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1、223-0 概述概述基本原理基本原理利用电阻应变片作为传感元件，将应变片贴在被测物体上，会随被测利用电阻应变片作为传感元件，将应变片贴在被测物体上，会随被测物体的变形而拉长或收缩，从而改变电阻值，反映被测物体应变的大物体的变形而拉长或收缩，从而改变电阻值，反映被测物体应变的大小。小。待测非电量待测非电量电阻变化电阻变化R R应变值应变值 感受应变：感受应变： R R测量测量R R：应变仪：应变仪l将应变片的将应变片的 R R U U或或 I I ，惠斯顿电桥，惠斯顿电桥l放大器放大器l输出应变值输出应变值993-1 电阻应变片电阻应变片3 3 分类分类（2 2）半导体式应变片（压阻效应）半导体
2、式应变片（压阻效应）半导体材料，根据压阻效应制成。半导体材料，根据压阻效应制成。 灵敏系数高，灵敏系数高，K100K100，可直接用万用表测，可直接用万用表测出现于出现于5050年代中期年代中期应变响应时间仅有应变响应时间仅有1010-11-11s s热稳性能差；大应变时，非线形较大，多用于测量热稳性能差；大应变时，非线形较大，多用于测量500500以下的小应变。以下的小应变。10103-1 电阻应变片电阻应变片3 3 分类分类（3 3）应变花）应变花应变花：在一个基底上有几个按一定角度排列的敏感栅的应变片。应变花：在一个基底上有几个按一定角度排列的敏感栅的应变片。测量主应力方向未知条件下平面
3、应力状态。测量主应力方向未知条件下平面应力状态。自补偿应变片：用于高低温和温差大的条件自补偿应变片：用于高低温和温差大的条件11113-1 电阻应变片电阻应变片4 4 应变片的参数和工作特性应变片的参数和工作特性（1 1）灵敏系数）灵敏系数灵敏系数：单向受力状态下，敏感栅纵向中心线与应力方向平灵敏系数：单向受力状态下，敏感栅纵向中心线与应力方向平行时，应变片电阻值的相对变化与沿其纵向的应变之比值行时，应变片电阻值的相对变化与沿其纵向的应变之比值XRRk电阻丝端头横向变形，电阻应变片的实际灵敏度电阻丝端头横向变形，电阻应变片的实际灵敏度KKKK0 0。实际工作中一。实际工作中一般采用标定的方法确
4、定应变片的灵敏度。般采用标定的方法确定应变片的灵敏度。12123-1 电阻应变片电阻应变片4 4 应变片的参数和工作特性应变片的参数和工作特性（2 2）横向效应）横向效应由于横向应变使得应变片的总电阻变化量减小的现象，降低灵由于横向应变使得应变片的总电阻变化量减小的现象，降低灵敏度，称横向效应。横向效应用横向效应系数描述敏度，称横向效应。横向效应用横向效应系数描述H H。横向应变横向应变H H通过实际测定，一般较小，只有高精度测量才考虑修正。通过实际测定，一般较小，只有高精度测量才考虑修正。在同一单向应变中，垂直与单向应变粘贴的应变片与平行与单在同一单向应变中，垂直与单向应变粘贴的应变片与平行
5、与单向应变方向的同批应变片的向应变方向的同批应变片的指示指示的应变之比值（用百分数表的应变之比值（用百分数表示）。示）。xyxyH13133-1 电阻应变片电阻应变片4 4 应变片的参数和工作特性应变片的参数和工作特性（2 2）横向效应的影响）横向效应的影响不考虑不考虑H H考虑考虑H H：实测的灵敏度实测的灵敏度K K)1 (XXKRR)2()(YXXHKRR)3(1HKHKRRKXXXXXX设此时测点的真实应变为设此时测点的真实应变为x x 、y y，实测应变为，实测应变为x x 、，由式、，由式2 2、3 3得。得。)4(11HHHKHKKRRYXXYXXX相对误差为相对误差为)5(11
