梁、隧道、建筑物、水坝等。
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。
电阻应变测试技术
电阻应变测试技术在土木工程中的应用现状我国现在进行世界上规模最大的基本建设。
这样优越的条件以为世人所关注，电阻应变测试技术也越来越多的应用到公路、桥梁等土木工程中。
一、应用现状尽管材料力学、结构力学和弹性理论在解决工程结构的应力分析方面已经相当地成熟，而且由于结构的矩阵分析方法和有限元的研究和应用，把解决工程问题的范围又向前大大地推进了一步使得很多过去用传统的分析方法不容易解决和不能解决的问题都可以比较满意的获得解答，但是应该承认还有不少实际问题暂时还处于不能求解的状况。
不论是用传统的方法或者是用现代的数值方法，对于那些复杂的工程结构所求得的解都需要通过实验的检验才能做出最后的结论。
此外，由于结构的工作条件（如外载、环境等）以及结构本身的性状一般都带有随机性，因而需要通过实验的手段获得大量的、长期的统计资料，方能作为分析的依据。
早期的电测方法主要用于测量常温下物体的表面应变，但近些年来在高温和低温、动态应变和各种动力学参数、各种性质的介质环境、极大的加速度、高压力、强辐射以及遥感测试技术等方面都得到了很好的应用。
在实验应力分析科学的领域内还有不少其它的新技术。
不同的方法可能在不同的条件下显示出其优越性，但是在土木工程中用途最广泛和适应能力最强的还是电测法。
应变测试是桥梁、建筑工程等结构试验的一项重要内容。
当前，尽管已有各种预埋式混泥土应变传感器应用于混凝土内部的应变测试，以提高测试的可靠性，但由于现场测试条件的限制，目前的结构试验如大型建筑、桥梁等结构在荷载作用下的现场应变测定以及室内的模型试验仍大量采用表面应变测试。
一般常用的表面应变测试手段可分为机测和电测两类，机测主要用于千分表、手持式应变仪等，电测则大量采用电阻应变片等，由于机测灵敏度低，一般作辅助手段，应变片的灵敏度则高出千分表数倍，常用做主要手段。
电测法所使用的仪器和设备主要有三部分，即电阻片、电阻应变仪和指示记录仪器。
电测法就是用牢固的粘贴在分析对象上的电阻片将被测量的应变转换成电学量，经过电阻应变仪的放大后再将电信号书给指示记录仪器，完成对应变的指示或记录。
电阻应变测量及方法
Kx、K y
分别为应变片轴向和横向灵敏系数。 (R R) y (R R) x Kx Ky
x
y
横向灵敏系数与轴向灵敏系数的比值称为横向效应系数H。
Kx H 100% Ky
（四）热输出（ t）
将应变片安装在自由膨胀的构件上，无外力作用，当 环境温度变化时，则输出一定的指示应变，称为热输 出，用 t 表示。 产生原因： （1）由于温度变化，敏感栅材料的电阻率发生变 化（温度效应）； （2）敏感栅材料与被测构件材料之间的线膨胀系 数不同。
五、电阻应变片的分类 电阻应变片按敏感栅材料不同可分为金属电阻应变片 和半导体应变片。本课仅介绍金属电阻应变片。
（一）丝绕式应变片
敏感栅是用直径为0.01~0.05毫 米的铜镍合金或镍铬绕制而成。 缺点：其横向效应大，测量精度较差，应变片性能分 散。 优点：基底、盖层均为纸做成，价格便宜，易安装。
敏感栅型式 用于测量单向应变。 单轴应变片—敏感栅只有一根轴线。 应变花： 双轴—二轴 90 三轴—三轴 45
用于测量平面应力状态。
六、电阻应变片的常规使用技术 （一）电阻应变片的选择 1、测试环境：温度、湿度、磁场 2、应变性质 静态应变—选择H小的应变片 动态应变—选择疲劳寿命好的应变片。 3、应变梯度 应变场均匀—对应变片栅长没要求，可 选栅长大的应变片，容易贴。 应变梯度变化大—选栅长小的应变片。 4、测试精度
式中： 为导线材料泊松比。
dR d (1 2 ) R
二、电阻应变片的构造 电阻应变片由敏感栅、引线、基底、盖层、粘结剂组 成。其构造如图所示：
敏感栅：用合金丝或合金箔制成的栅。 作用：将 R R 栅长L：指两端圆弧内侧或两端横栅内侧之间的 距离，一般为0.2~100mm。
电阻应变测量原理及方法
目录电阻应变测量原理及方法 (2)1. 概述 (2)2. 电阻应变片的工作原理、构造和分类 (2)2.1电阻应变片的工作原理 (2)2.2电阻应变片的构造 (4)2.3电阻应变片的分类 (4)3. 电阻应变片的工作特性及标定 (6)3.1电阻应变片的工作特性 (6)3.2电阻应变片工作特性的标定 (10)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），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。
