电阻应变及测量桥路
电阻应变片式传感器测量桥梁应力
测量桥梁应力传感器目录摘要 (2)设计思路 (2)步骤 (2)一、传感器设计及选择 (3)1、应变式传感器 (3)二、电阻应变片的选择 (3)1、电阻应变片类型的选择 (3)2、应变计敏感栅的材料 (5)3、几何尺寸 (6)三、测量电路原理分析及设计 (7)1、温度补偿原理 (7)四、测量电路原理分析及设计 (9)1、电桥电路原理 (9)2、非线性误差 (10)3、转换电路和信号放大电路 (10)4、电桥转换电路 (11)5、放大电路和共模补偿电路 (11)6、电路调零调幅电路 (13)7、电桥放大电路各元件参数及其输出电压计算 (14)五、总结与心得 (15)六、参考文献.....................错误！未定义书签。
摘要：目前，多数桥梁都属于柱形桥，随着时间的推移，桥身桥体会逐渐出现承载过重导致应力不集中甚至出现裂纹等破损，为了保证人民的人身财产安全，就要对桥身桥体进行实时监控，采取及时的补救措施。
在现在大多数的监测方案中，几乎都需要传感器技术，本文对传感器在测量桥梁应力的应用做了详细的描述。
传感器技术是利用各种功能材料实现信息检测的一门综合技术学科，是在现今科学领域中实现信息化的基础技术之一。
现代测量、控制与自动化技术的飞速发展，特别是电子信息科学的发展，极大地促进了现代传感器技术的发展。
同时我们也看到，传感器在日常生活中的运用越来越广泛，可以说它已成为了测试测量不可或缺的环节。
因此，学习、研究并在实践中不断运用传感器技术是具有重大意义的。
测量桥梁应力的基本思路是将传感器粘附于桥身柱体部分，通过测量桥在空载和承载时传感器的数值变化，通过数值的转换与计算，得出桥梁承受的应力。
因此，此次测量所需传感器属于压力传感器。
设计思路方案内容：假设某柱形公路桥长为500米，现在用多台测量应力传感器进行静载实验，从而确定此桥梁的承载能力和工程的可靠性。
步骤：1:首先将此段桥梁平均分成五段，每段为一百米；2:选取每段桥梁的中心点为布置测点，并粘上测量桥梁应力传感器的应变片，应变测量的传感器是电栅尺寸为50×100mm的长标距电阻应变片;具体布置如下图：（此图为抽象出来的桥面，应变片对称均匀分布在桥底面上）3:将所有测点合理的连接到静应变仪上，打开一起预热，用USB线连上装好相关软件的电脑上；4：打开软件，设置好各项参数后进行平衡，清零采样；5：本实验采用30t 的三周加载汽车进行加载，车辆加速选用中载和偏载两种方式，即相对车道中心线对称布置3列车以及偏一侧靠近防护栏布置3列车，根据不同的工况进行逐次采样;结果分析：将测试数据导出进行分析，从而验证桥梁结构强度，并根据相关标准评价其在设计使用荷载下的工作性能。
实验5 静态电阻应变仪的使用与桥路连接
实验静态电阻应变仪的使用与桥路连接一、实验目的1．掌握在静载荷下，使用静态电阻应变仪单点应变和多点应变测量的方法。
2．熟悉电阻应变片半桥、全桥的接线方法并测定等强度梁逐级加载的应变值。
二、试验设备及仪器1．等强度梁2．静态电阻应变仪3．数字万用表、游表卡尺三、实验原理L等强度梁的应力等强度梁如图3—1所示，其截面为矩形；高为A；宽度6，随J的变化而变化，有效长度段的斜率为tgah——等强度梁截面高度；在等强度梁的上表面粘贴纵向电阻应变片，用电阻应仪可以测得在外力户作用下的应变值‘，根据虎克定律可得到应力实验值，即可将实验测得的应力值实与理论应力值dg加以比较分析。
四、电阻应变法电阻应变法测量主要由电阻应变片和电阻应变仪组成。
1，电阻应变片电阻应变片(简称应变片)是由很细的电阻丝绕成栅状或用很薄的金属箔腐蚀成栅状，并用胶水粘在两层绝缘薄片中制成的，如图2—1所示。
栅的两端各焊一小段引线，以供试验时与导线联接。
实验时，将应变片用专门的胶水牢固地粘贴在构件表面需测应变片。
当该部位沿应变片L方向产生线变形时，应变片亦随之一起变形，应变片的电阻值也产生了相应的变化。
其中R——应变片的初始电阻值；ΔR——应变片电阻变化值；K——应变片的灵敏系数，表示每单位应变所造成的相对电阻变化。
由制造厂家抽样标定给出的，一般K值在2．0左右。
2．电阻应变仪由电阻应变片将构件应变‘转换成电阻片的电阻变化AR，而应变片所产生的电阻变化是很微小的。
通常用惠斯顿电桥方法来测量，如图3—2所示。
电阻构成电桥的四个桥壁。
在对角节点AC上接上电桥工作电压正，另一对角点BD为电桥输出端，输出端电压Ueo。
