应变片测量电路..
测试实验二 称重
实验一 应变片单臂电桥性能实验一、实验目的：了解电阻应变片的工作原理与应用并掌握应变片测量电路。
二、基本原理：电阻应变式传感器是在弹性元件上通过特定工艺粘贴电阻应变片来组成。
一种利用电阻材料的应变效应将工程结构件的内部变形转换为电阻变化的传感器。
此类传感 器主要是通过一定的机械装置将被测量转化成弹性元件的变形，然后由电阻应变片将弹性元 件的变形转换成电阻的变化，再通过测量电路将电阻的变化转换成电压或电流变化信号输 出。
它可用于能转化成变形的各种非电物理量的检测，如力、压力、加速度、力矩、重量等， 在机械加工、计量、建筑测量等行业应用十分广泛。
1、应变片的电阻应变效应所谓电阻应变效应是指具有规则外形的金属导体或半导体材料在外力作用下产生应变 而其电阻值也会产生相应地改变，这一物理现象称为“电阻应变效应”。
以圆柱形导体为例： 设其长为：L 、半径为r 、材料的电阻率为ρ时，根据电阻的定义式得2rLA L R ⋅==πρρ（1—1） 当导体因某种原因产生应变时，其长度L 、截面积A 和电阻率ρ的变化为dL 、dA 、d ρ相应的电阻变化为dR 。
对式（1—1）全微分得电阻变化率 dR/R 为：ρρd r dr L dL R dR +-=2 （1—2） 式中：dL/L 为导体的轴向应变量εL ; dr/r 为导体的横向应变量εr 由材料力学得： εL = - μεr (1—3)式中：μ为材料的泊松比，大多数金属材料的泊松比为0.3～0.5 左右；负号表示两者的变 化方向相反。
将式（1—3）代入式（1—2）得：ρρεμd R dR ++=)21( （1—4） 式（1—4）说明电阻应变效应主要取决于它的几何应变（几何效应）和本身特有的导电性能 （压阻效应）。
2、应变灵敏度它是指电阻应变片在单位应变作用下所产生的电阻的相对变化量。
(1)、金属导体的应变灵敏度K ：主要取决于其几何效应；可取l RdRεμ)21(+≈ （1—5） 其灵敏度系数为：K=)21(με+=RdRl 金属导体在受到应变作用时将产生电阻的变化，拉伸时电阻增大，压缩时电阻减小，且与其 轴向应变成正比。
简述应变片的原理及应用
简述应变片的原理及应用1. 什么是应变片？应变片（Strain gauge）是一种常用于测量应变（strain）的传感器。
应变片通常由细长的金属箔片构成，含有一个或多个电阻片。
当载荷施加在应变片上时，金属箔片会发生应变，从而改变电阻的大小。
通过测量电阻的变化，可以间接测量应变的大小。
2. 应变片的工作原理应变片是通过电阻效应来测量应变的。
当细长金属箔片受到应变时，金属箔片会发生微小的形变，从而改变金属箔片内部电阻的大小。
根据电阻与电流之间的关系（欧姆定律），我们可以测量出电阻的变化来间接测量应变的大小。
应变片与电桥电路结合使用，通过测量电桥电路的电阻变化，可以得到应变的准确值。
3. 应变片的应用领域3.1 结构应变测量应变片广泛应用于结构工程领域，用于测量结构体受力状态下的应变情况。
例如，应变片可以安装在桥梁、建筑物、飞机机翼等结构上，通过测量结构的应变变化，可以了解结构所承受的力的大小和方向。
这对于结构的设计与性能评估非常重要。
3.2 材料力学实验在材料力学实验中，应变片被广泛应用于测量材料的应变情况。
通过在材料上安装应变片，可以测量不同位置的应变值，从而了解材料的机械性能。
材料力学实验中常常使用多个应变片来获得更精确的测量结果。
3.3 液压机械在液压机械中，应变片用于测量液压缸的应变情况。
通过测量应变片的应变变化，可以了解液压缸所承受的力的大小，从而判断液压缸的工作状态。
这对于液压机械的安全性和性能评估具有重要意义。
3.4 地震监测应变片也被应用于地震监测领域，用于测量地震过程中土壤和岩石的应变情况。
通过测量应变片的应变变化，可以了解地震震源与监测点之间的位移和应变关系，从而研究地震的发生机制和动力学特征。
4. 应变片的优势4.1 高精度应变片可以提供高精度的应变测量结果。
由于金属箔片的微小形变能够准确地改变电阻的大小，因此应变片可以测量非常小的应变量。
4.2 可靠性应变片具有良好的机械性能和耐腐蚀性能，在不同环境和复杂工况下仍然能够提供准确可靠的测量结果。
应变测试原理
应力应变测试原理电阻应变测量方法是将应变转换成电信号进行测量的方法，简称电测法。
电测法的基本原理是：将电阻应变片（简称应变片）粘贴在被测构件的表面，当构件发生变形时，应变片随着构件一起变形，应变片的电阻值将发生相应的变化，通过电阻应变测量仪器（简称电阻应变仪），可测量出应变片中电阻值的变化，并换算成应变值，或输出与应变成正比的模拟电信号（电压或电流），用记录仪记录下来，也可用计算机按预定的要求进行数据处理，得到所需要的应变或应力值。
其工作过程如下所示：应变——电阻变化——电压（或电流）变化——放大——记录——数据处理电测法具有灵敏度高的特点，应变片重量轻、体积小且可在高（低）温、高压等特殊环境下使用，测量过程中的输出量为电信号，便于实现自动化和数字化，并能进行远距离测量及无线遥测。
(R=ρL/A)在使用应变片测量应变时，必须用适当的办法测量其电阻值的微小变化。
为此，一般是把应变片接入某种电路，让其电阻值的变化对电路进行某种控制，使电路输出一个能模拟该电阻值变化的信号，然后，只要对这个电信号进行相应的处理就行了。
常规电测法使用的电阻应变仪的输入回路叫做应变电桥，它是以应变片作为其部分或全部桥臂的四臂电桥。
它能把应变片电阻值的微小变化转化成输出电压的变化。
在此，仅以直流电压电桥为例加以说明。
一、电桥的输出电压电阻应变仪中的电桥线路如图A -4所示，它是以应变片或电阻元件作为电桥桥臂。
可取1R 为应变片、1R 和2R 为应变片或1R ～4R 均为应变片等几种形式。
A 、C 和B 、D 分别为电桥的输入端和输出端。
根据电工学原理，可导出当输入端加有电压I U 时，电桥的输出电压为()()I43214231O U R R R R R R R R U ++-=当0O =U 时，电桥处于平衡状态。
因此，电桥的平衡条件为4231R R R R =。
当处于平衡的电桥中各桥臂的电阻值分别有1R ∆、2R ∆、3R ∆和4R ∆的变化时，可近似地求得电桥的输出电压为⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∆-∆+∆-∆≈44332211I O 4R R R R R R R R U U 由此可见，应变电桥有一个重要的性质：应变电桥的输出电压与相邻两桥臂的电阻变化率之差、相对两桥臂电阻变化率之和成正比。
电阻应变式传感器的测量电路
图1 电子秤平剖图 1 台面壳体２均压框架３电阻应变片４弹性体 ５补偿电阻６可调支撑脚７底座如图１所示，底座通过贴有电阻应变片的双孔型等强度弹性体梁与均压框架相接，均压框架用螺钉与壳体相联。
弹性体是应变式力传感器将力转换为应变量的关键部件。
研究结果表明，双孔梁弹性体按刚架计算比按平行梁计算精确，而且桥路输出和载荷之间的线形好、灵敏度高。
非线性和灵敏度与竖梁的长度和刚度无关。
由于采用陶材料设计制作弹性梁，其灵敏度结构系数不仅取决于弹性体结构形式和应变区的选择，而且和陶瓷材料的微结构、质量及机械强度等因素密切相关。
为此，进行了双孔梁的应力分析、抗冲击载荷分析、额定载荷计量等，并用计算机进行了有限元分析。
经模拟验证分析，选用图1a所示的双孔梁结构形式。
该梁的应力分布均匀对称，其应力最大点在弹性梁的最薄偏离两端处。
根据图1a所示的结构形式： ε＝M／W．E （1）式中：ε为应变量；M为弯矩；W为抗弯模数；E为弹性模量。
对于这类应变式弹性体上的全等臂电桥，其输出电压V0和桥压V i有如下关系： V0＝G F．ε．V i （2）式中：G F为应变电阻的应变系数。
将式（1）代入式（2），可得： V0＝G F．M．V i／W．E （3） 对于矩形截面，W＝1／6b．h2式中：b为弹性体承载面宽度；h为弹性体承载梁厚度。
由A—A剖面分析，负荷F必须由一对剪力F／2与之平衡。
若取一应变电阻进行分析，F／2对应变电阻中心点的弯距为M0： M0＝F（L／2－X）／2 （4） 以式（4）代入式（3），可得： V0＝3F（L／2－X）G F．V i／b．h2．E （5） 由式（5）可见，双孔梁的桥路输出和载荷F之间具有良好的线形，而且灵敏度高。
guide sex further enhanced, documents handle and running of speed obviously speed up, program gradually specification, conference service and Chief reception of quality and level has has new of improve, Logistics support capability further strengthened. Document management, confidential, confidentiality, duty, letters and other items have been significantly improved. 4, Office construction increased at all levels. City Government offices adhere to strengthen and improve the construction of the system as a breakthrough, has developed a series of code of conduct, continuous improvement of operational mechanism, sound and the implementation of the rules and regulations, and adhere to the system of managing people, according to the rules, the work gradually into the orbit of institutionalization and standardization. Focus on strengthening ideological and political construction of the contingent of cadres, and actively carried out various business training, knowledge of theOffice team structure has been optimized, to broaden the range of knowledge and operational capacity grows, nurtured a political firm, sharp, professional and innovative staff, created solidarity, striving for the top, pragmatic, dedication, good image. However, with the State Council and the provincial Government of the national, the province's Secretary-General meeting of government offices under the new situation the functions and priorities compared to the requirements of our gap is still very big. Main is daily in the passive meet of more, active research of less, service also has not timely, and not in place of problem; work in the meet Yu traditional of, and program of of work way, develop innovation spirit and service innovation capacity not strong; supervision information work and promoted decision implementation of contact enough close, feedback situation not active; research resources of using enough full, research results of into degree not high; some sector documentsrunning not specification; Municipal Government Office on the County (district) and municipal government sector Office work of guide enough, No real form interaction and close collaboration, promote the implementation of the work. These problems, we must effectively be addressed in the future work. Second, serve the overall situation, carry out their duties, improve quality, and strive to create a new situation of system of government offices in the city since last season, meeting the Secretary-General of the State Council and the provincial government has held a government system, from a global and strategic height, scientifically analyzed the new situation and the newTasks on the system of government offices bring new situations and new problems and new challenges, profoundly expounded the work of government departments at all levels in the new era should be put in the situation to understand, to grasp, to deploy at any time and under any circumstances, should alwaysfocus on the big picture, firmly grasp the overall situation, increasing in the overall implementing in earnest the work of spontaneity, initiativeSecondly, we should strengthen the team. A unit is a team in various sections of the unit inside is also a small team. A unit with a team spirit, formed a team responsibility, cohesion and competitiveness. You want to make a unit, a Department work improvement, must be melting inside a feeling of solidarity and mutual help, for a common goal and determined to achieve the spirit, cultivating a strong collective spirit and team responsibility, sense of honor. Therefore, we need to start improving office work and enhance the efficiency of Office work and strive to build a concerted ... Fault. In accordance with the requirements of modern