电阻应变片和电阻应变仪

电阻应变片和电阻应变仪

纯弯曲梁正应力测量、弯扭组合主应力 弯矩 扭矩测量

一、应变片及电桥

1. 电阻应变片

把一段细的金属丝，夹贴在两张绝缘纸之间，就构成一个最简单的应变片,如图5-11所示。应变片用特制的胶水，贴在构件的测点上。金属电阻丝承受拉伸或压缩变形的同时，电阻也将发生相应变化。实验结果表明，在一定应变范围内，电阻丝的电阻改变率

R

R

∆与应变l

l

ε∆=

成正比，即 εS k R

R

=∆ （5-1） 式中s k 为比例常数，称为电阻丝的灵敏系数。

如将单根电阻丝粘贴在构件的表面上，使它随同构件有相同的变形。从式（5-1）看出，

如能测出电阻丝的电阻改变率，便可求得电阻丝的应变，也就是求得了构件在粘贴电阻丝处沿电阻丝方向的应变。由于在弹性范围内变形很小，电阻丝的电阻改变量∆R 也就很小。为提高测量精度，希望增大电阻改变量，这就要求增加电阻丝的长度；但同时又要求能反映一“点”处的应变，因此把电阻丝往复绕成栅状，这就成为电阻应变片。和单根电阻丝相似，电阻应变片也有类似于式（5-1）的关系，

εk R

R

=∆ （5-2） 式中比例常数k 称为电阻应变片的灵敏系数，它是电阻应变片的重要技术参数。

2. 温度补偿片

实验时不仅受力使应变片的电阻发生变化，当温度变化时，也会使应变片的电阻变化，从而引起测量上的误差。为此，要采取下述措施：

设R 1为贴在构件上的应变片，R 2应选用与R 1规格型号完全相同的应变片，贴在与R 1

图5.11 应变片的构造

相同材料的构件上，R 1只是受力的作用，R 2不受力。

当温度变化时，由于温度变化而引起的电阻变化在R 1和R 2上相同。由惠斯登电桥原理可知，这时读数ε就不再受温度变化的影响，故R 2就叫做补偿片。

3. 横向效应

应变片是沿着长度方向工作的，当垂直于长度的方向有变形时，也会使应变片输出读数，从而引起误差，这种现象叫做横向效应。产生横向效应的原因，是因为应变片系由许多金属丝并联而成的。在并联处，也就是沿横向也出现了“工作段”。

横向效应越小越好，但不可能全无。在精密的测量中，要根据应变片的横向效应系数，用指定的公式对读数进行修正。

4. 应变电桥

应变电桥有半桥接法和全桥接法两种。当用两个贴在测点上的应变片代替电桥上的两个桥臂，另两个桥臂由仪器内部的固定电阻来担任时，称为半桥接法。当贴在四个测点上的应变片，组成测量电桥时，称为全桥接法。

)(4

43211εεεε-+-=

∆k

E U BD （5-9) 上式表明，由应变片感受到的)(4321εεεε-+-，通过电桥可以线性地转变为电压的变化

BD U ∆。只要对BD U ∆进行标定，再将电压量转换成应变，就可以用仪表指示出所测定的

)(4321εεεε-+-，即：

1234r εεεεε=-+- （5-10)

式中r ε为应变仪读数。 5. 应变片和应变花

(1)在单向应力场中，可贴一片应变片。应变片的长度方向与应力方向一致。可用单向拉压胡克定律求出应力，即σ=Eε。

(2)在平面应力场中，若主应力方向已知，可贴两片应变片，分别与两个主应力方向重

图5.12 惠斯登电桥

B

A U BD

合。如图5-13所示。注意，此时分别输出的ε1和ε2，每一个读数都是由应变片长度方向应变和另一个主应力作用于横向效应而产生的应变的代数和。因此，还需要用一定的公式换算，才能得到真正的ε1和ε2。

图5.13 应变花

a) 二轴900b) 三轴450c) 三轴600d) 三轴1200

(3)在平面应力中，若主应力方向亦未知，可按一定的角度贴三个应变片。如图5-13 b)、

c)、d)所示通常把三个应变片做在一个基底上，叫应变花。根据应变花输出三个读数，可用一定的公式算出主应力的大小和方向。

二、电阻应变仪介绍

公式（5-9）表明，通过电桥可把应变片感受到的应变转变成电压（或电流）信号，由于这一信号非常微弱，所以要进行放大，然后把放大的信号再用应变来表示出来，这就是电阻应变仪的工作原理。电阻应变仪按测量应变的频率可分为，静态电阻应变仪、静动态电阻应变仪、动态电阻应变仪和超动态电阻应变仪。下面简要介绍目前实验室常用的YJ－31型静态电阻应变仪。

1. 工作原理

YJ-31型静态电阻应变仪外形图5-14所示，图5-15所示为其工作原理框图。

2. 主要技术指标

该仪器的应变测量范围：0～19999με，分辨力为1με/1个字，基本误差为小于测量的±0.1%，即±2个字，静稳定性(零点漂移)4小时内±5με，动态稳定性（灵敏度变化）2小时内不大于测量上限值的±0.1%。

3.仪表各部分功能简介

(1)电源开关—开关向上拨动，表示仪器接通电源，否则关闭（此开关在后面板上）。

(2)三芯直流插座—在直流供电时使用，插座的1#脚为＂＋＂电源、２#脚为＂－＂电源。

(3)五芯切换插座—在测试点大于10点以上时可通过该插座和预调平衡相连接，注意1、2、3、4脚分别与桥路A、B、C、D连接。

(4)标定、基零、测量是三位一体琴键互锁开关，按其中一键，表示一种作用，而其它键不起作用。

(5)灵敏度电位器：根据应变片灵敏系数不同，可调节该电位器使仪器灵敏系数与应变片灵敏系数一致。当灵敏系数为2时，标定值为－10000με，灵敏系数与标定值关系如表

5-1所示，当应变片灵敏系数不为表中列出的数值，则用户可根据

''

K K

εε

=原理求得相应

的标定值。

由上述可知，当K =2.00时, ε=-10000με,在已知'K的情况下可得: