4第二章第3讲电阻应变仪
电阻应变仪
电阻应变仪一．用途电阻应变仪是用来测量构件或机械零件变形（线变形）的仪器。
这种仪器具有灵敏度高、体积小、便于远距离测量等优点。
它是电测法的主要仪器，对于验证设计理论、检验工程质量，以及决定正确的设计方案，都简便可靠。
因此它被广泛地应用于各类工程的应力分析实验中。
二．基本原理电阻应变仪主要由电阻应变片和应变仪两部分组成。
其工作原理是，把非电量的变形变化转变为电量的变化，即利用贴在构件上的电阻应变片随同构件一起变形引起电阻的改变，通过电子仪器测量此电阻的改变量，就可以求得构件所贴部位的应变。
1．电阻应变片电阻应变片由直径为0.02~0.05mm的康铜丝或镍铬丝制成的。
为使合金丝在标距内获得较大的工作长度，通常将合金丝绕成栅型。
合金丝的两边贴以绝缘薄纸，以免与试件直接接触。
两端用直径为0.1~0.2mm 的铜丝引出，L为标距，通常为1~100mm。
一般电阻应变片的电阻值为120Ω。
使用时，用特制的胶水将电阻片贴在试件的欲测部位，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）。
从物理学可知，长度为，直径为的金属电阻丝，其电阻值为若使金属电阻丝产生拉伸（或压缩）变形，则金属丝的长度、横截面积和电阻率都将变化，金属丝电阻值的相应变化量由下式求得其中又有，所以将等式两边除以得实验证明，在金属丝弹性范围内，是一常数，故令（称为灵敏系数）于是，我们得到式中K称为电阻应变片的灵敏系数，它的数值与电阻丝的材料及绕线方式有关，一般K值在2.0左右。
2．温度变化对应变片的影响和温度补偿片粘贴在测点上的应变片，若周围环境温度变化时，其电阻值也将产生改变，原因有二：（1）敏感栅电阻值随温度而改变温度时，敏感栅的电阻值为——温度在零度是敏感栅的电阻值——敏感栅的电阻温度系数当温度改变为时，应变片的阻值将改变（2）应变片线膨胀系数和测点材料线膨胀系数不同使应变片电阻变化当温度改变为时，应变片敏感栅的长度变化：测点材料的长度变化：长度变化的差值：因为，，所以因此，实验过程中如果温度变化，则应变片电阻的变化量为在常温应变测量中，常利用电桥原理，采用温度补偿片来消除温度变化的影响。
应变电测法和电阻应变仪的使用方法
应变电测法和电阻应变仪的使用方法电阻应变仪是电测实验应力分析中,通过粘贴于结构构件上的应变计测量构件应变的专用仪器。
实验室当前使用的两种型号的电阻应变仪均是自动平衡的数字应变仪，单台应变仪一批次最多可以接入12枚粘贴于构件上的应变计,俗称有12个测量通道。
在材料力学实验中有9项实验分别用到电阻应变仪，它们是弯曲正应力实验；电测法测扭转切变模量G实验；扭弯组合变形主应力测定和内力素分离实验；压杆临界压力测定实验；动应力和冲击应力实验；4项创新实验：两种不同材料组成的胶接叠梁实验，预应力提高结构承载能力实验；构件在内压、弯曲、轴力联合作用下E，μ测定和内力分离实验；双肢压杆实验。
因此要求同学能正确掌握电阻应变仪的接线（组桥）和使用方法，它对高质量完成实验是非常重要的。
使用电阻应变仪进行电测应力分析实验的几点共性的规定1、实验室所有电测构件上应变计的引线均用不同颜色的导线以区分应变计的贴片位置和方向，在把它们接到电阻应变仪不同通道（有1，2，3…12共12个通道）接线排上时，一定要记录该通道所测应变是代表哪一点哪一方向的应变。
2、在进行静态多点应变测量（加一级载荷同时测量2个测点以上的应变）时，所有测点测量片的两根引线均接到应变仪不同通道接线排上的A,B接线柱上，温度补偿片单独接到应变仪最左边无测点通道号的公共补偿接线柱上。
3、多点应变测量接线时应遵循由上而下，同一高度的两枚应变计则先前而后，有环轴向应变计的先环向后轴向的原则，分别按顺序接到应变仪的1，2 (12)通道上。