这是一种将机械应变量转换成电量的方法，其转换过程如图1所示。
测量电路的输出信号经放大、模数转换后可直接传输给计算机进行数据处理。
电阻应变测量方法又称应变电测法，之所以得到广泛应用，是因为它具有下列优点1．测量灵敏度和精度高。
其分辨率达1微应变（με），1微应变=10-6应变（ε）。
2．测量范围广。
可从1微应变测量到2万微应变。
3．电阻应变片尺寸小，最小的应变片栅长为0.2毫米；重量轻、安装方便，对构件无附加力，不会影响构件的应力状态，并可用于应力梯度变化较大的应变的测量。
4．频率响应好。
可从静态应变测量到数十万赫的动态应变。
5．由于在测量过程中输出的是电信号，易于实现数字化、自动化及无线电遥测。
6．可在高温、低温、高速旋转及强磁场等环境下进行测量。
7．可制成各种高精度传感器，测量力、位移、加速度等物理量。
该方法的缺点是：1．只能测量构件表面的应变，而不能测构件内部的应变。
2．一个应变片只能测定构件表面一个点沿某一个方向的应变，不能进行全域性的测量。
电阻应变测量技术
电阻应变测量技术王志杰,余丽武,施政苏(南京工程学院建筑工程学院,江苏南京211167)摘要:电阻应变测量技术在土木工程行业中有着广泛的运用,但是其中的现代物理学技术原理是许多从业人员所不了解的。
文章对电阻应变测量技术中的现代物理学技术做一些基本的概念性介绍。
关键词:电阻应变片;电阻应变仪;现代物理学技术;材料力学Abstract:The resistance strain measurement technology has many applications in the civil engineering industry, but the modern physical technology principle used in it is not known by many professionals.This paper aims at the resistance strain measurement technology.There are some basic conceptual introductions of the modern physics technology in this paper.Key words:resistance strain gage;resistance strain gauge;modern physics technology;material mechanics0引言电阻应变测量技术在土木工程行业中有着广泛的运用。
在应变测量技术中,通过测出应变,利用广义胡克定律求出应力,测量精度高,灵敏度好,方法简便,在建筑结构检测中有着广泛的应用和发展。
1电阻应变片1.1电阻应变片的种类(1)短接式应变片在预定的距离上,用导线在电阻丝之间相间地造成短路。
其优点是易于保证几何形状比,无横向效应系数。
(2)丝绕式应变片电阻片由电阻丝盘绕制成。
成本低,利于在建筑结构检测中推广使用。
电阻应变测量
其中 为金属丝的灵敏系数。与金属丝的成 分，加工工艺，热处理等有很大关系，需由实 验测定。
电阻应变测量
3 应变计的各项工作特性
工作特性的好坏直接影响应变测量的精度。 电阻应变计国家标准GB/T13992-92 对各项工
作特性指标规定A,B,C,D四等。
电阻应变测量
3 应变计的各项工作特性
1 应变计的灵敏系数 2 横向效应系数 3 热输出 4 应变计电阻 5 应变计零点漂移 6 机械滞后
二. 测量电路
当输出 电压 UBD=0，R1 R3= R2 R4 电桥平衡 初始状态 工作时,各桥臂电阻变化,增量为∆R1 ∆R2 ∆R3 ∆R4时
UBD= UAC (R 1 R 1)R (3 R 3) (R 2 R 2)R (4 R 4) (R 1 R 1R 2 R 2)R (3 R 3R 4 R 4)
应变. 多轴应变计(应变花):二个以上敏感栅,测量平
面应变. 复式应变计:各种传感器用栅行。
电阻应变测量
4 电阻应变计的类型
根据安装方式分为：
粘贴式： 常规的粘接计 焊接式： 金属基底高温下 喷涂式： 临时基底 埋入式： 混凝土，塑料中测量内部应变
电阻应变测量
4 电阻应变计的类型
根据工作温度分为：
四臂都是应变计,灵敏系数相等,代入 R K4)
输出电压与应变成线性关系。
相邻桥臂符号相反，相对桥臂符号相同。
电阻应变测量
二. 测量电路
电桥平衡:
1. 电阻平衡
B
R5为电位器,可在小范围内调节
电阻值。
R1
R2
因此, R1 R2 R3 R4 的阻值不能
相差太大.