management science, establishing strict responsibility system of management by objectives. A work who is in charge, who is in charge and who is responsible, what right do these people have, what responsibility, hasto truthfully and clearly understood. Departments at all levels should strictly implement the check in the Office of party Committee evaluation, significant accountability and reward incentive system, pay close attention to duty cash and making unity, rights, responsibilities, and to inspire each of cadres spirit and morale, Super courage. Investee insists, is a deep topic, is a real problem, is a big issue. Today, I just combined this year, the city's Communist Party Committee Office, had some rough talk and understanding, we must strengthen research and exchanges in this regard in the future. Investee in the new year, we must hold high the banner of Deng Xiaoping theory and the "three represents" theory the great banner of, under the correct leadership of the CPC, adhere to the people-oriented, insist on truth, adhere first to excellence, efforts to do Office work to a new level. Speech at the Conference on the system of government offices in the city around the development of servicefunction to create a new situation in the work of the Office of the city's system of Government--speech at the Conference on the system of government offices in the city This system of government offices working in the city's main task is to study Government systems of administrative supervision, administrative information, administrative reception and information technology issues. For the meeting, the City Mayor Ma has made important instructions, the Municipal Government Office fully prepared brewing, combined with practical work to develop the notice on further strengthening the supervision work, the XX, Chief Information interim measures for 2005 and the city's system of Government Administration informatization construction task statement and other documents. Before the General Assembly and organization of counties (districts) of the scene to observe the Government Office, achieve the purpose of exchanges of work, thought. Today, the Tang Mayor also attended the meeting and delivered an important speech in the midst, hope good grasp of implementation. Next, I would like to make a few remarks. A, and around Center,looks at development, strengthened service, city government system Office work rendering atmosphere in recent years, city government system Office toand steadfastness. And explicitly put forward the "surrounding situation, pay attention to implementation" is the core of government offices, requiring government departments at all levels cannot be "Gramophone", "mail room" and "the Messenger" is not confined to paper communications, yinglaisongwang and upload issue. Must to has strongly of implementation consciousness, this is Government Office sector first bit of task, to first, and is duty-bound, insisted reported truth, and told truth, and out confess, and do facts, and pragmatic effect, put work of to points real put to research solution reform development stable in the of major problem Shang, put to research solution masses production life in the of urgent problem Shang, put to research solution work in the exists of highlight problem Shang, put an end to to Conference implement Conference, to file implementation file, never can makes superior of decision and deployment in a "implementation" Lost in the sound. SystemOffice of the Government sector must take the lead in party and Government policies, the deployment and carry out specific targets, in the implementation efforts, for example