这样便于在测量过程中及时进行比较及时纠正错误。
4、单点应变测量时，随便接到哪一个通道均可，测量片接A,B桥臂，补偿片接B,C桥臂。
5、粘贴于不同教学构件上的应变计灵敏系数可能不同，测量前均要对使用的应变仪进行灵敏系数设定（设定方法见应变仪具体介绍）。
6、所有接上应变计导线的接线柱必须拧紧，测量过程中不允许拉动导线，因是电阻变化转变成应变的测量，任何松懈的接线和测量中拉动导线都会引起接触电阻的变化，造成应变读数的变动。
[工学]第二章 电阻应变式传感器
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变片称为应变片自补偿法。下面介绍两种自补偿应变
片。
〔1〕选择式自补偿应变片
由式(2-23)可知，实现温度补偿的条件为
taK t(mg)t0
那么
K(mg)
(2-24)
被测试件材料确定后，就可以选择适合的应变片敏感栅材
料满足式〔2-24〕，到达温度补偿。这种方法的缺点是一
种 值的应变片只能用在一种材料上，因 此局限性很大。
总附加虚假应变量为
RR tK t/ 0a K t(mg) t
2.5.2 温度补偿方法
〔2-23〕
温度补偿方法，分为桥路补偿和应变片自补偿两大类。
1. 桥路补偿法
桥路补偿法也称补偿片法。应变片通常是作为平衡电桥
的一个臂测量应变的，图2-6中R 1 为工作片， R 2 为补偿片。
2.5 电阻应变式传感器的温度误差及其补偿
2.4 粘合剂和应变片的粘贴技术
2.4.2 应变片粘贴工艺
4. 划粘贴应变片的定位线 为了保证应变片粘贴位置的准确，可用画笔在试件外 表划出定位线。粘贴时应使应变片的中心线与定位线对 准。 5. 粘贴应变片 在处理好的粘贴位置上和应变片基底上，各涂抹一层 薄薄的粘合剂，稍待一段时间〔视粘合剂种类而定〕， 然后将应变片粘贴到预定位置上。在应变片上面放一层 玻璃纸或一层透明的塑料薄膜，然后用手滚压挤出多余 的粘合剂，使粘合剂层的厚度尽量减薄。 6. 粘合剂的固化处理 对粘贴好的应变片，依粘合剂固化处理。
〔2-15〕 (2-16) 〔2-17〕 〔2-18〕
l l 0 为 丝温长度 度为 ；l tt2为0时温的度应为变t时丝应长变度丝；下t1的为试温件度长为度t时；的β应g变为
应变丝的线膨胀系数；βm为试件的线膨胀系数；、l t1 lt2 分别为温度变化 时应变丝和试件的膨胀量。
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）。
电阻应变片构造及工作原理
§4-1 电阻应变片的构造及工作原理
一、金属丝的灵敏系数 1、实验结果
实验表明：绝大多数金属丝受到拉伸时，电阻值会增大，缩短时电阻值会 减少，这种电阻值随变形发生变化的现象，叫做电阻应变效应。
金属丝材的电阻应变效应曲线
金属丝材在一定的变形范围内，电阻值的相对变化（电阻 变化率）与其长度的相对变化（应变. ）之间保持线性关系。
2、缺点：
（1）点测（若分析应力在平面上的分布情况，需要大量的应变片）； （2）用于宏观测量（最小的应变片长约为0.2mm）。
电阻应变测量系统
电阻应变片——将构件的应变转换为电阻变化。 电阻应变仪——将此电阻变化转换为电压（或电流）
的变化，并进行放大。
记录器——记录器把电压记录下来，并换算成应变。
.
感栅的电阻变化率。
设在应变测量时，构件表面处于二向应变状态，且主应变 1 、 2
主应变方向分别取为 ox、oy 方向。
一枚丝绕式应变片与x轴的夹角为α，
沿其栅长与栅宽方向的应变记为 L
和
。敏感栅电阻变化可按直线部分
B
和弯头部分分别考虑。
.
R R
K0
直线部分电阻变化为：
R L R0K L nK L 0L
梁自由端的挠度：
f
Ml 2 2 EI
在纯弯区域内，梁轴线变形后的曲率： 1 M
EI
梁跨度中间截面上、下表面处的应变：
（4）RR值的测定；
x
ym ax h/2Mh f h
2EI l2
将安装在梁上的应变片作为工作片和另外一个补偿片接入电
阻应变仪中，把应变仪上的灵敏系数刻度盘转到 K仪 上，2
应变仪可测出 ，仪则可得：
一般应变片的灵敏系数由制造厂家实验测量，称为应变片的标定。 厂家采用抽样方法，在每一批相同条件下生产的应变片中抽出1%样 品进行实验，取其平均值作为这一批应变片的灵敏系数。
《电阻应变仪》课件
应变是指物体在外力作用下发生 的形变，而电阻应变仪则是通过 测量电阻的变化来间接测量应变 。
电阻应变仪的原理
金属丝或应变片在受到外力作用时， 会发生形变，从而导致其电阻值发生 变化。
电阻应变仪通过测量这种电阻变化， 并利用一定的转换关系，可以推算出 物体的应变值。
电阻应变仪的应用
在结构健康监测中，电阻应变仪 可以用于监测桥梁、大坝、高层 建筑等大型结构的应变情况，及 时发现潜在的结构安全隐患。
3
科研领域
在材料科学、生物医学等科研领域，电阻应变仪 的应用将为科学研究提供更加精准的数据支持。
在振动测试中，电阻应变仪可以 用于测量物体的振动位移、速度 或加速度等参数。
电阻应变仪广泛应用于结构健康 监测、压力测量、振动测试、材 料力学等领域。
在压力测量中，电阻应变仪可以 用于测量气体或液体的压力。
在材料力学中，电阻应变仪可以 用于研究材料的力学性能，如弹 性模量、泊松比等。
01
电阻应变仪的结构 与功能
电阻应变片的原理与构造
电阻应变片
由敏感栅、基底、覆盖层和引线 组成，用于将应变转换为电阻变 化。
工作原理
当应变片受到外力作用时，敏感 栅发生形变，导致电阻值发生变 化，通过测量电路检测电阻变化 即可得到应变值。
测量电路的工作原理
01
02
03
桥式电路
将应变片接入惠斯通电桥 ，通过调节电桥平衡，得 到与应变值成正比的电压 输出。
放大器
将电桥输出的微弱电压信 号放大，便于后续的信号 处理和显示。
模数转换器
将模拟的电压信号转换为 数字信号，便于计算机处 理和存储。
电阻应变仪的测量精度与误差分析
测量精度
4第二章第3讲电阻应变仪
电阻应变仪
(o)
1
定义及分类
定义
利用电阻应变片作为传感元件测量应变的专用电子仪器。
根据放大器种类： 1. 直流放大式应变仪
结构：采用直流供桥，放大器采用差分放大器或调制性直流放大器。 优点：不存在分布电容的影响，可使用较长的导线，易于预调平衡，工作频
率宽(0~10kHz) 缺点：为了解决零漂问题采用结构复杂的电路，价格昂贵。
AC220V/50Hz；DC5V； 功率：3W； 外形尺寸(长×宽×高): 380mm×280mm×100mm； 重量： 12测点: 约3.8Kg； 24测点: 约4.5Kg； 软件内容：动静应变和应变花采集、示波、灵敏度系数(K值)
调制
放大
解调
应变片 振荡器
相敏检波器
相敏检波器 低通滤波
电阻应变仪工作原理框图
College of Materials Science and Engineering, Chongqing University
7
电阻应变仪的各部分作用
试件
电桥
放大
相敏检波 低通滤波 显示记录
振荡器
College of Materials Science and Engineering, Chongqing University
6.0 4.0 10.0 4.5
BX120-7AA
7.0 4.0 12.0 7.0
BX120-8AA
8.0 3.0 13.0 6.0
BX120-2CA(XX)
2.0 1.0 7.2 7.2
BX120-3CA(XX)
3.0 2.0 11.5 11.5
BX120-5CA(XX)
电阻应变仪原理
电阻应变仪原理电阻应变仪是一种用于测量物体应变的仪器。
它的原理是利用电阻的变化来测量物体的应变。
当物体受到外力作用时，它会发生形变，这种形变会导致物体内部的电阻发生变化。
电阻应变仪就是利用这种变化来测量物体的应变。
电阻应变仪的基本原理是电阻的变化与应变成正比。
当物体受到外力作用时，它会发生形变，这种形变会导致物体内部的电阻发生变化。
电阻的变化量与应变成正比，即电阻的变化量与物体的应变成正比。
因此，通过测量电阻的变化量，就可以得到物体的应变。
电阻应变仪的工作原理是利用电桥原理。
电桥是一种用于测量电阻的仪器，它由四个电阻组成，其中两个电阻是已知的，另外两个电阻是待测的。
当电桥平衡时，电桥两端的电压为零。
当待测电阻发生变化时，电桥就会失去平衡，电桥两端就会产生电压。
通过测量电桥两端的电压，就可以得到待测电阻的变化量。
电阻应变仪利用电桥原理来测量物体的应变。
它由一个电阻应变片和一个电桥组成。
电阻应变片是一种特殊的电阻，它的电阻值会随着物体的应变而发生变化。
电桥的两个电阻是已知的，另外两个电阻是电阻应变片和待测物体的电阻。
当电桥平衡时，电桥两端的电压为零。
当待测物体发生应变时，电阻应变片的电阻值就会发生变化，电桥就会失去平衡，电桥两端就会产生电压。
通过测量电桥两端的电压，就可以得到待测物体的应变。
电阻应变仪是一种用于测量物体应变的仪器，它的原理是利用电阻的变化来测量物体的应变。
电阻应变仪利用电桥原理来测量物体的应变，它由一个电阻应变片和一个电桥组成。
当待测物体发生应变时，电桥就会失去平衡，电桥两端就会产生电压。
通过测量电桥两端的电压，就可以得到待测物体的应变。
电阻应变仪PPT课件
匹配。
✓对于静态测量，应根据测试精度要求和测试量来选择仪器的分
辨率（最小应变读数）和测量点数（配预调平衡箱）。
第17页/共31页
应变仪的使用：
（2）应变仪的操作要点： ✓按实测需要确定接桥形式，测点与仪器间的连线应采用金属屏 蔽线，导线要固定，接地点要正确。 ✓根据被测信号的大小，正确选择衰减器的档位，使其输出既有 一定的幅度，又不产生非线性失真。 ✓连接记录器，并注意其阻抗匹配。 ✓对于电标定，其标定应变应根据被测信号的最大值来选用，一 般标定应变＝2/3被测最大值 ✓仪器的预调平衡应在“预调平衡”的档位上进行。
半桥接法(温度补偿）：
R1 KR Rt
R2 KR Rt
U H
U0 4
1 R
(R1
R2
)
U0 4
1
R
KR
U0 4
K (1 )
ˆ 1
KT
1 R
(R1
R2 )
1 KT
1 KR (1 )
R
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（2）在试件上找到与测点的应变符号相反、比例关系已知、温度 条件相同的另外一个点，则不必另外制作专用于粘贴补偿片的补 偿块，而在这两点上分别粘一片特性相同的应变片，也可实现温 度补偿。
或
Z1 Z 3 Z2 Z4
相对桥臂阻抗之积相等
第7页/共31页
交、直流电桥的异同点
相同点：输出电压的幅值都与被测的应变成正比； 不同点：
直流电桥
输出的是正或负的直流电压，与应 变同频率变化。
从输出电压的正或负，可以判断是 拉应变还是压应变。
交流电桥
输出的是正弦调幅波；
电阻应变计的原理及使用
第2章 电阻应变计的原理及使用2.1 电阻应变计的工作原理电阻应变计习惯称为电阻应变片，简称应变计或应变片。
出现于第二次世界大战结束的前后，已经有六十多年的历史。
电阻应变计的应用范围十分广泛，适用的结构包括航空、航天器、原子能反应堆、桥梁、道路、大坝以及各种机械设备、建筑物等；适用的材料包括钢铁、铝、木材、塑料、玻璃、土石、复合材料等各种金属及非金属材料。
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，它在对结构和设备的安全监测方面也有广泛的应用前景。
电阻应变计是一种用途广泛的高精度力学量传感元件，其基本任务就是把构件表面的变形量转变为电信号，输入相关的仪器仪表进行分析。
在自然界中，除超导外的所有物体都有电阻，不同的物体导电能力不同。
物体电阻的大小与物体的材料性能和几何形状有关，电阻应变计正是利用了导体电阻的这一特点。
电阻应变计的最主要组成部分是敏感栅。
敏感栅可以看成为一根电阻丝，其材料性能和几何形状的改变会引起栅丝的阻值变化。
设一根金属电阻丝，其材料的电阻率为ρ，原始长度为L 。
不失一般性，假设其横截面是直径为D 的圆形，面积为A ，初始时该电阻丝的电阻值为R ：AL R ρ= （2-1） 在外力作用下，电阻丝会产生变形。
假设电阻丝沿轴向伸长，其横向尺寸会相应缩小，横截面的半径减少导致横截面面积发生变化。