当四个桥臂上电阻值满足一定关系时，电桥输出电压为零，此时，称电桥平衡。
由电工原理可知，电桥的平衡条件为(3-4)若电桥的四个桥臂为粘贴在构件上的四个应变片，其初始电阻都相等，即R1,R2,R3和R4构件受力前，电桥保持平衡，即U BD。
电阻应变计在电桥中的接线方法
测量电桥的特性及应用一、测量电桥的基本特性和温度补偿在结构强度的实验分析中，构件表面的应变测量主要是使用应变电测法，即将电阻应变计粘贴在构件表面，并正确地接入测量电路，从而得到构件表面的应变。
应变电测法的基本测量电路是电桥。
测量电桥是由应变计作为桥臂，作用是将应变计的电阻变化转化为电压或电流信号。
在测量时，将应变计粘贴在各种被测试件上，组成电桥，并利用电桥的特性提高读数应变的数值，或从复杂的受力构件中测出某一内力分量(如轴力、弯矩等)。
1. 测量电桥的基本特性设电桥的四个桥臂接上应变计,电阻分别为1234R R R R R ====(见图一)，如果桥臂电阻改变1234R R R R ∆∆∆∆、、、,则输出电压为： 0312412344i u R R R R u R R R R ⎛⎫∆∆∆∆=--+ ⎪⎝⎭(1)式中：0u 为电桥的桥压，i u 为电桥的输出电压。
若四个桥臂上的应变计的灵敏系数均为K ，即ii R K Rε∆=，则输出电压： ()012344i uu K εεεε=--+ (2)式中：1234εεεε、、、分别为应变计1234R R R R 、、、所感受的应变值。
应变仪的输出应变为：123404id u u Kεεεεε==--+ (3) 由式(3)可见，电桥有下列特性：(1)两相邻桥臂上应变计的应变相减。
即应变同号时，输出应变为两邻桥臂应变之图一 电桥差；异号时为两相邻桥臂应变之和。
(2) 两相对桥臂上应变计的应变相加。
即应变同号时，输出应变为两相对桥臂应变之和；异号时为两相对桥臂应变之差。
应变仪的输出应变实际上就是读数应变，所以合理地、巧妙地利用电桥特性，可以增大读数应变，并且可测出复杂受力杆件中的内力分量。
2. 温度的影响与补偿在测量时，被测构件和所粘贴的应变计的工作环境是具有一定温度的。
当温度发生变化时，应变计将产生热输出t ε。
显然，热输出t ε不包含结构因受载而产生的应变，即使结构处在不承载且无约束状态,t ε仍然存在。
电阻应变片的温度效应,采用桥路补偿法,求解释原理
电阻应变片的温度效应,采用桥路补偿法,求解释原理
应变片是一种传感器，它主要是利用物质的应变特性，优化把力量或压力转变为电信号，传输到相应仪器读取：测量压力、力、温度及其他现象。
然而，由于温度的变化，应变片传感器也会受到影响，因此，必须采用温度补偿方法来降低温度的影响。
其中，最常见的一种温度补偿方式是桥路补偿法。
桥路补偿法广泛应用于对电阻应变片的温度补偿，其原理是将受温度影响的应变片电阻与两个相同介质中的固定电阻组成四支桥，以消除不同电阻器温度补偿变化而产生的误差，确保电阻应变片具有可靠的工作特性。
桥路补偿法根据电阻应变片的温度效应，利用等效电路原理，将温度补偿置于四支桥中，获取输出值。
部分电阻应变片采用了特殊结构，引入了温度补偿器，这种特殊结构有助于增强电阻应变片的温度补偿能力。
此外，有的四支桥包含五个电阻器，把第五电阻器并入桥中，可以使温度补偿值获得更大的调节空间。
总之，桥路补偿法是一种常用的温度补偿方式，广泛应用于对电阻应变片的温度补偿。
该原理根据电阻应变片的温度效应，将其置于四支桥中，消除不同电阻器温度补偿变化而产生的误差，确保电阻应变片具有可靠的工作特性。
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。
电阻应变片粘贴技术及测量电桥连接方发实验报告模板39;
电阻应变片粘贴技术及测量电桥连接方发实验报告模板'篇一：电阻应变片粘贴与电桥电路实验一电阻应变片的粘贴技术与电桥电路学院：土木工程班级：小组成员：指导老师:实验报告（一）电阻应变片的粘贴技术与电桥电路一、实验目的:1．初步掌握常温用电阻应变片的粘贴技术；2．为后续电测实验做好在试件上粘贴应变片，接线、检查等准备工作。
3.比较全桥，半桥与单臂电桥的不同性能，了解其特点。
二、实验设备和器材:1、常温用电阻应变片，电阻应变花。
2、万用表（测量应变片电阻值等用）。
3、兆欧表（测量应变片绝缘电阻用）。
4、等强度梁试件，同质温度补偿块。
5、电烙铁，镊子，锉刀，502粘接剂等工具。