6、XYXXYXXXXHHHHH14143-1 电阻应变片电阻应变片4 4 应变片的参数和工作特性应变片的参数和工作特性（3 3）应变片的规格）应变片的规格几何参数几何参数应变片的敏感栅工作面积：应变片敏应变片的敏感栅工作面积：应变片敏感栅长宽之积，感栅长宽之积，S=LS=L* *b b。L-L-栅长标距栅长标距b-b-栅宽栅宽注意：尽量选用注意：尽量选用L L大、大、 b b小的应变片。小的应变片。电阻丝电阻丝引线引线正视图正视图 接线端子接线端子b bL L15153-1 电阻应变片电阻应变片4 4 应变片的参数和工作特性应变片的参数和工作特性（4 4）应变片电阻值）应变片电阻值应变片电阻值：
7、指应变片在未安装、不受外力、室温条件下的电应变片电阻值：指应变片在未安装、不受外力、室温条件下的电阻值。阻值。单片阻值：单个应变片的标定电阻值。单片阻值：单个应变片的标定电阻值。标准名义阻值标准名义阻值 ：人为规定的生产标准，为一定值，如：人为规定的生产标准，为一定值，如120120、240240。一般应变仪是按。一般应变仪是按120120应变片要求设计的。应变片要求设计的。平均名义阻值：一批应变片抽样标定，电阻值取平均、求公差。平均名义阻值：一批应变片抽样标定，电阻值取平均、求公差。如如120 120 0.5%0.5%或或1201200.60.6。16163-1 电阻应变片电阻应变片4 4
8、应变片的参数和工作特性应变片的参数和工作特性（5 5）机械滞后机械滞后机械滞后：恒温时，在加、卸载过程中对同一机械应变分别测得机械滞后：恒温时，在加、卸载过程中对同一机械应变分别测得的指示应变间的最大差值。的指示应变间的最大差值。产生原因产生原因: :金属丝、粘贴计、基底等的残余变形，在测试时尚未完金属丝、粘贴计、基底等的残余变形，在测试时尚未完全释放。全释放。消除方法：采用优质片，正确选择粘合剂及粘贴工艺。如用于制消除方法：采用优质片，正确选择粘合剂及粘贴工艺。如用于制造传感器，标定前应作循环加载以消除滞后影响。造传感器，标定前应作循环加载以消除滞后影响。17173-1 电阻应变片电阻应变片
9、4 4 应变片的参数和工作特性应变片的参数和工作特性（6 6） 零漂、蠕变零漂、蠕变零漂：不受力、温度均不变时，应变测量值依然产生变化。零漂：不受力、温度均不变时，应变测量值依然产生变化。蠕变：受力、恒温情况下，应变测量值的变化。蠕变：受力、恒温情况下，应变测量值的变化。产生原因：应变片受潮后，绝缘电阻降低，或通电后产生的热电产生原因：应变片受潮后，绝缘电阻降低，或通电后产生的热电势造成的。势造成的。18183-1 电阻应变片电阻应变片4 4 应变片的参数和工作特性应变片的参数和工作特性（7 7）应变极限）应变极限应变极限：应变片最大应变测量值。应变极限：应变片最大应变测量值。一般确定：应变片
10、显示的值与机械应变的相对误差达到规定标准一般确定：应变片显示的值与机械应变的相对误差达到规定标准（一般（一般10%10%）时的机械应变即为应变极限。此时，认为应变片失去）时的机械应变即为应变极限。此时，认为应变片失去了工作能力。了工作能力。19193-1 电阻应变片电阻应变片4 4 应变片的参数和工作特性应变片的参数和工作特性（8 8）绝缘电阻）绝缘电阻l敏感栅及引线与被测试件之间的电阻值。敏感栅及引线与被测试件之间的电阻值。应变片粘结层固化程度和是否受潮的标志应变片粘结层固化程度和是否受潮的标志保证长时间的测量保证长时间的测量l50M50M欧欧, ,高精度测试高精度测试l2M2M欧欧, ,一