导线的横截面原面积为42D A π=，其相对变化为 L dL DdD A dA μ22−== （2-2） 其中μ为金属丝材料的泊松比。
dL/L 为金属导线长度的相对变化，用应变表示，即：LdL =ε ( 2-3 ) 在电阻丝伸长的过程中所产生的电阻值的变化成为：(εμρ)ρρρ21++=−+=d A dA L dL d R dR （2-4） 在式中，前一项是由金属丝变形后电阻率发生变化所引起的；后一项是由金属丝变形后几何尺寸发生变化所引起的。
电阻应变测量及方法
▪§ 2.1 概述 ▪§ 2.2 电阻应变计 ▪§ 2.3 应变片测量电路 ▪§ 2.4 直流式电阻应变仪 ▪§ 2.5 应变片在构件上的布置和组桥 ▪§ 2.6 静态应变测量
§ 2.1 概述
电阻应变测量技术是用电阻应变片测量构件的表 面应变，再根据应力—应变关系确定构件表面应 力状态的一种实验应力分析方法。
(
R R
)y
Kxx
K y y
轴线
x
式中：
R R
R ( R )x
(
R R
)
y
Kxx
K y y
(
R R
)
x
、( R R
)
y
分别为
x和
y引起的敏感栅电阻的相对变化。
Kx、Ky 分别为应变片轴向和横向灵敏系数。
Kx
(R R)x
x
Ky
(R R)y
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。
H Kx 100% Ky
四、电阻应变片工作特性的标定
（一）灵敏系数的标定
注意：
K= R R
（1）单向应力状态 ——故采用纯弯梁；
（2）应变片轴线应平行单向应力——注意贴片方向；
（3）标定材料为钢梁——标定梁泊松比为 。
标定思路：
（1）由三点挠度仪测 f
（纯弯曲上下表
面的轴向应变为：
hf
(a )2 f 2 hf
2
其中：f为由三点挠度仪上千分表测出的挠度值；
若电阻应变仪灵敏系数和读数应变分别为K0和 d表示，
则： R R K0d
得应变片的灵敏系数为：
K= R
R
K0d
(完整版)4-2电阻应变片测量电桥电路
R1 R1
K01
R2 R2
K0 2
R3 R3
K0 3
R4 R4
K0 4
UK4 0E1234
仪E 4U 0 K1234 ——应变仪的读数
应变仪读数与应变片应变的关系为：对臂相加，邻臂相减
§4.2.2 温度的影响与补偿
当温度改变时，会造成应变片丝栅电阻值的改 变，一般当温度增高10C 时，测量仪器的读数将 上升50µε（微应变），这个应变是虚假应变必须 消除掉，有两种消除方法。
U U D U B A B U A D U D U B R 1 R 1 R 2 R 3 R 4 R 4 E R 1 R 1 R R 3 2 R R 3 2 R 4 R 4 E
讨论：
1、电桥平衡
当电桥平衡时， U ，0即
R1R-3--电R2桥R4平衡的条件
阻值应能变化1.2Ω，则应有 RR RRS将1.2 代R入，1将2 解0得
。
RRS
RS 1.16k5
3、加载后——求电压输出 R 1 R 1 R 1
各桥臂阻值变化分别为：
R2 R2 R2 R3 R3 R3
R4 R4 R4
代入输出电压公式
UR1R1R R32R R32R 4R4E
U R R 1 1 R R 1 1 R R 3 2 R R 3 2 R R 3 2 R R 3 2 R R 4 4 R R 4 4 E
后接于电R桥S 的结点B。调节 即可改变R桥b 臂AB和BC电阻的比例，使电桥平衡
的条件得到满足，即
------R称1R为3 预R调2R平4 衡。
这一装置的平衡范围取决于固定电阻 的R S值。因为在极端情况下， 的R滑b
动点滑到一头，将使 完全R并S 联在某一桥臂上，使其阻值变化最大。
第三讲 电阻应变计
m为材料常数 ν为泊松比。 为材料常数, 为泊松比。
∆R = [m (1 − 2ν ) + (1 + 2ν )]ε R
电阻丝灵敏系数 电阻丝灵敏系数
K s = m (1 − 2ν ) + (1 + 2ν )
∆R = K sε R
电阻应变片的灵敏系数是指安装在被测构件上 电阻应变片的灵敏系数是指安装在被测构件上 的电阻应变片， 的电阻应变片，在其轴向受到单向应力时引起 的电阻相对变化与由此单向应力引起的试件表 面轴向应变之比。 面轴向应变之比。
∆R = Kε R