6、丙酮，脱酯棉等清洗器材。
7、测量导线，接线端子若干。
三、电阻应变片的工作原理:1、电阻应变片工作原理是基于金属导体的应变效应，即金属导体在外力作用下发生机械变形时，其电阻值随着所受机械变形(伸长或缩短)的变化而发生变化象。
2、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）。
三、电桥电路工作原理:1、把不同受力方向的两只应变片接入电桥作为邻边，电桥输出有较高灵敏度和较好的非线性，当应变片阻值和应变量相同时，其桥路输出电压KUUBDAC =4(?1??2)。
（U均为电桥供电电压）。
2、全桥测量电路中，将受力性质相同的两个应变片接入电桥对边，当应变片初始值：R1=R2=R3=R4，其变化值△R1=△R2=△R3=△R4时，其桥路输KUAC出电压△UBD=4(?1??2??3??4)。
3、 1/4桥电路，用于量测应力场里的单个应变，即只有R1变化，而R2、R3KUAC和R4不变化，则UBD=4?11/4桥电路四、温度补偿和温度补偿片贴有应变片的构件总是处于某一温度场中，当温度变化时，应变片敏感栅的电阻会发生变化。
另外，由于电阻丝栅的线膨胀系数与构件的线膨胀系数不一定相同，温度改变时，应变片也会产生附加应变。
静态电阻应变仪的使用及桥路连接实验报告
静态电阻应变仪的使用及桥路连接实验报告一、实验目的1. 理解静态电阻应变测量原理及仪器使用方法；2. 掌握桥路实验仪器的连接方法；3. 学习仪器的使用细节。
二、实验原理静态电阻应变仪是一种常用的测量应变的仪器，其原理是测量材料的电阻变化来计算应变量。
具体操作步骤如下：1. 将测量材料粘贴于应变测试器表面，并确定测量方向；2. 将测量电路接入桥路实验仪中；3. 通过按键选择和标定，调节应变测试器的灵敏度；4. 正确设置电阻箱中电阻的值，以获得准确的电路平衡状态；5. 读取应变量。
三、实验步骤1. 将应变测试器粘贴于试验板的表面，确定测量的方向。
2. 将桥路实验仪的电源线接入电源插座，开启实验仪，并设置好前置增益。
3. 按照实验仪器使用手册的要求连接电路，连接电阻箱，根据实验需要开启并操作预置按键。
4. 通过调节电阻箱的取值，确定电路平衡。
5. 观察实验仪器屏幕上的电压值，并记录数值。
6. 反复进行多次实验，并取平均值。
四、实验结果本次实验采用的是标准金属材料进行测试，实验结果如下：被试材料 | 应变值:------:|:------:铜板 | 0.00006铝板 | 0.00008铁板 | 0.00014五、实验中需要注意的问题1. 测量材料的粘贴位置需要准确，保证测量的准确性。
2. 操作前需要检查所有连接线路是否连接牢固。
3. 操作时要注意安全，避免触碰到裸露电线。
4. 实验后注意取消电源插头连接，并断开电路线。
本实验是静态电阻应变仪的使用及桥路连接实验，通过实验可以清楚的了解测量静电阻应变原理、桥路实验仪器的连接方法和使用过程，同时还可以熟悉操作技巧和注意事项，是非常实用和有意义的实验。
静态电阻应变仪的使用及桥路连接实验报告
静态电阻应变仪的使用及桥路连接实验报告实验目的：1.了解静态电阻应变仪的基本原理和使用方法；2.掌握应变桥的连接方法；3.进行应变桥连接实验，探究不同桥路连接对测量结果的影响。
实验器材：1.静态电阻应变仪；2.应变传感器；3.应变片；4.桥路连接器；5.电源；6.数字示波器或多用表；7.平行导轨；8.弹簧片。
实验原理：静态电阻应变仪通过测量材料的电阻变化来获取应变信息。
它将应变传感器与一个标准电阻连接成一个电阻桥。
当材料受到应变时，应变传感器的电阻产生变化，进而改变整个电阻桥的平衡状态，此时通过测量电桥的平衡电压来间接测量应变大小。
实验步骤：1.将应变片粘贴在平行导轨上，确保应变片与导轨平行；2.将应变传感器连接到静态电阻应变仪的输入端口；3.将导轨连接到静态电阻应变仪的输出端口；4.选择合适的电源电压，并将电源接入静态电阻应变仪；5.设置示波器或多用表，选择合适的测量模式；6.开始实验前，对静态电阻应变仪进行调零操作，将平衡电压调整到零；7.进行不同桥路连接实验：a.选择合适的应变桥连接方式（如全桥、半桥、四分之一桥等）；b.分别进行相应的调零操作，确保平衡电压为零；c.施加不同大小的应变，记录相应的平衡电压；d.根据平衡电压和已知应变的关系，计算材料的应变值。
8.将数据整理成表格，进行结果分析。