代入R1 R3= R2 R4 ,略去高阶微量整理后得 UBD= UAC (R 1 R 1 R R 2 2)2( R R 1 1 R R 2 2 R R 3 3 R R 4 4)
土木工程试验报告电子版
实验一电阻应变片的选择、粘贴技术一、实验目的1.掌握电阻应变片的粘贴工艺过程及方法2.掌握选择应变片的原则及粘贴质量的检查二、实验步骤1.目测电阻应变片有无折痕.断丝等缺陷，有缺陷的应变片不能粘贴。
必须更换。
2.用数字万用表或电桥精确测量应变片电阻值的大小。
注意：不要用手或不干净的物品直接接触应变片基底。
测量时应放在干净的书面上，不能使其受力，应保持平直。
记录下各个应变片的阻值，要求应变片阻值精确到小数点后一位数字。
对于标称电阻为120欧姆的应变片，测量时数字万用表必须打到200欧姆档位上。
所测电阻值为原始电阻。
要求同一电桥中各应变片之间阻值相差均不得大于0.5欧姆，否则,需要更换。
3．试件表面处理：实验所用试件为等强度梁，为了粘贴牢固，必须对试件表面进行处理。
（1）在等强度梁选择好贴片位置，用细纱纸打磨干净，要求打磨成45度交叉线，如等强度梁上以前贴好的应变片，先用小刀铲掉。
应变片为一次性消耗材料，粘贴后再起下来不能再用。
（2）用酒精棉球反复擦洗贴处，直到棉球无黑迹为止。
（3）在贴片处划出十字线，作为贴片坐标，再用棉球擦一下。
4．应变片粘贴在502粘贴剂瓶口打一小细孔（用大头针），以便只流出少量胶液，一手捏住应变片的引出线，一手拿502，瓶口向下，在应变片基底上挤一小滴胶水，并用瓶口轻轻涂抹均匀，将多余的胶水甩去，立即放在应变贴片位置。
然后轻轻撕去塑料薄膜。
5.粘贴质量的检查（1）目测或用放大镜检查应变片是否粘牢,有无气泡、翘起等现象。
（2）用万用表检查电阻值。
正常情况下，阻值与未贴片前的相差无几。
6.焊线用电烙铁将应变片的引线焊接到等强度反梁上的引线焊点处。
注意焊锡不要太多。
7.用兆欧表检查应变片与试件之间的绝缘组织，应大于500M欧。
8.应变片保护用704硅橡胶覆于应变片上，防止受潮。
三、实验所用材料及工具箱式电阻应变片等强度梁502粘接剂万用表剪刀镊子电烙铁焊丝等四、注意事项(1)手指不能直接接触502胶,否则粘手,注意不要擦到眼睛或衣服上.(2)不要用两手握兆欧表引线端的金属部分，防止触电；不要长时间短路，防止烧毁兆欧表。
土木工程测试技术-应变片测量技术doc
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DR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。
电阻应变测试技术在土木工程中的应用
电阻应变测试技术在土木工程中的应用引言：电阻应变测试技术是一种常用的实验方法，在土木工程中有着广泛的应用。
它通过测量物体在受力作用下的应变情况，可以评估材料的力学性能和结构的稳定性。
本文将探讨电阻应变测试技术在土木工程中的应用，并阐述其在不同方面的具体应用。
一、桥梁工程中的应用电阻应变测试技术在桥梁工程中起到了重要的作用。
在桥梁建设过程中，为了保证桥梁的结构安全和稳定性，必须对桥梁进行力学性能测试。
通过在桥梁结构上粘贴电阻应变片，可以实时监测桥梁的应变情况。
通过分析应变数据，可以评估桥梁的受力状态，及时发现结构的异常情况，以便采取相应的修复和加固措施。
二、地基工程中的应用在地基工程中，地基的稳定性是保证建筑物安全的重要因素。
通过使用电阻应变测试技术，可以监测地基的应变情况，评估地基的承载能力和变形情况。
在地基施工过程中，可以将电阻应变片嵌入地基中，实时监测地基的应变变化。
通过分析应变数据，可以判断地基的稳定性，并及时采取相应的加固措施，以保证建筑物的安全。
三、混凝土结构中的应用电阻应变测试技术在混凝土结构中的应用也非常广泛。
混凝土是土木工程中常用的建筑材料，其力学性能和耐久性对结构的安全和使用寿命有着重要影响。
通过在混凝土结构上安装电阻应变片，可以实时监测混凝土的应变情况。
通过分析应变数据，可以评估混凝土的受力状态和变形情况，及时发现结构的异常情况，以便采取相应的修复和加固措施。
四、隧道工程中的应用在隧道工程中，隧道的稳定性和安全性是至关重要的。
通过使用电阻应变测试技术，可以监测隧道的应变情况，评估隧道的受力状态和变形情况。
在隧道施工过程中，可以将电阻应变片安装在隧道结构上，实时监测隧道的应变变化。
通过分析应变数据，可以判断隧道的稳定性，并及时采取相应的修复和加固措施，以保证隧道的安全。
五、其他应用领域除了以上提到的应用领域，电阻应变测试技术在土木工程中还有许多其他的应用。
例如在大坝工程中，可以使用电阻应变片来监测大坝的应变情况，评估大坝的结构稳定性。
混凝土强度检测的电阻应变片方法
混凝土强度检测的电阻应变片方法一、前言混凝土是建筑工程中常见的建筑材料，其强度的检测是十分重要的。
传统的混凝土强度检测方法包括压实试验、抗拉试验、弯曲试验等，这些方法需要制备试件，且试验周期较长，不能满足施工中实时监测的需求。
而电阻应变片法则不需要制备试件，能够实时监测混凝土的强度变化，因此被广泛应用于混凝土强度检测。
二、电阻应变片法原理电阻应变片法是利用电阻应变片的特性来测量物体的应变量，从而推算出物体的应力量。
电阻应变片是一种能够将机械应变转化为电学信号的传感器，其基本原理是应变片电阻值的变化与应变量成正比。
在混凝土强度检测中，电阻应变片被固定在混凝土表面，当混凝土受力变形时，应变片产生应变变化，电阻值也发生变化。
通过测量电阻值的变化，可以推算出混凝土的应力变化，从而得到混凝土的强度。
三、电阻应变片法检测步骤1. 预处理在进行电阻应变片法检测之前，需要对混凝土表面进行预处理，以保证电阻应变片的粘附性。
预处理包括以下步骤：（1）清洗混凝土表面，去除表面松散物质和灰尘；（2）在混凝土表面涂上一层粘合剂，以提高电阻应变片的粘附性；（3）将电阻应变片粘贴在粘合剂上，注意不要让电阻应变片与混凝土表面接触。
2. 施加载荷在电阻应变片粘贴固定之后，需要施加一定的载荷。
载荷的大小应根据实际情况确定，一般应按照设计载荷的一定比例进行。
施加载荷后，需要等待一定时间，直至混凝土表面的应变稳定。
3. 读取电阻值在混凝土表面的应变稳定后，可以读取电阻值。
读取电阻值时，需要使用电桥测量仪器，将电阻应变片与仪器连接，然后读取电阻值。
由于电阻值的变化很小，因此需要使用高灵敏度的电桥测量仪器。
4. 计算应变和应力读取电阻值后，可以根据电阻应变片的特性计算出混凝土的应变量。
计算应变量时，需要考虑电阻应变片的几何形状和位置，以及施加载荷的大小。
应变计算公式如下：ε = ΔR / R0 * K其中，ε为混凝土的应变量，ΔR为电阻值的变化量，R0为电阻应变片的初始电阻值，K为电阻应变片的灵敏度。
土木工程测试课件3 电阻应变测量技术
⑵ε:
– –
P 梁长 L=150mm
σ=E ε=Mh/2I f=-ML2/3EI
(1) (2)
–(1)
/(2):ε=-3hf/2L2 =0.0005
△R/R/ ε=2
5
⑶K:
–K=
§3-1 电阻应变片
2 构造
（1）电阻丝：敏感材料，关键性 部分。 要求：电阻率大，应变电阻系 数大，温度电阻系数小，压延 性好。 材料：铜镍、镍铬、铁铬铝等 高阻合金。 （2）基底与覆盖层： 作用：定位，传力，保护 要求：绝缘，强度大，易粘贴， 蠕变小，滞后小，防潮，热稳 定，温度应变小。 材料：纸基、胶基、纸浸胶基 （3） 引线与接线端子：Φ0.150.18的镀锡（铱、银）软铜线。 6
20
§3-1 电阻应变片
4 应变片的参数和工作特性 （10）应变片的许用电流 控制应变片的工作温度，以防烧毁，其具体数值由厂家提供。 一般丝式应变片许用电流为20~25mA，测动态时可达75~100mA 箔式应变片散热性能好，可达200mA以上。
21
§3-1 电阻应变片
5 应变片的选用与应变片粘结工艺 (1) 应变片选用： –工作环境 温度保证、地下工程中防潮特性好 –被测物的材料性质 弹模高，基长小；粗晶粒岩石混凝土选用基长长 –按被测试件受力状态和应变性质：应变花 变化大选用基长小，变化小选用基长大 –按测量精度： 标距、电阻值、灵敏度
10
§3-1 电阻应变片
4 应变片的参数和工作特性
（1）灵敏系数 灵敏系数：单向受力状态下，敏感栅纵向中心线与应力方向平 行时，应变片电阻值的相对变化与沿其纵向的应变之比值
R k
电阻应变测量技术及弯曲应力实验
显示力
t KN N kg 标定 清零 N/kg KN/t
02
显示应变
K 自动测 单点 自动平
电源
School of Engineering and Technology,China University of Geosciences
ห้องสมุดไป่ตู้
梁的纯弯曲正应力实验
实验方法： 实验方法：
测量各应变片应变值 由虎克定律求各测点的应力值： σ 由虎克定律求各测点的应力值： i
∆R ∆l =K⋅ = Kε R l
ε ：应变
K ：电阻应变片的灵敏系数 ， K值取决于敏感栅的材质 值取决于敏感栅的材质 和几何尺寸等因素，由制造厂家用实验的方法抽样标定， 和几何尺寸等因素，由制造厂家用实验的方法抽样标定，一般 1.8＜K＜3.0，K是应变片的重要特性参数。 ＜ ＜ ， 是应变片的重要特性参数 是应变片的重要特性参数。 选择应变片时还应考虑应变片的阻值、敏感栅尺寸， 选择应变片时还应考虑应变片的阻值、敏感栅尺寸，应变 片横向效应系数等参数。常温应变片有丝绕式应变片、 片横向效应系数等参数。常温应变片有丝绕式应变片、箔式应 变片、半导体应变片等。 变片、半导体应变片等。
梁的纯弯曲正应力实验
实验步骤
1. 确定梁的尺寸 确定梁的尺寸b=20mm, h=40mm, l=670mm, a=160mm；计算 ；检查梁支 ；计算I； 点，加载点位置是否正确。 加载点位置是否正确。 2. 接线：将六个应变片和温度补偿片接入应变仪各测点。其中工作片接AB， 接线：将六个应变片和温度补偿片接入应变仪各测点。其中工作片接 ， 补偿片接BC(公共补偿 。 公共补偿)。 补偿片接 公共补偿 3. 打开XL－2118B应力 应变综合参数测试仪，按“N/kg”转换键使力显示单 应力/应变综合参数测试仪 打开 － 应力 应变综合参数测试仪， 转换键使力显示单 位为N，检查螺旋加载装置，确认无力作用后按“清零” 位为 ，检查螺旋加载装置，确认无力作用后按“清零”键。 