11、般一般20203-1 电阻应变片电阻应变片4 4 应变片的参数和工作特性应变片的参数和工作特性（9 9）动态测量时的特性）动态测量时的特性疲劳寿命：应变片承受特定的交变荷载至破坏（脱片、断栅等）疲劳寿命：应变片承受特定的交变荷载至破坏（脱片、断栅等）时的使用次数。时的使用次数。频率响应：应变波由试件传递到应变片所需时间为动态频率响应频率响应：应变波由试件传递到应变片所需时间为动态频率响应时间，金属丝式时间，金属丝式为为1010-7-7s s，半导体式，半导体式为为1010-11-11s s，可以认为应变片，可以认为应变片是基本没有惯性的。是基本没有惯性的。21213-1 电阻应变片电阻应变片4
12、 4 应变片的参数和工作特性应变片的参数和工作特性（1010）应变片的许用电流）应变片的许用电流 控制应变片的工作温度，以防烧毁，其具体数值由厂家提供。控制应变片的工作温度，以防烧毁，其具体数值由厂家提供。一般丝式应变片许用电流一般丝式应变片许用电流为为2025mA，测动态时可达，测动态时可达75100mA箔式应变片散热性能好，可达箔式应变片散热性能好，可达200mA以上。以上。22223-1 电阻应变片电阻应变片5 5 应变片的选用与应变片粘结工艺应变片的选用与应变片粘结工艺(1) (1) 应变片选用：应变片选用：工作环境工作环境温度保证、地下工程中防潮特性好温度保证、地下工程中防潮特性好被
13、测物的材料性质被测物的材料性质弹模高，基长小；粗晶粒岩石混凝土选用基长长弹模高，基长小；粗晶粒岩石混凝土选用基长长按被测试件受力状态和应变性质：应变花按被测试件受力状态和应变性质：应变花变化大选用基长小，变化小选用基长大变化大选用基长小，变化小选用基长大按测量精度：按测量精度：标距、电阻值、灵敏度标距、电阻值、灵敏度23233-1 电阻应变片电阻应变片5 5 应变片的选用与应变片粘结工艺应变片的选用与应变片粘结工艺(2)(2)应变片粘结工艺：应变片粘结工艺：应变片检查应变片检查外观检查、电阻值检查外观检查、电阻值检查表面处理表面处理刮刀除锈、砂布打磨、脱脂棉擦洗、吹风机烘干刮刀除锈、砂布打磨、
14、脱脂棉擦洗、吹风机烘干贴片与固化贴片与固化画线、涂胶、用玻璃纸压、调整、补胶画线、涂胶、用玻璃纸压、调整、补胶粘贴质量检查粘贴质量检查外观检查、电阻值检查、绝缘电阻检查、连接电阻应变仪检查外观检查、电阻值检查、绝缘电阻检查、连接电阻应变仪检查连接导线连接导线导线固定、导线焊接导线固定、导线焊接防潮处理防潮处理凡士林、石蜡等凡士林、石蜡等24243-2 测量电路测量电路定义定义l实现二次转换；并构成电阻应变仪。实现二次转换；并构成电阻应变仪。l惠斯登电桥：以直流惠斯登电桥为例，常用交流。惠斯登电桥：以直流惠斯登电桥为例，常用交流。ERRRRRRRRUBD)(43214231实际，常设计为等臂电桥
15、：实际，常设计为等臂电桥：R R1 1=R=R2 2=R=R3 3=R=R4 4=R=R，设，设R R1 1为工作片，受力变，产生为工作片，受力变，产生阻值增量阻值增量 R R，当，当 R R R R时，电压输出为：时，电压输出为：EkERRUBD414表明：等臂电桥的输出电压与应变在一定范围内为线性关系。表明：等臂电桥的输出电压与应变在一定范围内为线性关系。U4325253-2 测量电路测量电路同理，四臂均为工作片时：同理，四臂均为工作片时：)(4)(4)(432144332211432124134231kERRRRRRRREERRRRRRRRRRRRUBDl电桥加减特性：电桥加减特性： 1