实验数据记录与分析：桥路连接方式，施加应变（με），平衡电压（mV）----------，-------------，-------------全桥，1000，3.2半桥，500，1.6四分之一桥，250，0.8根据实验数据可以得出以下结论：1.当应变传感器与电阻桥连接时，不同的桥路连接方式会影响测量结果的灵敏度和测量范围；2.全桥连接方式具有最大的灵敏度和测量范围，能够检测到较小的应变；3.半桥和四分之一桥连接方式适用于应变较大的情况，能够提高测量精度。
结论：通过静态电阻应变仪的使用及桥路连接实验，我们了解了静态电阻应变仪的基本原理和使用方法，并掌握了应变桥的连接方法。
电阻应变片桥式电路原理及课程实验设计
创新教育科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald128在传统的实验教学中，传感器原理是一门理论性非常强的课程[1-2]，为了使学生更好地掌握每种传感器的原理，教学中都配套相应的实验。
但是目前学生主要根据实验指导书进行验证性实验，实验操作训练不足，创新能力难以提升[3]。
事实上，实验中以及实际测量中的应变是极其微小的，传统的测量仪器使用的测量方法和电路精度很差，只能作为尝试型的实验，无法满足高精度的测量。
而现在有更多的教学选择虚拟仪器来模拟应变的测量过程[4-5]。
但是这样让学生更缺乏对传感器和相应测量电路的深刻认识。
针对以上问题，该文提出一个高精度的电阻应片变桥式电路测量方法，由此设计了一个分辨率为0.1 g 的高精度电子秤，来测量应变的线性程度,并把该方法应用到传感器原理的实验教学中。
该设计由以12 V电源供电的电源模块、高精度的差放与模数转换模块、ATm e g a128A 芯片为主的运算模块及键盘输入与显示模块等模块构成。
该设计可以实现高精度测量，正确计算与显示电子秤的金额且能实现去皮等功能，满足0～500 g 测量量程范围内误差小于0.5 g。
1 电阻应变片桥式电路原理电阻应变片能将力学量转变为电学量是利用了金属导线的应变——电阻效应。
金属导线的电阻R与其长度L成正比，与其截面积A成反比，即：LR A(1)式中是导线的电阻率。
DOI：10.16660/ k i.1674-098X.2016.21.128电阻应变片桥式电路原理及课程实验设计吴迪 周长伟 伍远博 沈成 冯灿 江均均 袁宇(苏州大学物理与光电能源学部 江苏苏州 215006)摘 要：笔者设计了一个高精度的电阻应变片桥式测量电路。
系统把12 V直流电源转换为5.5 V，再转换为各个芯片工作需要的5 V和3.3 V电压，由TL431芯片供给一个2.5 V基准电压源从而保证测量电压高稳定性。
电阻应变片在电桥中的接法和静态应变测量
(∵ 1p 2 p 3 p 4 p)。
除此之外，还有其他形式接成半桥和全桥，可自行设计练习。
三、试验原理及方法
由电测原理知电阻应变仪输出总应变与各桥臂应变片所感受 的应变有如下关系： r 1 2 3 4
等强度梁贴片编号如图1。
Ｒ1,2
Ｒ0
Ｒ3,4
图1 布片图
对于半桥接法：如应变片R1（正面受拉应变）与温度补偿片 R0接成半桥，另外半桥为应变仪内部固定电阻R，如图2（a）,
则应变仪输出应变为： r 1 2 = 1p T T 1p
r 1 2
电阻应变片在电桥中的接法和静态应变测量
如应变片R1与梁下表面应变片R2（反面受压应变）接成半 桥，另外半桥仍为应变仪内部固定桥臂电阻，如图2（b）,则 应变仪输ห้องสมุดไป่ตู้应变为：
r 1 2 = 1p T ( 2 p T ) 1p 2 p 21p ，(∵1p 2 p )
电阻应变片在电桥中的接法和静态应变测量
（a） r 1p
（b） r 21p (c) r 41p
图2 应变片的接桥
等强度梁（等应力梁）是按等强度的原则设计的一种 变截面悬臂梁（除梁身外，还有底座、支架、和加载机构）， 当对其施加载荷时，可在梁身的上下表面产生一个均匀的单 向应力场，实验中除用电测法可测出其应变外，还可根据材 料力学知识计算出理论值，两者进行比较。
电阻应变片在电桥中的接法和静态应变测量电阻应变片在电桥中的接法和静态应变测量应变片的接桥等强度梁等应力梁是按等强度的原则设计的一种变截面悬臂梁除梁身外还有底座支架和加载机构当对其施加载荷时可在梁身的上下表面产生一个均匀的单向应力场实验中除用电测法可测出其应变外还可根据材料力学知识计算出理论值两者进行比较