4. 预调平衡：按单点平衡键，对各测点进行桥路平衡。 预调平衡：按单点平衡键，对各测点进行桥路平衡。 5. 加载测量（逆时针旋转为加载，每次加载500N，最大载荷2KN）：记录 加载测量（逆时针旋转为加载，每次加载 ，最大载荷 ）：记录 ）： 各测点应变片的读数ε 各测点应变片的读数 i 。 6. 卸载，数据经教师审阅后方可离开。 卸载，数据经教师审阅后方可离开。
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10课件
10
§3-1 电阻应变片
4 应变片的参数和工作特性
（1）灵敏系数 灵敏系数：单向受力状态下，敏感栅纵向中心线与应力方向平 行时，应变片电阻值的相对变化与沿其纵向的应变之比值
R
k
R
X
电阻丝端头横向变形，电阻应变片的实际灵敏度K≤K0。实际工作中 一般采用标定的方法确定应变片的灵敏度。
11课件
' X
R R
K
KX K
X HY X 1 H
X HY 1 H
(4)
相对误差为
H
' X
X
X
X
1
H H
Y
X
X
H
1 H
Y X
(5)
13课件
13
§3-1 电阻应变片
4 应变片的参数和工作特性
b
（3）应变片的规格——几何参数
应变片的敏感栅工作面积：应变片敏 感栅长宽之积，S=L*b。
L-栅长标距 b-栅宽
理论推导分析
大应变时dρ/ρ/ε，通常不是常数； 但对于康铜等少数几种电阻丝而言， dρ/ρ/ε基本为定值,因此它们可 用于大应变（≥8000~10000με）的量测，可以满足一般工程中应变测试 的要求。 半导体的dρ/ρ/ε通常>100
实际情形
电阻丝端头横向变形 基底传递变形的影响 电阻应变片的实际灵敏度K≤KS。实际工作中一般采用标定的方法确 定应变片的灵敏度。
15课件
15
§3-1 电阻应变片
4 应变片的参数和工作特性 （5）机械滞后 机械滞后：恒温时，在加、卸载过程中对同一机械应变分别测得的 指示应变间的最大差值。
产生原因:金属丝、粘贴计、基底等的残余变形，在测试时尚未完 全释放。
消除方法：采用优质片，正确选择粘合剂及粘贴工艺。如用于制造 传感器，标定前应作循环加载以消除滞后影响。
向应变方向的同批应变片的指示的应变之比值（用百分数表
示）。
H
'y 'x
12课件
12
§3-1 电阻应变片
4 应变片的参数和工作特性
（2）横向效应的影响 不考虑H
R R
KXX
(1)
考虑H：
R R
KX
( X
HY )
(2)
实测的灵敏度K
K
R R
X
KX
X H X
X
KX
1
H
(3)
设此时测点的真实应变为εx 、εy，实测应变为ε’x 、，由式2、3得。
1课件
1
§3-0 概述
基本原理
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。 待测非电量ε电阻变化△R应变值 ε
①感受应变：ε △R ②测量△R：应变仪
将应变片的△ R → △ U或△ I ，惠斯顿电桥 放大器 输出应变值
L
注意：尽量选用L大、 b小的应变片。
14课件
正视图
电阻丝
引线 接线端子
14
§3-1 电阻应变片