on the implementation, on the implementation of a performance. City Government System Office to seriously implement implementation national, and Province Government system Secretary-General Office Director Conference spirit, according to around overall, grasp implementation this a general requirements, insisted reform innovation, further change management concept, and management functions, and management system and management method; insisted quality first, ensure for led, and for grass-roots, and for masses provides quality efficient service; insisted strictly rule political, efforts construction a support political firm, and business master, and service political clean, and style excellent of Office team. Concrete work, and must deal with "three relationships": one is to handle well the relationshipbetween passive adaptation and active service. Office service functions to the passive aspect of its work, which requires us to host lead when action must be strictly in accordance with the intentions and requirements for leadership, work within the limits of delegated authority, not offside, participation in the intervention, and not decision-making, coordination is not contemplated. Meanwhile, Office work and must become more conscious, give full play to the initiative and work to some foreseeable, be proactive, prepared, thinking ahead, providing information, active leadership, reflect the situation, ahead of good research, reference point, in key places to promote overall efficiency. Second, to handle the relationship between administrative services and transaction services. Administrative services and Services Office services complement the two aspects of the job. Administrative services is the core service is guaranteed. Note that combines both, adhere to government service asthe main line, the Chief turns around the overall situation, turns around the district. On one hand, will attachthree a representative" important thought for guide, efforts adapted new situation, and new task, and new requirements, tightly around city reform development of overall, further change functions, strengthened service, determined to innovation, Government System Office overall work of quality and level has has new of improve, for city economic social development made has due of contribution. 1, staff assistant for further strengthening. Around the focus of leadership services, actively carry out research studies, for all levels of Government on the event, grab global proposed a number of solutions with a higher reference value recommendations provide a basis for improving government leadership. About development, adjustment of interest difficulty, people the focus of the problem, and give full play to the offices that are interlinked, dredge about, contact and coordinationof functions, in order to reduce conflict, to avoid omissions, form a joint force, promoting the Government to play an active role in the work as a whole. Working around Government Center implementation supervision intensified, broadened and improved efficiency, do check the fruit, fruit, assisting the Government in implementation of the Assistant role to play, a powerful impetus to the realization of the objectives of the Government. 