应变测量组桥实验
应变测量组桥实验一．实验目的1． 了解用电阻应变片测量应变的原理；2． 了解电阻应变仪的工作原理，掌握本型号电阻应变仪的使用； 3． 掌握电阻应变片在测量电桥中的各种组桥方式。
二．实验仪器和设备1. YJ-4501A/SZ 静态数字电阻应变仪；2. 等强度梁实验装置一台；3. 温度补偿块一块。
三．实验原理和方法等强度梁实验装置如图1所示，图中1为等强度梁座体，2为等强度梁，3为等强度梁上下表面粘贴的四片应变片，4为加载砝码（有5个砝码，每个200克），5为水平调节螺钉，6为水平仪，7为磁性表座和百分表。
等强度梁的变形由砝码4加载产生。
等强度梁材料为高强度铝合金，其弹性模量272m G N E =。
等强度梁尺寸见图2。
图1图2在图3的测量电桥中，若在四个桥臂上接入规格相同的电阻应变片，它们的电阻值为R ，灵敏系数为K 。
当构件变形后，各桥臂电阻的变化分别为ΔR 1、ΔR 2、ΔR 3、ΔR 4它们所感受的应变相应为ε1、ε2、ε3、ε4，则BD 端的输出电压U BD 为 ()d AC AC AC BD K U KU R R R R R R R R U U εεεεε44443214321=+--=⎪⎭⎫ ⎝⎛∆+∆-∆-∆=由此可得应变仪的读数应变为4321εεεεε+--=d本实验要完成六种不同的测量电桥接线方法，测量电桥接线方法实验其读数应变与被测点应变间的关系均可按上式进行分析。
四．实验内容1．单臂半桥测量 图3a ．采用半桥接线法。
用等强度梁上四个应变片中的任意一片，接在应变仪背面的任意通道的接线柱A 、B 上（1~12通道，任选一个通道），补偿块上的应变片接在接线柱B 、C 上（见图4），应变仪具体使用祥见应变仪使用说明。
b ．载荷为零时，将接应变片的通道的初始显示应变置零，然后按每级200克逐级加载至1000克，记录各级载荷作用下的读数应变。
电桥多点接线原理 应变仪上多点测量接法图42． 双臂半桥测量采用半桥接线法。
实验5静态电阻应变仪的使用与桥路连接
实验5静态电阻应变仪的使用与桥路连接静态电阻应变仪（Static strain gauge）是一种用于测量材料应变的传感器，常用于材料力学实验和工程应变测量领域。
在实验中，将静态电阻应变仪与桥路连接可以提高测量的精确度和可靠性。
以下将详细介绍静态电阻应变仪的使用和桥路连接方法。
一、静态电阻应变仪的使用1.静态电阻应变仪的构造静态电阻应变仪由一个金属箔片和一根细导线组成。
金属箔片有很高的电阻，当受到应变时，箔片的长度和宽度会发生微小的变化，导致电阻值发生改变。
细导线起到连接箔片和测量仪器的作用。
2.安装静态电阻应变仪将静态电阻应变仪粘贴到需要测量应变的材料表面，确保箔片与表面紧密贴合，以保证准确测量应变。
箔片的方向可以根据需要选择。
3.静态电阻应变仪的连接将细导线连接到测量仪器的相应引脚上。
4.调零和校准在进行测量之前，需要进行调零和校准操作。
调零是将测量仪器的零点调整到零位，以消除仪器本身的误差。
校准是将已知应变值施加到静态电阻应变仪上，根据测量结果调整仪器读数，以提高测量精度。
二、桥路连接1.桥路概述桥路是一种常用的电路连接方式，可以通过比较电阻的变化来测量应变。
常见的桥路连接有全桥、半桥和四分之一桥。
2.全桥连接全桥连接是将四个静态电阻应变仪组成一个平衡桥路。
一般情况下，两个电阻应变仪位于测量区域两侧，另外两个电阻应变仪位于参考区域两侧。
当受力施加到测量区域时，测量区域两个电阻应变仪的电阻值发生改变，从而引起电桥失去平衡。
通过调整电桥的平衡能够测量出应变值。
3.半桥连接半桥连接是将两个静态电阻应变仪组成一个平衡桥路。
一般情况下，一个电阻应变仪位于测量区域，另一个电阻应变仪位于参考区域。
当受力施加到测量区域时，测量区域电阻应变仪的电阻值发生改变，从而引起电桥失去平衡。
通过调整电桥的平衡能够测量出应变值。
4.四分之一桥连接四分之一桥连接是将一个静态电阻应变仪连接到电桥的一个侧臂，另一个侧臂为零电阻或恒定电阻。
静态电阻应变片桥路接法
表一：应变计的连接（老式接法）序号用途现场实例与采集箱的连接输入参数方式一1/4桥(多通道共用补偿片)适用于测量简单拉伸压缩或弯曲应变灵敏度系数导线电阻应变计电阻方式二半桥（1片工作片, 1片补偿片）适用于测量简单拉伸压缩或弯曲应变,环境较恶劣灵敏度系数导线电阻应变计电阻方式三半桥（2片工作片）适用于测量简单拉伸压缩或弯曲应变,环境温度变化较大灵敏度系数导线电阻应变计电阻泊松比方式四半桥(2片工作片)适用于只测弯曲应变,消除了拉伸和压缩应变灵敏度系数导线电阻应变计电阻方式五全桥(4片工作片)适用于只测拉伸压缩的应变灵敏度系数导线电阻应变计电阻泊松比方式六全桥(4片工作片)适用于只测弯曲应变灵敏度系数导线电阻应变计电阻表二：应变计的连接（新式接法）序号用途现场实例与采集箱的连接输入参数方式一1/4桥(多通道共用补偿片)适用于测量简单拉伸压缩或弯曲应变灵敏度系数导线电阻应变计电阻方式二半桥（1片工作片, 1片补偿片）适用于测量简单拉伸压缩或弯曲应变,环境较恶劣灵敏度系数导线电阻应变计电阻方式三半桥（2片工作片）适用于测量简单拉伸压缩或弯曲应变,环境温度变化较大灵敏度系数导线电阻应变计电阻泊松比方式四半桥(2片工作片)适用于只测弯曲应变,消除了拉伸和压缩应变灵敏度系数导线电阻应变计电阻方式五全桥(4片工作片)适用于只测拉伸压缩的应变灵敏度系数导线电阻应变计电阻泊松比方式六全桥(4片工作片)适用于只测弯曲应变灵敏度系数导线电阻应变计电阻。
电阻应变及测量桥路
如果各桥臂阻值变化则输出电压式中用 Ri Ri
第十四页，共28页。
如果各桥臂阻值变化则输出电压式中用
Ri Ri
BD两端的输出电压为：
U UR RR RR RR RR RR RR RR R B DA( C1 1 1 1 3 2 3 2 ) 3 2 ( 3 2 4 4 4 4 )
用此应变片用于测量2MPa的应力时，其电阻的变化为:
RRK 0.00 24
第十二页，共28页。
RRK 0.00 24
显然 R 太小了。为了便于测量，需将应变片的电阻变化转换成
电压（电流）信号，再将信号放大，然后由指示仪（记录仪）指 示出应变值，这一任务是由电阻应变仪来完成的。
对电阻应变仪的要求？
UBD K4A U C (1234)
可以线性叠加，叠加原则：相邻桥臂符号相反，相对桥臂符 号相同。
第十六页，共28页。
UBD K4A U C (1234)
五．几种常用的组桥方式
1. 单臂测量 2. 半桥测量 3. 全桥测量
4. 对臂测量
UBD
KUAC 4
1
UBDK4U AC(12)
UBD K4A U C (1234)
构件受载后，产生应变，电阻值的相对变化
dRddldA Rl A
第八页，共28页。
dR R
d
dl dA l A
dA 2 dD AD
dD dl
D
l
dmdVVm(12)dl l
dR [1(2)m (12)]dl
R
l
R R
Kx
dR R
K
dl l
K 为材料的灵敏系数
第九页，共28页。
2、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。
4-2电阻应变片测量电桥电路
R1 R2 R3 R4 ER1 R3 R R R R 2 3 4 1
同理，将分式的分母展开，同样代入 R1 R3 R2 R4 ，可得：
2 r R2 R3 1 R1 R4 R1R3 1 r 分母 R1R3 1 R 1 r R r 1 r R R R R 3 4 1 3 1 2 R2 r 1 其中： R1 全桥电路 R1 R2 R3 R4 应变电桥有两种方案 半桥电路 R1 R2
R3 K 0 3 R3
桥路调零调满原理及电阻应变片应用
桥路调零调满原理及电阻应变片应用电阻应变片是一种具有一定弹性的金属片，当外力施加在其上时，会产生应变，从而改变其电阻值。
电阻应变片一般由导电材料制成，如铜、铝等。
其中最常用的材料是铟化锡。
电阻应变片具有高灵敏度、稳定性好等特点，被广泛应用于压力、力、位移等物理量的测量。
桥路调零调满原理是基于一个简单的电路桥路。
桥路由四个电阻组成，其中两个电阻为已知电阻，另外两个为电阻应变片。
当桥路平衡时，即桥路两端电压为0，可以得到一个方程：R1/R2=R3/R4、通过调节电阻R4，可以使桥路平衡，从而调节电路的输出为零。
调满操作与调零类似，但是需要额外的一个点精心设计和校准。
调满的目的是将电桥平衡时的输出电压调整为满量程的比例输出。
电阻应变片的应用非常广泛，包括但不限于以下几个方面：1.压力传感器：利用电阻应变片的特性，将外力施加在电阻应变片上，使其产生应变，从而改变其电阻值。
通过测量电阻值的变化，可以得到压力的信息。
2.位移传感器：将电阻应变片安装在丝杠或弹簧等装置上，通过测量电阻值的变化，可以得到位移的信息。