4 应变片的参数和工作特性 （4）应变片电阻值 应变片电阻值：指应变片在未安装、不受外力、室温条件下的电阻 值。 单片阻值：单个应变片的标定电阻值。 标准名义阻值 ：人为规定的生产标准，为一定值，如120Ω、 240Ω。一般应变仪是按120Ω应变片要求设计的。 平均名义阻值：一批应变片抽样标定，电阻值取平均、求公差。如 120 ±0.5%或120±0.6Ω。
电阻 丝
覆盖 层
基底
引线
接线端子
侧视图
6
§3-1 电阻应变片
3 分类
(1)金属类 ①金属丝式应变片。 丝绕式、短接式 Φ0.01-0.03mm ，响应时间为10-7s， 散热效果差，许用电流低。 圆角线栅，横向效应大； 直角线栅，制作复杂。
7课件
7
§3-1 电阻应变片
3 分类
(1)金属类 ②箔式应变片 3- 10μm厚的康铜或其它合金膜，光刻印刷。 照相腐蚀成形法，集成电路制造技术。目前主要使用的一种传感器。 横向效应小，散热好于丝式。 ③薄膜式应变片：800℃ 厚度≤0.1μm的金属薄膜，真空电镀制造，用于高温等特殊条件
2课件
2
§3-1 电阻应变片
1 工作原理
电阻应变效应 以丝式应变片为例
dA 2 dr Ar
R L
A
dR R
dL L
dA A
d
dr dL
r
L
dR R
(1 2 )
d
d m dV
V
dV (1 2)
V
dR / R [1 2 m(1 2 )] K0
3课件
3
§3-1 电阻应变片
（1）电阻丝：敏感材料，关键性 部分。
要求：电阻率大，应变电阻系 数大，温度电阻系数小，压延 性好。
材料：铜镍、镍铬、铁铬铝等 高阻合金。
（2）基底与覆盖层：
作用：定位，传力，保护
要求：绝缘，强度大，易粘贴， 蠕变小，滞后小，防潮，热稳 定，温度应变小。
材料：纸基、胶基、纸浸胶基
正视图
（3） 引线与接线端子：Φ0.150.18的镀锡（铱、银）软铜线。 6课件
R R
K
L L
K x
K R / R
x
4课件
4
§3-1 电阻应变片
例题：等强度梁静态应变测试
采用等强度钢梁，钢梁的μ=0.285，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作用力 P=0.1KN，测得挠度为1.5mm，实测量得电阻由120Ω变为120.12Ω，求 得应变片的实际灵敏度K。
⑴ △R/R: –△R/R=（120.12-120）/120=0.001
⑵ε:
梁高 h=5mm
P
– σ=E ε=Mh/2I
(1)
– f=-ML2/3EI
(2)
梁长 L=150mm
–(1) /(2):ε=-3hf/2L2 =0.0005
⑶K:
–K= △R/R/ ε=2
5课件
5
§3-1 电阻应变片
2 构造
11
§3-1 电阻应变片
4 应变片的参数和工作特性
（2）横向效应 由于横向应变使得应变片的总电阻变化量减小的现象，降低灵 敏度，称横向效应。横向效应用横向效应系数描述H。 横向应变
y x
H通过实际测定，一般较小，只有高精度测量才考虑修正。
在同一单向应变中，垂直与单向应变粘贴的应变片与平行与单
8课件
8
§3-1 电阻应变片
3 分类
（2）半导体式应变片（压阻效应） 半导体材料，根据压阻效应制成。 灵敏系数高，K>100，可直接用万用表测 出现于50年代中期 应变响应时间仅有10-11s 热稳性能差；大应变时，非线形较大，多用于测量500以下的小应变。
9课件
9
§3-1 电阻应变片
3 分类
（3）应变花 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