2, the service areas to further expand. The full implementation of the open government pilot project, strengthening carrier construction, innovative forms of public, deepening public content, extends the open range, regulate public procedures, establishment of a city, County, Township and village-level administration system, to meet the people's right to know, creates conditions for the effective exercise of supervision. Development issued the XX, matters of significant public policy implementation measures, such as the question of hearing 6 system,open Government continues to promote in depth. Established opened the city (County) long public phones, solving a number of concern people's immediate interests and produce hot spots and difficult problems in life, by all sectors of the community alike. Universal Chief was built starting at the city and county levelsHall masses, serve the community for the Government to play a better Windows and tie. With the system of Government Office for hub, connecting the County (district) and the departments of municipal government Web sites and Office decision-making service system has been built in the city, Government Office local area network established, significantly accelerate the pace of office automation and information network. 3, improved quality and productivity with new work. City levels Government Office put pursuit quality and efficiency as measure Office overall work level of important standard, pendulum in highlight location, around service overall, and pay closeattention to the implementation this central, right processing inherited and innovation, and full and focus, and on Shang service and on Xia service of relationship, bold innovation, focused on effectiveness, presentation of policy sex, and targeted and3421R R R R =[][][])()()()()()(22R R R R R R R R E R R R R uo ∆-+∆+∆-+∆+∆--∆+=E RR ∙∆=当满足条件R 1R 3=R 2R 4时，即（2.3）=0，即电桥平衡。
第3-2章 测量电路(电阻应变测量技术)
当试件受静态压缩应变ε-时，将使Rl变为Ro-△R t，对应的电桥输出电压为
1 Rt 1 Vm sint k Vm sin(t ) 4 R0 4 相位与载波电压相差π ，其余与拉应变的情况相仿 。 U BD
§3-2 测量电路
应变片的接入方式： 单 桥
半 桥
全 桥
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§3-2 测量电路
一、直流电桥
由四个电阻Rl，R2， R3，R4，组 成四个桥臂； A ， C 为供桥端， 接电压为E的直流电源，B，D为 输出端，电桥的输出电压为
U BD
R1 R3 R2 R4 .E ( R1 R2 )( R3 R4 )
§3-2 测量电路
• 第一次转换：应变片将应变信号转换成电阻相对变 化量。 • 第二次转换：应变基本测量电路则是将电阻相对变 化量再转换成电压或电流信号，以便显示、记录和 处理。 • 电阻应变仪 －应变测量电路 ：通常转换后的信号很 微弱，必须经调制、放大、解调、滤波等变换环节 才能获得所需的信号 。 • 惠斯登电桥电路 ：按电源供电方式分，直流电桥和 交流电桥。电桥电路可有效地测量10-3~10-6数量级 的微小电阻变化率，且精度很高，稳定性好，易于 进行温度补偿，所以，在电阻应变仪和应变测量中 应用极广。
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2r kR
零位测量法与电源电压无关，电源电压变化不影响测量结果，故测量精度较高，但 测量时电桥需要重新平衡，较麻烦，只用于静态测试 。
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导线温度变化的影响？
应变片实验
实验一应变片实验一、实验目的：了解电阻应变片的工作原理与应用并掌握应变片测量电路。
二、基本原理：1、应变片的电阻应变效应所谓电阻应变效应是指具有规则外形的金属导体或半导体材料在外力作用下产生应变而其电阻值也会产生相应地改变，这一物理现象称为“电阻应变效应”。
根据电阻的定义式得（1—1）当导体因某种原因产生应变时，其长度L、截面积A和电阻率ρ的变化为dL、dA、dρ相应的电阻变化为dR。
对式（1—1）全微分得电阻变化率dR/R为：（1—2）由材料力学得：εL= - μεr (1—3)式中：μ为材料的泊松比，大多数金属材料的泊松比为0.3～0.5左右；负号表示两者的变化方向相反。
将式（1—3）代入式（1—2）得：（1—4）式（1—4）说明电阻应变效应主要取决于它的几何应变（几何效应）和本身特有的导电性能（压阻效应）。
2、测量电路为了将电阻应变式传感器的电阻变化转换成电压或电流信号，在应用中一般采用电桥电路作为其测量电路。
电桥电路具有结构简单、灵敏度高、测量范围宽、线性度好且易实现温度补偿等优点。
基本电路如图1—2（a）、（b）、（c）所示。
（a）单臂（b）半桥（c）全桥图1—2 应变片测量电路（a）、单臂Uo＝U①－U③＝〔(R4＋△R4)／(R4＋△R4＋R3)－R1／(R1＋R2)〕E＝｛〔（R1＋R2）（R4＋△R4）－R1（R3＋R4＋△R4）〕／〔（R3＋R4＋△R4）（R1＋R2）〕｝E 设R1＝R2＝R3＝R4，且△R4／R4＝ΔR／R＜＜1，ΔR／R＝Kε。
则Uo≈(1／4)(△R4／R4)E＝(1／4)(△R／R)E＝(1／4)Kε E(b)、双臂(半桥)同理:Uo≈(1／2)(△R／R)E＝(1／2)Kε E(C)、全桥同理:Uo≈(△R／R)E＝Kε E6、箔式应变片单臂电桥实验原理图图1—3 应变片单臂电桥实验原理图图中R1、R2、R3为350Ω固定电阻，R4为应变片； W1和r组成电桥调平衡网络，供桥电源直流±4V。
金属箔式应变片与电桥测量电路
金属箔式应变片与电桥测量电路实验一金属箔式应变片与电桥测量电路本实验包含两个部分:(1) 单臂电桥说明金属箔式应变片及单臂直流电桥的原理和工作情况，(2) 单臂、半桥、全桥特性比较。
实验1.1 单臂电桥一、实验原理:况。
本实验说明金属箔式应变片及单臂直流电桥的原理和工作情应用应变片测试时，应变片牢固地粘贴在被测件表面上。
当被测件受力变形时，应变片的敏感栅随同变形，电阻值也发生相应的变化。
通过测量电路，将其转换为电压或电流信号输出。
电桥电路是非电量电测最常用的一种方法。
当电桥平衡时，即 R1=R2 、R3=R4 ，电桥输出为零。
在桥臂 R1 、 R2 、 R3 、 R4 中，电阻的相对变化分别为? R1/R1 、? R/R 、? R2 , R2 、? R/3R3 、? R4/R4 。
桥路的输出与当使用一个应变片时，当使用二片应变片时，如二片应变片工作，差动状态。
则有用四片应变片组成二个差动对工作，R1=R1=R3,R4=R ，于是，所以，由此可知，单臂，半桥，全桥电路的灵敏度依次增大。
二、实验所需部件直流稳压电源、电桥、差动放大器、测微头，电压表(毫伏表)三、实验步骤1. 按图 1 所示将全部部件连接其中差动放大器和毫伏表使用前都要调零，(电压表可不必调零)。
