第三章 电阻应变片

第三章 电阻应变片

本章重点：

电阻应变片的构造及工作原理； 电阻应变片的工作特性和类型； 常用粘接剂。

一、电阻应变片的构造和工作原理

电阻应变片的构造见教材P4图2－1

电阻应变片的工作原理，其原理推导过程如下

x

一般情况下，应变片不能重复使用，因此应变片灵敏系数的测定，采用抽样方法，在同一批相同条件下生产的应变片抽样1%（最小不小于6片）进行实验，取其平均值为这一批应变片的灵敏系数。

二、应变片的工作特性

应变片的工作特性有许多条，但我们必须着重了解以下几条

应变片的电阻值：指应变片没有安装，也不受外力情况下，在室温下测定的电阻值。我国生产的应变片电阻系列为60，120，200，350，500，

1000欧姆。制造厂家按阻值参数分装成包，注明每包应变片电阻的平均值及单个阻值与平均阻值的最大偏差。

灵敏系数：应变片安装在单向应力状态的试件表面上，且其轴线与应力方向重合。在单向应力作用下，应变片电阻的相对变化与沿其轴向的应变之比值称为灵敏系数。它经抽样标定制造厂于包装上注明其平均名义值和标准误差。它是使用应变片的重要数据。

蠕变：在温度不变的情况下，安装有应变片的试件表面产生某恒定的应变，应变片的指示应变将时间稍有下降，此现象称为应变的蠕变。

机械滞后：在温度不变的情况下，对安装有应变片的试件加载和卸载，当试件到达同一应变水平时，来比较应变片在相应过程中的两个指示应变，它们的差值，取在各种应变水平下的最大值，作为这批应变片的机械滞后量。机械滞后现象总是存在，但经多次加卸载之后就趋于稳定。因此，在使用应变片正式测量前，最好预先加载几次，以减少机械滞后的影响。

绝缘电阻：指应变片引出线与安装应变片的构件之间的电阻值。它用低压（30~100v ）高阻（104M Ω）表测出。使用应变片时，这个电阻值往往作为安装应变片时粘结层固化程度和是否受潮的标志。

零漂：零漂是指贴在试件上的应变片，在保持温度恒定，试件没有机械应变的情况下，应变片的指示随时间变化的现象。产生零漂的主要原因：敏感栅通过电流后的温度效应、粘结剂固化不分，制造和粘贴应变片过程中造成的初应力，以及仪器的零漂或动漂等。

应变极限：温度不变，使试件应变逐渐加大。当应变片的指示应变与实际应变的相对误差达到某规定值（10%）时，此时的试件应变为该应变片的应变极限。

疲劳寿命：已安装的应变片，在一定幅值的交应变作用下，不致发生机械的或电气的损坏，而且其指示应变和真实应变的差值不超过某一规定数值的循环次数，为该应变片的疲劳寿命。

横向效应系数：对于同一个单向应变值，应变片在与此应变方向垂直安装时的指示应变与沿此应变方向安装时的应变的比值（以百分数表示，称为横向效应系数）。由于箔式应变片的独特设计及广泛使用，在一般测量精度下，横向效应系数可以不予考虑。

三、应变片的类型

根据不同的用途和特点,应变片的类型很多

,本节对几类常用的应变片加以说明。

丝绕式应变片：见教材P4图2－

1，它是最早出现的一种应变片。敏感栅用绕丝机绕成，基底多为纸，并以硝化纤维素粘结剂为制片胶。由于敏感栅存在圆角部分，故横向效应比较大，特别是短标准距应变片，由于圆弧形状不易保证，故阻值分散度较大。使用范围－20℃—＋60℃（胶基可用至100℃）

。

短接式应变片：见教材P8图2－2，它的敏感栅轴向是很多根平行排列的电阻丝，而横向是粗宽而电阻率小的金属丝或箔带，故横向电阻甚少，横向效应也很小，可以忽略，但由于内部焊点多和焊头处截面变化剧烈，

因而这种应变片疲劳寿命短。

箔式应变片：见教材P8图2－3，与线绕式应变片相比，箔式片有下列优点。箔式片能保证尺寸准确、线条均匀、灵敏系数分散性小，且能制成栅长小的敏感栅及图案特殊的应变片；箔式片栅丝截面为矩形，故栅丝周表面积大，散热好允许通过的电流大。表面积大使附着能力加强，有利于变形传递，增加了测量的准确性；箔式片敏感栅横向部分的线条比纵向部分的大的多，因而单位长度的电阻也小的多，使箔式片横向效

便于成批生产，生产率高。

目前，箔式片已取代了丝绕式和短接线式这两种应变片。

应变花：一个基底上只一个敏感栅的叫单轴式应变片，在同一基底上，按一定角度安置了几个敏感栅，可测量同一点几个方向的应变，因而称为多轴应变片，俗称应变花。它用于在双向应力状态下测取一点的的主应力和主方向。

半导体应变片：见教材P8图2－4，这种应变片出现于本世纪五十年代末，它的敏感栅只有一直条，由硅、锗一类的半导体制成，最常用的是单晶硅。其特点是灵敏系数大，比前几类的大五十倍以上。但温度稳定性差。现在随着半导体技术的飞速发展，用于微小物理量测量的传感器常采用半导体式应变片。线性及稳定性由电路补偿。

四、应变片的选用及粘贴

应变片的选用：根据工作环境（构件的外形尺寸及构件的材质、温度、湿度、电磁场、机械撞击等因素）；根据被测量应变的性质（应力梯度的大小、应变频率的高低）；根据测点的应力状态（单向、平面）；根据测量精度要求。

应变片的粘贴：主要是对粘接剂进行选择，具体步骤参考实验一 常用粘结剂使用性能表见教材P14附表一及附表二。