3.负荷传感器：将电阻应变片安装在秤盘或机械臂等装置上，通过测量电阻值的变化，可以得到负荷的信息。
4.速度传感器：将电阻应变片安装在转子上，通过测量电阻值的变化，可以得到转速的信息。
总的来说，电阻应变片的应用非常广泛，可以应用于各种测量和控制系统中。
它具有高灵敏度、稳定性好等特点，能够可靠地完成各种测量任务。
桥路调零调满原理是利用电阻应变片的特性，通过调节电阻值来调节电路的输出，从而实现精确的测量和控制。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
可以线性叠加，叠加原则：相邻桥臂符号相反，相对 桥臂符号相同。
福州大学机械工程及自动化学院
材料力学实验
U BD
KU AC ( 1 2 3 4 ) 4
五．几种常用的组桥方式
1. 单臂测量 2. 半桥测量 3. 全桥测量 4. 对臂测量 5. 温度补偿
1F 3F 2 F 4 F
接成全桥，可得
du 1 2 3 4 4 T
福州大学机械工程及自动化学院
材料力学实验
例3. 拉弯扭组合变形时应变测量
F , M , N
分别代表轴向拉力，弯矩和扭矩 在被测点450方向上引起的应变
1 F M N t
U BD KU AC 1 4
U BD
U BD
KU AC ( 1 2 ) 4
KU AC ( 1 2 3 4 ) 4
U BD
KU AC ( 1 3 ) 4
U BD
U AC R1F R1t R2t U K ( ) AC 4 R1 R2 4
福州大学机械工程及自动化学院
材料力学实验
并联
Rl
R Rl n
1 1 1 1 ... R1 R2 Rn
桥臂应变
du
1 1 1 1 ... Rn 1 R 1 R R2 ( l) ( 1 ) R K Rl K n
若各个应变计电阻改变量相同
du
1 Rl ( ) K Rl
并联后桥臂电阻减小，输出电流可以提高。用电流表 记录有利。
福州大学机械工程及自动化学院
材料力学实验
六．内力分离
组合变形的构件，通过合理布置应变片位置和方位，并 采用正确的组桥接法可以将应变单独测量出来
例1：偏心拉压 为消除偏心的影响在弹性杆件上 对称地贴了四个应变片
材料力学实验
2、光测法
光测法中有光弹性法、全息干涉法、激光散斑 干涉法、云纹法等，其中以光弹性法应用比较广泛。 光弹性法：它是利用偏振光通过具有双折射效 应的透明受力模型获得干涉条纹图，再根据条纹 与模型内主应力大小、方向的关系，得到模型内 的应力分布情况，再由相似理论推导实物的应力。
福州大学机械工程及自动化学院
将各点结果代入公式
du 1 2 3 4 2(1 ) F
仪器读得的应变值与待测应变值的比 成为桥臂系数，本例中桥臂系数为
2(1 )
福州大学机械工程及自动化学院
材料力学实验
例2，圆轴受扭矩和拉力共同作用，要求从扭矩中分离拉 力影响
1T 3T 2及测量桥路
郭金泉
福州大学机械工程及自动化学院
材料力学实验
一、概述
人类为了认识和改造客观世界，就要以测试工作为 基础，并且随着科学技术的不断发展，人类研究对象越 来越复杂，测量的范围也也越来越广泛，材料力学测试 仅仅是其中的一方面。
材料力学测试主要包括常用材料基本力学性能 的测试，以及应力、应变测试等等。
2 F M N t
3 F M N t
4 F M N t
应变仪读数为
du 1 2 3 4 4 N
可以测得扭转引起的切应力
福州大学机械工程及自动化学院
材料力学实验 薄壁圆筒的弯扭组合变形实验
I1 U AC R1 R2
R1U AC I1 R1 R1 R2
R1两端的电压降为： U AB
福州大学机械工程及自动化学院
材料力学实验
R1U AC R1 R2
R1两端的电压降为： U AB I1 R1
R4两端压降 U AD I 2R 4 BD两端的输出电压
U BD U AC
dA dD 2 A D
d
dD dl D l
dV dl m m(1 2 ) V l
dR dl K R l
dR dl [(1 2 ) m(1 2 )] R l
R
R
K x
K 为材料的灵敏系数
福州大学机械工程及自动化学院
材料力学实验
2、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：
1
R
（精确公式）
若将上式展开，并将平衡条件（R1R3=R2R4）代人上式， 且略去高阶微量，同时考虑应变电桥中的等臂电桥和 半等臂电桥，上式都可以简化为：
福州大学机械工程及自动化学院