毫伏表放在500mV 一挡比较合适，图1 电桥电路连接2. 将差动放大器调零方法是用导线正负输入端连接起来，然后将输出端接到毫伏表的输人端，调整差动胶大器的增益旋钮，使增益尽可能大，同时调整差动放大器上的调零按钮，使毫伏表指示到零，调好后旋钮就不可再动。
3. 确认接线无误时开启电源4. 在测微头离开悬臂梁，悬臂梁处于水平状态的情况下，通过调整电桥平衡电位器，系统愉出为零。
5. 装上侧微头，调整到系统输出为零，此时测微头读数为梁处于水平位置( 自由状态)，然后向上旋动测微头，从此位置开始，记下梁的位移与电压表指示值，继续往下悬臂梁，一直到水平下 7 一 8mm为止，并记下对应位置的电压表的值。
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：
应变片的测量电路
一、直流电桥的输出电压•应变片或电阻元件作为电桥桥臂。
•多种形式选择：R 1；R 1和R 2；R 1 -R 4，其余为精密无感电阻。
•A 、C 为电桥的输入端，B 、D 为电桥的1. 直流电桥的基本结构输出端。
•E 为直流源。
2. 电压桥（1）什么是电压桥•应变片通常后接放大电路为高输入阻抗。
•测量端通常工作在小电流状态，主要是电位差起作用。
•近似认为输出端开路，是为电压桥。
（2）电压桥的输出电压及平衡条件设E 恒定，分支电流为1,212EI R R =+3,434EI R R =+R 1、R 4的电压降为1AB A B ER U U U =-=12R R +434AD A D ER U U U R R =-=+则B 、D 间的电位差U 为14123413241234()()()D B AB AD R R U U U U U ER R R R R R R R ER R R R =-=-=-++-=++3. 电桥负载为有限值时的情形依据等效电源原理（戴维南定理）13241234()()R R R R U ER R R R -=++等效电压源电源内阻U RR LB DI L U L 123401234R R R RR R R R R =+++输出电流（负载电流）0L L UI R R =+P 1P补偿片与工作片分别安装在构件上、下表面并平行测量受弯、拉组合载荷梁的梁的表面弯曲应变。
2112,M P P εεε=-=弹性元件受到偏心压力，欲测量仅由压力引起的构件表面应变。
12,P P P εε==313, P P M εμεεμε=-=-)])]2121T r EM πεμ=+枚应变片，沿圆轴母线±45︒角对称布置，采用全桥接法234T T T M M M εε==-=34P P Pεεε===3444)()]T M M P M εεε-++需要考虑测量导线和应变片分布电容的影响。
3.4 电阻应变片的测量电路
3
令：
求得：
dKu dn
1 n2 (1 n)4
0
n 1
当R1=R2=R3=R4时，此时，电压灵敏度最高，输出 电压为：
Uo
E 4
R1 R1
KU
E 4
4
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非线性误差及其补偿方法
输出电压如果不忽略R1/R1，输出为：
n R1
U
' o
E
(1
n
R1 R1 )(1
n)
非线性误差为：
R1
R1
L
Uo Uo' Uo
R1
1 n R1
R1
5
为了减小和克服非线性误差，可以采用差动电桥，在试
件上安装两个工作应变片，一个受拉应变，一个受压应 变，接入电桥相邻桥臂，称为半桥差动电路。
输出电压为：
Uo
E( R1
R1 R1 R1 R2 R2
R4 R1
E
R3 R1
(1 R1 R2 )(1 R4 )
R1 R1
R3
2
设桥臂比n=R2/R1，由于R1<<R1，考虑到平衡条件：
Uo
n E[(1 n)2
] R1 R1
电桥电压灵敏度定义为：
KU
UO R1
E
n (1 n)2
R1
结论（1）电桥电压灵敏度正比于电桥供电电压；
（2）电桥电压灵敏度是桥臂电阻比值n的函数。
R3
R3 R1
jwR3C1
R4 R2
jwR4C2
R2 R4 R1 R3
R2 C1 R1 C2
9
R3 R3 R4
《应变片测量电路》课件
应变片：一种能够感知机械应变的传感器 工作原理：通过测量应变片的电阻变化来测量机械应变 应变片测量电路：将应变片与测量电路连接，实现对机械应变的测量
应用领域：广泛应用于各种工程领域，如航空航天、汽车制造、医疗设备等
测量应变：用 于测量物体应 变，如桥梁、 建筑、机械等
测量压力：用 于测量流体压 力，如液压系 统、气压系统
灵敏度与测量电路 的放大倍数、噪声 水平等因素有关
提高灵敏度可以提 高测量精度和速度， 但也可能导致测量 误差增大
应变片测量电 路的响应时间 通常在毫秒级
响应时间与应 变片的材料、 尺寸、结构等
因素有关
响应时间会影 响测量结果的 准确性和稳定
性
提高响应时间 可以改善测量 性能，但会增 加电路复杂度
滤波
应用：在应变片测量电路中， 用于滤除高频噪声和低频干扰，
提高测量精度
作用：将模拟信号转换为数字信号 组成：包括采样保持电路、量化电路、编码电路等 采样保持电路：将模拟信号转换为时间离散信号 量化电路：将时间离散信号转换为幅度离散信号 编码电路：将幅度离散信号转换为数字信号 应用：广泛应用于各种测量、控制和通信系统中
网络化：实现远程监控和数据传输，提高 测量的实时性和便捷性
环保化：采用环保材料和工艺，降低对环 境的影响
标准化：制定统一的技术标准和规范，提 高测量结果的可比性和可靠性
医疗健康：用于监测人体生理参数，如血压、心率等 工业自动化：用于监测工业设备的运行状态，如温度、压力等 航空航天：用于监测航天器的运行状态，如温度、压力等 环保监测：用于监测环境参数，电路的 稳定性主 要取决于 应变片的 性能
应变片的 稳定性包 括线性度、 灵敏度、 温度稳定 性等
线性度是 指应变片 在测量范 围内输出 信号与输 入信号的 线性关系
测试技术-3.4 电阻应变片的测量电路
• 设桥臂比 n R2 / R，1 由于 并考虑到平衡条件
R1 = ，R1 分母中
R1可/ R忽1 略，
R2 / R1， R则4 / R式3 （3-33）可写为
•
(3-34)
• 电桥电压灵U敏o 度(1定nn义)2 为RR11 E
•
•
SU
Uo R1
n (1 n)2
E
(3-35)
R2
R3 R（3R43-42）
• 若ΔR1=ΔR2，R1=R2，R3=R4，则得
•
Uo
E 2
R1 R1
（3-43）
• 由式（3-43）可知，Uo与ΔR1/R1成线性关系，差动电桥无
非线性误差，而且电桥电压灵敏度 SU=E/2，是单臂工作时 的两倍，同时还具有温度补偿作用。
3.4 电阻应变片的测量电路
• 当E值确定后，n取何值时才能使 S最U 高。
• 由 dSU / dn 0求 的SU 最大值，得
•
dSU dn
1 n2 (1 n)3
0
（3-36）
3.4 电阻应变
确定后，当R1=R2=R3=R4时，电桥电压灵敏度最
高，此时有
3.4 电阻应变片的测量电路
• 3.4 电阻应变片的测量电路
• 3.4.1 直流电桥
• 1. 直流电桥平衡条件
• 电桥电路如图3-9所示，图中 E为电源电压，R1、R、2 R及3 R4
• 为桥臂电阻，RL 为负载电阻。当 RL→∞时，电桥输出电压 为
• •
Uo
E
R1 R1 R2
R3R3R（4 3-31）
压为
应变片的测量电路
R2
R3
R4
R1
C
B
D
桥压
U 输出
I12
I34
惠斯登电桥测量原理
电路桥臂组成 应变片+固定电阻元件 A,C: 电桥输入端 B,D: 电桥输出端
电桥供电分直流、交流两种 早期由于直流放大器的漂移大、线性差，故大多采用交流电桥配交流放大器。现在由于新一代（如斩波稳零集成运放ICL7650)的直流运放完全克服了早期直流放大器的弱点，现在放大器大多采用直流电桥。 直流电桥和交流电桥的基本原理是相同的。为了叙述方便，下面先分析直，有： 因为P=P1=P2，M1=-M2，所以有： 采用全桥接法，既排除载荷偏心的影响，又使输出电压提高二倍
01
单击此处添加小标题
02
单击此处添加小标题
03
单击此处添加小标题
04
单击此处添加小标题
”
τ
单击此处添加小标题
将得到的应变值除4计算求得到Mr。
控制惠斯登电桥性态的关系式
对于应变电桥
等臂电桥: 各个桥臂初始阻值相等 半等臂电桥: R1=R2=R’, R3=R4=R’’ , R’ 与R’’不相等.