注意：电阻丝的灵敏系数K 注意：电阻丝的灵敏系数 s和应变计的灵 灵敏系数 敏系数K有点差别 有点差别。 敏系数 有点差别。 因为应变计有横向效应 横向效应。 因为应变计有横向效应。 应变计的横向效应系数为横向 为横向灵敏系数 应变计的横向效应系数为横向灵敏系数 纵向灵敏系数的百分比 灵敏系数的百分比。 和纵向灵敏系数的百分比。 横向效应系数较小为好。 横向效应系数较小为好。 应变片测量的应变是应变片栅长长度 应变片测量的应变是应变片栅长长度 内的平均应变。 内的平均应变。
体积变化率
对此式微分得 对此式微分得
∆V V
体积变化率
∆V ( l + ∆l ) ⋅ ( A + ∆A) − lA = V lA
略去高阶微量得
∆ V A ∆ l + l∆ A = V lA ∆A ∆ V ∆l = − A V l
∆V ∆ l ∆A = + V l A
∆R ∆ ρ ∆l ∆ A = + − R l A ρ
2、电阻应变片横向效应系数是指 、 横向 灵敏 灵敏系数之比值，用 数表示。 系数与 纵向 灵敏系数之比值，百分 数表示。 3、电阻应变片的灵敏系数是指安装在被测 电阻应变片的灵敏系数是指安装在被测 构件上的电阻应变片，在其（ 构件上的电阻应变片，在其（ 轴向 ）受到单 向应力时引起的（ 向应力时引起的（ 电阻 ）相对变化与由此单 之比。 向应力引起的试件表面 轴向应变 ）之比。 （ 之比 4、圆轴受扭矩作用，用应变片测出的是（ 、圆轴受扭矩作用，用应变片测出的是（ C A.切应变； B.切应力； 切应变； 切应力； 切应变 切应力 C.线应变； D.扭矩 线应变； 线应变 扭矩 ）
电阻应变计式传感器ppt.ppt
第2章 电阻应变式传感器(Resistive Strain Gauge Sensors)
2.1电阻应变计的基本原理结构和应用
二、电阻应变计的结构与类型 (4)盖层——用纸、胶作成覆盖在敏感栅上的保护层；起着
(5)粘结剂——制造应变计时，用它分别把盖层和敏感栅固 结于基底；使用应变计时，用它把应变计基底粘贴在 试件表面的被测部位。因此它也起着传递应变的作用。
变力; E——半导体材料的弹性模量;ε——半导体材料的应
变。
第2章 电阻应变式传感器(Resistive Strain Gauge Sensors)
2.1电阻应变计的基本原理结构和应用
2.半导体材料的压阻效应
dR (1 2 E)
R
（2-6）
由于πE>>(1+2μ)，因此半导体丝材的
Ks≈πE。可见，半导体材料的应变电阻效应
• 零漂和蠕变反映传感器的长期稳定性
▪ 应变极限lim
• 应变计的线性范围，是衡量应变计测量范围
和过载能力的指标，一般 lim ＞8000
指
10%
示 应
变
P0
真实应变
第2章 电阻应变计式传感器
动态特性
▪ 机械应变以声波的形式和速度在材料中传播的。 当它依次通过一定厚度的基底、胶层并引起应 变计的响应时，会有时间的迟后。应变计的这 种响应迟后对动态(高频)应变测量，尤会产生 误差。应变计的动态特性就是指其感受随时间 变化的应变时之响应特性
第2章 电阻应变计式传感器
2.1 电阻应变计的基本原理与结构 2.2 电阻应变计的主要特性 21.32 电阻应变计的温度效应及其补偿 2.4 电阻应变计的应用 2.5 测量电路 2.6 电阻应变计式传感器
电阻应变仪等测试仪器使用及电路原理
实验七 电阻应变仪等测试仪器使用及电路原理一、YJ-25型静态电阻应变仪电阻应变仪型号繁多，常用的有静态电阻应变仪，如YJ-16，YJ-25,7V14C 型，静动态电阻应变仪YJD-1型，动态应变仪YD-15型，以及数字式应变仪，遥测应变仪等，现以YJ-25为例作一介绍。
YJ-25静态电阻应变仪采用了大规模集成电路，数码显示和长导线补偿技术。
具有精度高，稳定性好，可靠性高，抗干扰能力强，体积小，重量轻，使用和维修方便等特点。
1． 结构原理（1）该仪器主要特点是将放大后的信号经A/D 转换器变成数码显示，读数方便准确，其原理框图见 图7-1。
图7-1 应变仪原理框图（2） 仪器结构，前面板如图7-2。
包括：电源开关、粗细调节、基零测量按钮及灵敏系数、电阻平衡、基零平衡调节旋钮和读数显示屏。
后面板如图7-3所示。
包括：标定、电桥盒、转换器；灵敏度调节旋钮及电源输入插口、预调箱插口、保险丝等。
图7-2 前面板示意图 图7-3 后面板示意图2． 操作步骤（1） 接线：联接电源，应变仪及电桥盒的各接线。