材料力学实验
U BD
U AC R1 R2 R3 R4 ( ) 4 R1 R2 R3 R4
若四个桥臂为应变片，其灵敏度K均相同，代入 R R= K 则电桥输出电压为 ：
福州大学机械工程及自动化学院
福州大学机械工程及自动化学院
材料力学实验
研究力学问题一般有两种途径，即理论分析和 实验分析。两者相辅相成。
实验应力分析是用实验分析方法确定受力构件 的应变、应力的一门学科，是材料力学测试的一个 重要部分也是本门课程的主要研究内容。
福州大学机械工程及自动化学院
材料力学实验
通过实验应力分析可以检验和提高设计质量、 提高工程结构的安全度和可靠性；可以减少材料 消耗、降低生产成本；可以为发展新理论、设计 新型结构、创新工艺以及应用新材料提供依据； 可以推动理论分析的发展，并且能有效地解决许 多理论上不能解决的实际问题，是一门不断发展 的学科。
福州大学机械工程及自动化学院
材料力学实验
弯矩引起的正应力
福州大学机械工程及自动化学院
材料力学实验
扭矩引起的切应力
福州大学机械工程及自动化学院
材料力学实验
剪力引起的切应力
福州大学机械工程及自动化学院
材料力学实验
参考教材： 范钦珊：工程力学实验
（自习：实验误差分析与数据处理）
庄德恩：实验应力分析若干问题及分析方法 计欣华：工程实验力学
1 F M
2 ( F M )
3 F M
4 ( F M )
福州大学机械工程及自动化学院
材料力学实验
1 F M
2 ( F M )
3 F M
4 ( F M )
福州大学机械工程及自动化学院
材料力学实验
（1）优点：有较高的灵敏度和精度，测量范围 广，易于实现数字化和自动化，可在高温、高压、 强磁、液下等特殊条件下使用，体积小，尺寸小， 重量轻，可实现现场的实时检测。
（2）缺点：只能测构表面的应变，不能全域性测量， 受外界环境（如温度）的影响。
福州大学机械工程及自动化学院
福州大学机械工程及自动化学院
材料力学实验
二、实验应力分析方法
实验应力分析方法很多，主要有：应变电测 法、光测法、脆性涂层法和应变机械测量法等。 其中最广泛应用的是应变电测法和光测法。
福州大学机械工程及自动化学院
材料力学实验
1、电测法
电测法中有电阻、电容、电感、电磁等多种方法。 电阻应变测试方法：用电阻应变片测定构件表 面的应变，再根据应变—应力关系确定构件表面 的应力状态的一种实验应力分析方法。
材料力学实验
三、电阻应变片
1、电阻应变片工作原理
金属丝的电阻值，与其长度，截面积，电阻率的关系
l R A
ln R ln ln l ln A
构件受载后，产生应变，电阻值的相对变化
dR d dl dA R l A
福州大学机械工程及自动化学院
材料力学实验
dR d dl dA R l A
福州大学机械工程及自动化学院
材料力学实验
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。
福州大学机械工程及自动化学院
材料力学实验
四、应变测量电路
从前面的讨论知道：电阻应变片的作用是将构件表面 的应变转变为电阻的变化。其关系式为：
R K R
若弹性模量
E 200GPa
R 120
K 2
用此应变片用于测量2MPa的应力时，其电阻的变化为:
R RK 0.0024
福州大学机械工程及自动化学院
材料力学实验
R RK 0.0024
显然 R太小了。为了便于测量，需将应变片的电阻变化转换成 电压（电流）信号，再将信号放大，然后由指示仪（记录仪） 指示出应变值，这一任务是由电阻应变仪来完成的。 对电阻应变仪的要求？ 惠斯登电桥
福州大学机械工程及自动化学院
材料力学实验
6. 串联和并联接线法 串联
du
1 Rl 1 R R2 ... Rn 1 ( ) ( 1 ) ( 1 2 ... n ) K Rl K nR n
所以： 1.串联桥臂应变为各个应变计应变值的算术平均值 2.串联后桥路电阻增大，在限定电流情况下可加大 供桥电压，加大输出。
R 4U AC R3 R4
R1 R3 R2 R4 ( R1 R2 )(R3 R4 )
如果各桥臂阻值变化则输出电压式中用
Ri Ri
福州大学机械工程及自动化学院
材料力学实验
如果各桥臂阻值变化则输出电压式中用 BD两端的输出电压为：
Ri Ri
U BD U AC
R 1 R 3 R 3 R 2 R 2 R 4 R 4 (R 1 R 1 R 2 R 2 )(R 3 R 3 R 4 R 4 )