电桥输入电压恒定时,输出电压与桥臂电阻变化率之间的关系
非线性误差分析 令
非线性部分
PART 1
若略去U2,则引入非线性误差,此相对误差：
全臂电桥(同一批四个工作片)
用于以应变片为传感元件的传感器 提高灵敏度,提高线性度,消除温度效应 四个工作片充当温度补偿片，即承受机械变形，又受环境温度的影响。
电桥灵敏度
R1 ,R4 R2, R3工作片；同时起到温度补偿 如果相临两个应变片承受大小相等/方向相反的应变:输出电压
对臂电桥(两个工作片)
《应变片测量电路》课件
02
敏感元件通常由金属箔或金属丝制成，具有高灵敏度和 稳定性。
03
敏感元件的电阻值会随着应变的变化而变化，从而将应 变转换为电信号。
转换电路
转换电路是将敏感元件输出的 电信号转换为可测量的电压或 电流信号的电路。
转换电路通常由恒流源或恒压 源以及运算放大器等组成。
转换电路的作用是将微弱的电 信号放大并转换为适合测量的 电压或电流信号。
《应变片测量电路》 PPT课件
目录
• 应变片测量电路概述 • 应变片测量电路的组成 • 应变片测量电路的设计与实现 • 应变片测量电路的优化与改进 • 应变片测量电路的发展趋势与展望
01 应变片测量电路概述
应变片测量电路的定义
01
应变片测量电路是一种利用应变 片来测量物理量（如压力、加速 度、温度等）的电子测量电路。
组成。
应变片测量电路的应用
应变片测量电路广泛应用于各种工业 自动化控制系统中，如压力、流量、 液位、温度等参数的测量和控制。
此外，应变片测量电路还可用于人体 生理参数的测量，如血压、心电等。
在汽车、航空、石油化工等领域也有 广泛应用。
02 应变片测量电路的组成
敏感元件
01
敏感元件是应变片测量电路的核心部分，用于感知被测 物体的应变。
多物理场耦合测量技术
将应变片与其他传感器结合，实现多物理场的耦合测量，为复杂环 境下的测量提供更多可能性。
未来展望
更高精度和稳定性
随着新材料和新工艺的研发，未来应变片测量电路将具有更高的 精度和稳定性，满足更严格的应用需求。
更广泛的应用领域
随着技术的不断进步和应用需求的增加，应变片测量电路将在更 多领域得到应用，如生物医学、航空航天等。
电阻式传感器测量电路
若电桥初始平衡，且R =R2 =R3=R4=R，当第一 桥臂电阻R1 变为R1+ΔR1 时，电桥输出电压为：
RR 1 1 U0 I IR （2 44） R 4 R R 4 1 4R 若满足ΔR1<<R1 ，则
1 U 0 IR U 0 4 （2 45）
输出电压与ΔR成正比，即与被测量成正比。 输出电压与恒流源供给的电流大小、精度有关， 与温度无关。
（2 41）
1 Z1 U SR 2 Z1
（2 42）
③ 全桥差动电路 U SC U SR
Z1 Z1
（2 43）
3. 交流电桥的调平方法 由于引线产生的分布电容的容抗(引线电 感忽略)、供电电源的频率及被测应变片 的性能差异，交流电桥的初始平衡条件
和输出特性都将受到严重影响，因此必
2. 非线性误差 使用恒流源的非线性误差为：
R U0 R R 4 R rI ' 1 （2 46） U0 4 R R 1 R 4R 4R
若采用恒压源，非线性误差为：
1 R 1 R 2 R rE 1 1 R 1 R 2 R 1 1 2 R 2 R
C2
R1 USC
R2 USC
R2 C4
USR
R3 R4
C3
R3 USR
R4
~
图2-15 交流电桥平衡调节
~
2.4.3 恒流源电桥
半导体应变电桥的非线性误差很大，故半导体
应变电桥除了提高桥臂比、采用差动电桥等措
施外，一般还采用恒流源.
1. 电桥输出电压与电阻变化量的关系
若右图所示的电路输入
阻抗较高，则有：
（2 47）
2. 影响压阻系数的因素
任务二;应变式传感器的特性和测量电路
图2-5 应变计的机械滞后特性图
自动检测技术
2.2 电阻应变片特性
粘贴在试件上的应变片，在温度保持 P0 恒定没有机械应变的情况下，电阻值 随时间变化的特性称为应变片的零漂 ，如图所示。
图2-6 应变计的蠕动和零漂特性
自动检测技术
2.2 电阻应变片特性
温度保持恒定，在承受某一恒定的机械应变时， 应变片电阻值随时间变化而变化的特性称为应 变片的蠕变，如上图中θ所示。 蠕变的方向一般与原应变量变化的方向相反。 蠕变反映了应变计在长时间工作中对时间的稳 定性，通常要求 3 ~ 15 s 。 引起蠕变的主要原因是，制作应变计时内部产 生的内应力和工作中出现的剪应力，使丝栅、 基底，尤其是胶层之间产生的“滑移”所致。
Uo E( R1 R1 R2 R3 R4 ) R4 R1 R3 R1 E R R R (1 1 2 )(1 4 ) R1 R1 R3
2.3 电阻应变片的测量电路
R2 设桥臂比n R 1
，由于 R1 R1 ，分母中 R1 / R1 可忽略，并考虑到平衡条件 R1 R3，则上式可 写为： n R1 R2 R4
自动检测技术
资讯——知识准备 二、应变式传感器的特性及测量电路
电阻应变片特性 金属电阻应变片的测量电路
自动检测技术
2.1 电阻应变片特性
2.1 应变片的其他特性
1．机械滞后、零漂和蠕变
机械滞后是指粘贴在试件上的应变计，在恒温条件下增(加载)、减 (卸载)试件应变的过程中，对应同一机械应变所指示应变量(输出) 之差值。
Uo E (1 n)2 R1
电桥电压灵敏度定义为：
U0 n KV E R1 (1 n) 2 R1
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