将与工作片和补偿片相联的导线接入电桥盒。
根据测量的需要，电桥盒的接线有半桥及全桥联接两种。
半桥联接：电桥盒（图7-4）上的1，2，3，4分别相当于电桥的A 、B 、C 、D 四个接线柱。
R 3，R 4为电桥盒内的两个120Ω无感线绕电阻作为内半桥。
将接线柱1和5，3和7，4和8分别短接，在1、2之间接工作片R 1，2、3之间接补偿片R 2，即为半桥单点测量接线。
见图7-4（a ）。
全桥联接：将电桥盒1和5，3和7，4和8之间的短接片全部取下。
分别在（1、2），（2、3），（3、4），（4、1）之间接应变片。
即为全桥联接见图7-4（b ）。
（a ） （b ）图7-4 电桥盒示意图多点测量时应变片的导线接入P20R-25型预调平衡箱，并将预调平衡与应变仪联在一起，后面板上的开关拨到预调箱档上。
（2） 标定：调整灵敏系数，使指示值K 对在2.00上，在仪器标定后，再对至与应变片灵敏系数相同的数值上。
电阻应变计的原理及使用PPT课件
半导体应变片
半导体应变片的敏感栅为半导 体，灵敏系数高，用数字欧姆 表就能测出它的电阻变化，可 作为高灵敏度传感器的敏感元 件。
几何尺寸变化引起的电阻变化远小于由材
料电阻率变化引起的电阻变化，前者可忽
略不计，可得
△R R
L E
从而可得半导体应变片灵敏度系数为
KS=πＬE
最突出优点
半导体应变片的最突出优点是灵敏度大，Ｓ 可达60～150，
加工方法有关的常数。
令 Ks (1 2) C(1 2)
而dl/l=ε，这样式成为
△R R
dR R
KS
（若导体截面为宽b厚t的矩形的导体，也可通过类 似推导得出）
Ks取决于以下两个因素：
1）几何尺寸:电阻丝材料本身的机械性能，即由于 金属丝拉伸后,（2+1）项表达的几何尺寸变化; 2）物理性质:电阻丝受力后材料的单位应变系数电 阻变化率，即为d//dL/L项。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的原因. 显然， Ks 愈大，单位纵向应变引起的电阻值相对 变化愈大，说明应变片愈灵敏。
感器
应变片的筛选
应变片的基地与覆盖层无破损折曲、敏 感栅平直、排列整齐、无绣斑、气泡、 无霉点
用低压（100V）高阻表检查绝缘电阻 量测应变片的初始电阻值。偏差小于
0.6欧姆 选用应变片时，要考虑应变片的性能参
数，主要有：应变片的电阻值、灵敏度、 允许电流和应变极限等。
应变片的精度
普通级：教学 精密级： 高精度传感器和精密测试 高精密级
电阻应变测量 电容应变测量 电感应变测量
（五）、优点
1 测量精度高,量程大（应变仪上所读出的最 大应变值）,灵敏度高（应变仪上所读出的最 小应变值.一般应变片:1微应变）；标距（任 何类型的应变计都不能测出一点的应变） （箔式应变片:0.2毫米）
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特点
全程控（程控量程、程控滤波、程控平衡），面板 无任何调节钮； 应变桥盒
可选计算机接口：
① 网络接口。10/100BaseT，支持TCP/IP协议(无差错校 验)，可用交换机组网，支持多膜和单膜光纤。测试距离 由100米扩展到数公里，应变通道可扩展到1000通道；
② USB接口。直接与计算机连接，支持Plug & Play；
测量方式:动应变测量；静应变测量； 单台仪器通道数: 4通道、8通道、16通道； 计算机接口: 网络接口10/100BaseT或USB接口； 测量(程控，对应2伏桥压)
程控量程: 1档±10000me；2档±100000me； 输出灵敏度: 1000me/V；10000me/V； 测量准确度: ≤0.1％FS；
全程控特点，能直接把应变量转换为数字量，通 过网络接口或USB接口把数据传输给计算机，克 服了常规应变仪只能输出模拟量（还需要另配采
集仪）的缺陷，便于试验室和野外测试工作。
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第二章 电阻应变片及其测量电路
电阻应变仪
(o)
1
定义及分类
定义
利用电阻应变片作为传感元件测量应变的专用电子仪器。
根据放大器种类： 1. 直流放大式应变仪
结构：采用直流供桥，放大器采用差分放大器或调制性直流放大器。 优点：不存在分布电容的影响，可使用较长的导线，易于预调平衡，工作频