16、 1、对邻臂，同号电阻变化，相减，异号电阻变化，相加；、对邻臂，同号电阻变化，相减，异号电阻变化，相加； 2 2、对对臂，正好相反，同号电阻变化，相加，异号电阻变化，相减。、对对臂，正好相反，同号电阻变化，相加，异号电阻变化，相减。l电桥加减特性非常有用：电桥加减特性非常有用：1 1）提高电桥灵敏度；）提高电桥灵敏度；2 2）温度补偿；）温度补偿；3 3）复杂受力试件上测试某外力因）复杂受力试件上测试某外力因素引起的应变等。素引起的应变等。惠斯顿电桥 U4326263-2 测量电路测量电路应变片的接入方式：应变片的接入方式：27273-33-31 1 布片和接桥布片和接桥（1 1） 布片的一般
17、性原则：布片的一般性原则：l选择主应变大、最能反映力学规律的点贴片选择主应变大、最能反映力学规律的点贴片l利用结构对称点，利用电桥的加减特性，合理选择贴片位置，方利用结构对称点，利用电桥的加减特性，合理选择贴片位置，方位和组桥方式，提高灵敏度，消除影响因素位和组桥方式，提高灵敏度，消除影响因素l避开应力避开应力应变非线形区贴片应变非线形区贴片l在已知应力部位安排测点，检验结果的可靠性在已知应力部位安排测点，检验结果的可靠性28283-33-31 1 布片和接桥布片和接桥（2 2）接桥：半桥接法和全桥接法。）接桥：半桥接法和全桥接法。 半桥接法：两个应变片作电桥的相邻臂，另两臂用应变仪电桥盒半桥
18、接法：两个应变片作电桥的相邻臂，另两臂用应变仪电桥盒中精密无感电阻。中精密无感电阻。 全桥接法：电桥四个臂均由应变片构成。全桥接法：电桥四个臂均由应变片构成。消除导线电阻的影响，提高灵敏度消除导线电阻的影响，提高灵敏度29293-33-32 2 温度补偿温度补偿l应变片的温度效应应变片的温度效应因环境温度变化引起的虚假应变。因环境温度变化引起的虚假应变。电阻丝的电阻温度变化。电阻丝的电阻温度变化。应变片与试件膨胀系数的不同造成的误差。应变片与试件膨胀系数的不同造成的误差。 方法：温度补偿。方法：温度补偿。温度自补偿应变片法，常用于中、高温；温度自补偿应变片法，常用于中、高温；桥路补偿法，用于常
19、温下。桥路补偿法，用于常温下。l桥路补偿法：桥路补偿法：补偿块补偿法补偿块补偿法工作片补偿法工作片补偿法30303-33-32 2 温度补偿温度补偿（1 1）拉弯）拉弯工作片补偿和补偿块补偿工作片补偿和补偿块补偿31313-33-32 2 温度补偿温度补偿（2 2）拉弯）拉弯丁字片补偿丁字片补偿32323-33-33 各种应力状态下的应力应变测量各种应力状态下的应力应变测量（1）单向应力状态下的应力应变测量）单向应力状态下的应力应变测量半桥四片补偿块补偿法测拉压半桥四片补偿块补偿法测拉压33333-33-33 各种应力状态下的应力应变测量各种应力状态下的应力应变测量（1）单向应力状态下的应力应
20、变测量）单向应力状态下的应力应变测量全桥四片测拉压全桥四片测拉压问题：问题： 1 1、上述四片应变片在接桥时，可以随意互换吗？、上述四片应变片在接桥时，可以随意互换吗？ 2 2、可以采用半桥接法吗？、可以采用半桥接法吗？34343-33-33 各种应力状态下的应力应变测量各种应力状态下的应力应变测量（1）单向应力状态下的应力应变测量）单向应力状态下的应力应变测量全桥四片补偿片测拉压全桥四片补偿片测拉压R3R2R435353-33-33 各种应力状态下的应力应变测量各种应力状态下的应力应变测量（2）主应力方向已知的平面应力测量）主应力方向已知的平面应力测量212341222212111EE36363-33-33 各种应力状态下的应力应变测量各种应力状态下的应力应变测量（3）主应力方向未知的平面应力测量）主应力方向未知的平面应力测量应变花贴片，查表应变花贴片，查表3737