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U AC R U AC U0 K 4 R 4
（5）
U AC R R U AC U0 K 4 R 4
（5）
上式表明：输出电压与应变成线形关系，这是个近似公 式。同样只在桥臂AB上接应变片，即 R1 0，则由（1） 式（精确公式）得电桥的输出电压为：
将（5）（6）两式相比，（6）式中增加了一个系数 （即圆括号部分）称为非线性系数。它愈接近1，说 明电桥的非线性就愈小，也就是说按近似公式及精确 公式计算得到的输出电压值愈接近。
m<1
m 1 立式桥非线性系数比等臂桥大， 1 m 2 误差比等臂桥小。
（二）电桥的平衡 测量前，必须先使电桥处于平衡状态，即电桥无输出。 但由于应变片电阻值总有偏差，接触电阻，导线电阻等 存在，往往电桥不能平衡，因此需设置预调平衡电路。 在电桥中增加R 5电阻和 R 6电位器， R6 可分为两部分：
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。 电阻应变仪中电桥通常采用直流电桥和交流电桥，本 课仅讨论前者。
一、直流电桥 （一）电桥的输出电压
设电桥中四个桥臂电阻为R1、R 2、R 3、R （其中 4 任一个电阻可以是应变片）。 AC两端为输入—接直流电源，用UAC表示
应变片测量电路
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
一般 R=120 K 2.0 ~ 2.4
若取 K 2ห้องสมุดไป่ตู้0
则
106 ~ 103
R=KR 0.00024 ~ 0.24
R=KR 0.00024 ~ 0.24
UAC R 1 U0 ( ) 4 R 1 1 R 2 R
（6）
通常取应变片的灵敏系数K=2，若应变 1000，则 由 R R K ，可得到（６）式中的非线性系数等于 0.999，非常接近于1。因此在一般应变范围内按接近公 式计算输出电压，所产生地方误差非常小，可以忽略不 计。 ２、卧式桥
(R1 R1 )(R 4 R 4 ) (R 2 R 2 )(R 3 R 3 ) U0 UAC (R1 R1 R 2 R 2 )(R 3 R 3 R 4 R 4 )
（精确公式）
(R1 R1 )(R 4 R 4 ) (R 2 R 2 )(R 3 R 3 ) U0 UAC (R1 R1 R 2 R 2 )(R 3 R 3 R 4 R 4 )
（2） （近似公式）
1、等臂电桥 四个桥臂电阻值相等，即 R1 =R 2 =R3 =R 4 R 由（2）式输出电压为：
UAC R1 R 2 R 3 R 4 U0 ( ) 4 R1 R2 R3 R4
（3 ）
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 ：
R '6 n1R 6 R ''6 n 2 R 6
n1 n 2 1
' 1
见（b）
将星形连接变为三角形连接，则
1 R n1R 6 R 5 n2
1 R n 2R 6 R 5 n1
' 2
1 R n1R 6 R 5 n2
U AC K U0 (1 2 3 4 ) 4
（4）
说明： （１）当满足 R<<R 时，电桥的输出电压与各 桥臂应变片代数和成线形关系。 （２）上式由假定 R i <<R ，忽略高阶微量推导 而来（为近似公式） 如果只考虑AB桥臂接应变片，即仅 R1 有一增量 R1 ，感受应变，则由（3）和（4）式，得输出电压 为：
R1 R 2 R
R3 R 4 R '
同样只在AB桥臂上接应变片， R 0 ，此 时，由近似公式（2）及精确公式（1）得 到的输出电压表达式与等臂电桥的（5） 及（6）式完全相同，它的非线性系数也 相等。
３、立式桥
R1 R 3 R
R 2 R 4 R'
若AB桥臂接应变片，即 R1有一增量 R ，由近似公 式（2）得到输出电压为：
从ABC半个桥看，流经 R1的电流
U AC I1 R1 R 2
R1 两端压降：
U AB R1 I1R1 U AC R1 R 2
R 3 两端压降： R3 U AD U AC R3 R 4
电桥输出电压：
U0 =U AB U AD
R1R 4 R 2 R 3 U AC (R1 R 2 )(R 3 R 4 )
U0 UAC
R R 1 m2 m
（７）
式中：m R R '
按精确公式（1）得到输出电压为：
1 U0 UAC ( ) 1 m R m2 1 m 1 m R
R R
（8）
将（7）（8）两式相比，（8）式中的括号为非线性 系数。讨论等臂电桥与立式电桥非线性系数： m 1 立式桥非线性系数比等臂桥小， 当 m 1 时， 1 m 2 误差比等臂桥大。
（1）
（精确公式） 若将平衡条件R1R 4 =R 2 R 3代入上式，并考虑R i R i 略去高阶微量，则电桥的输出电压为：
设处于平衡状态的电桥各桥臂由电阻增量为 R1, R 2 , R3 , R 4 则电桥的输出电压为：
R1R 2 R1 R 2 R 3 R 4 U0 UAC ( ) 2 (R1 R 2 ) R1 R2 R3 R4
电桥输出电压：
U0 =U AB U AD
R1R 4 R 2 R 3 U AC (R1 R 2 )(R 3 R 4 )
由上式知，当R1R 4 =R 2 R 3 时，则电桥输出电压 U0 0 则称电桥处于平衡状态。 设处于平衡状态的电桥各桥臂由电阻增量为 R1, R 2 , R3 , R 4 则电桥的输出电压为：