率宽(0~10kHz) 缺点：为了解决零漂问题采用结构复杂的电路，价格昂贵。
测量工作频率在0~2kHz的应变（个别达到10kHz） 采用直读法并配有记录仪表进行测量和记录
4. 超动态电阻应变仪
测量爆炸或者高速冲击等瞬态应变
采用直流供桥电压，采用2级放大消除零漂
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2. 载波放大式应变仪
结构：采用交流供桥，放大器采用载波放大器。 优点：结构简单、性能稳定 缺点：受分布电容影响，导线不能太长，预调平衡较麻烦。
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2
根据频响范围：
1. 静态电阻应变仪
4
电阻应变仪的组成及工作原理
应变仪的波形和方框图 1-电桥 2-放大器 3-相敏检波器 4-低通滤波器 5-稳压电源 6-振荡器
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5
电阻应变仪的各部分作用
•电桥
电源 400 ~ 2000Hz
8
被测应变信号 调幅后输出电压
一般检波器检波
相敏检波器检波
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9
不同应变输出波形
测量各种应变时输出的波形
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测量频率不随时间变化或者变化极缓慢的应变 测量方式采用零位法，也称平衡电桥测量法 每次只能测量一个点，配备预调平衡箱后通过切换开关可以用于多点测量
2. 静动态电阻应变仪
测量工作频率在0~200Hz的应变 配置预调平衡箱可作静态多点测量，并配有灵敏系数调解装置 用于动态测量时只能测量一个点
3. 动态电阻应变仪
3
电阻应变仪
1、分类
类别
静态电阻应变仪
测量应变信号
静态应变
静动态电阻应变仪
单点动态应变测量
动态电阻应变仪
周期或非周期动态应变 多通道
超动态电阻应变仪 动态应变：爆炸、高速冲击
遥测应变仪
无线电传输信号原理 测量旋转体、运动件
测量频率范围
0 ~ 15Hz < 200Hz < 5KHz
几十 KHz
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运行环境Windows98、2000、XP； 静、动应变测量； 测量范围宽（±100000me）； 机箱坚固、体积小，重量轻，便于野外试验；
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主要功能和技术参数
将应变转换成电阻变化，并将按一定比例转换成电压/电流信号
•放大器 5~10104
将输出的微小信号进行不失真的电压和功率放大。要求有高的稳定性、 对温度、电源电压等的波动带来的影响减至最小。
•相敏检波器
起解调作用，将放大后的调幅波还原成与被检测信号相同的波形。最大
不同是能根据前级调幅波相位辨别原来被检测信号的极性。
10
电阻应变仪
YD-21型动态应变仪
WS-3811数字式应变数据采集仪
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WS-3811数字式应变数据采集仪
WS-3811数字式应变数据采集仪
应变桥盒
延长电缆
WS-3811系列应变数据采集仪产品采用最新数字 技术，具有体积小、集成度高、应变放大和滤波
•低通滤波
滤掉高频信号，保留测量信号
•振荡器
产生幅值稳定的高频正弦波电压，作为供桥电压和相敏检波
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6
电阻应变仪工作原理
调制
放大
解调
应变片 振荡器
相敏检波器
相敏检波器 低通滤波
电阻应变仪工作原理框图
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7
电阻应变仪的各部分作用
试件
电桥
放大
相敏检波 低通滤波 显示记录
振荡器
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