电阻应变测量及方法

为使R m 提高，可选用绝缘性能好的粘结剂和基底材料。
（八）疲劳寿命（N） 在幅值恒定的交变应力作用下，应变片连续工作， 直至产生疲劳损坏时的循环次数，称为应变片的疲 劳寿命。
疲劳损坏：
（1）敏感栅或引线发生断路； （2）应变片输出幅值变化达到10%；
（3）应变片输出波形上出现尖峰。
四、电阻应变片的分类 电阻应变片按敏感栅材料不同可分为金属电阻应变片 和半导体应变片。本课仅介绍金属电阻应变片。 （一）丝绕式应变片 敏感栅是用直径为0.01~0.05毫 米的铜镍合金或镍铬绕制而成。 缺点：其横向效应大，测量精度较差，应变片性能分 散。 优点：基底、盖层均为纸做成，价格便宜，易安装。
dL 式中： 为金属导线长度的相对变化； L dA 为导线横截面积的相对变化。 A
若导线直径为D，则
dA dD dL 2 2( ) 2 A D L
式中： 为导线材料泊松比。
dR d (1 2 ) R
二、电阻应变片的构造 电阻应变片由敏感栅、引线、基底、盖层、粘结剂组 成。其构造如图所示：
第五步：粘贴应变片
将滴有粘贴剂的 应变片立即粘在所作 记号的中心位置
第六步：加压
在置于粘贴位置的 应变片上面盖上附带的 聚乙烯树脂片，并在上 面用手指加压。步骤四， 五，六步要连贯快速地 进行。将放好的应变片 取下调整位置重新粘贴 时会使粘性极大地下降。
第七步：完成粘贴并检查 加压一分钟左右，取下聚乙 烯树脂片，确认是否已粘贴牢固。 应变计贴好后，先检查有无 气泡、翘曲、脱胶等现象，再用 数字万用表的电阻档检查应变片 有无短路、断路和阻值发生突变 (因应变计粘贴不平整导致)的现象， 如发生上述现象，会影响测量的 准确性，要重新粘贴应变片。

（二）灵敏系数（K） 在单向应力作用下，应变片的电阻相对变化R R 与试件表面沿应变片轴线方向的应变 之比值， 称为应变片的灵敏系数，即：
K=
R R

注意：K值是应变片的主要参数，它取决于敏感栅 的材料、型式、几何尺寸、基底、粘结剂等多种 因素。通常由制造厂在专用设备上标定给出K值。 常用的K=2.0~2.4
三、电阻应变片的主要性能 （一）应变片电阻（R） 指应变片在未经安装、不受力的情况下，于室温 时测定的电阻值。 常用的应变电阻值 R 120 （二）灵敏系数（K） 在单向应力作用下，应变片的电阻相对变化 R R 与试件表面沿应变片轴线方向的应变 之比值， 称为应变片的灵敏系数，即：
K=
R R
一、电阻应变片的工作原理
由物理学可知：金属导线的电阻率为
L R= A
其中：
导线材料电阻率
L 导线长度 A 导线横截面积
当金属导线沿其轴线方向受力变形时（伸长或缩短）， 电阻值会随之发生变化（增大或减小），这种现象就称 为电阻应变效应。 将上式取对数并微分，得：
dR d dL dA R L A
（二）短接式应变片 将金属丝平行排成栅状，端部用粗丝焊接而成。 优点：横向效应小，制 造时敏感栅形状易保证， 测量精度高。 缺点：焊点多，疲劳寿命较低。
（三）箔式应变片 敏感栅采用的是0.002~0.005毫米的铜镍合金或镍铬合 金的金属箔，采用刻图制板、光刻及腐蚀等工艺制作。
优点：横向效应较小，易安装，散热性好，疲劳寿命 长，测试精度较高。
（1）由于温度变化，敏感栅材料的电阻率发生变 化（温度效应）；
（2）敏感栅材料与被测构件材料之间的线膨胀系 数不同。
设温度变化为 T ，且应变片的灵敏系数K随温度变 化可略去，则应变片的热输出为
1 t T +( e g )T K
式中：
T 敏感栅材料的电阻温度系数； g 敏感栅材料的线膨胀系数； e 被测材料的线膨胀系数。
（六）应变极限（ lim） 在恒定温度下，对安装有应变片的试件逐渐加载，直至 应变片的指示应变与试件的机械应变的相对误差达到 10%。 此时，机械应变即作为该应变片的应变极限。 一般情况下， lim 800 （七）绝缘电阻（ R m） 应变片的绝缘电阻时指应变片的引线与被测试件之间 的电阻值。 一般情况下， R m 500 兆欧。
第八步：导线的连接 把接线柱粘贴在应变计根部，把导线焊接在 接线柱上面。 (注意：接线柱不要离应变计太远， 否则会使应变计的引出线与试件接触而导致应变 计与试件短路。若接线柱与应变计相隔较远时， 则要在引线的下面粘贴一层绝缘透明胶带，防止 引出线与试件接触。)
第九步：绝缘度检查： 用兆欧表检查应变计与试件之间的绝缘阻， 绝缘电阻50MΩ以上为合格，低于50MΩ用红外线 灯烤至合格，若再达不到要求则重新贴片。
敏感栅：用合金丝或合金箔制成的栅。 作用：将 R R 栅长L：指两端圆弧内侧或两端横栅内侧之间的 距离，一般为0.2~100mm。 栅宽B：敏感栅外侧之间的距离。 应变片轴线：敏感栅纵栅的中心线。 引线：用来由敏感栅引出电信号的金属导线。用镀锡铜 线（通常）制成 基底：用来保持敏感栅的几何形状和相对位置。 盖层：用来保护敏感栅，常用材料有纸、胶膜、玻璃纤 维等。 粘结剂：将敏感栅固定在基底上，常用环氧树脂类和酚 醛树脂类粘结剂。
（1）常温应变测量： （2）中温应变测量： （3）高温应变测量： （4）低温应变测量： （5）超低温应变测量： 工作温度 30 ~ 60C； 工作温度 60 ~ 300C； 工作温度在 300C以上； 工作温度 ； 100 ~ 30C 工作温度 100C 以下。
4、电阻应变测量方法的优点
（三）横向效应系数（H） 应变片的敏感栅除有纵栅外，还有圆弧或直线形的横 栅。横栅主要对垂直于应变片轴线方向的横向应变敏 感，因而应变片指示应变中包含有横向应变的影响， 这就是应变片的横向效应。
将应变片置于平面应变场中，沿应变片轴线方向的应 变为 x，垂直于轴线方向的横向应变 y，应变片敏感 栅电阻相对变化为：
K x、K y
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。
Kx H 100% Ky
（四）热输出（ t）
将应变片安装在自由膨胀的构件上，无外力作用，当 环境温度变化时，则输出一定的指示应变，称为热输 出，用 t 表示。（温度上升1度有十个微应变的变化） 产生原因：
需要说明的是：我们希望应变片的指示应变反映的是 构件因受力所产生的应变，而不是环境温度变化所引 起的 t ，否则会带来很大误差。因此在测量中必须设 法消除温度变化的影响。
（五）稳定性 它是反映应变片长期静态工作能力的重要性能，常用 电阻漂移值和蠕变大小来表示。 （1）应变片的电阻值漂移 指在工作温度恒定，安装在未受外力作用的构件上， 其应变片电阻值随时间的变化。 产生漂移原因：由于敏感栅、基底、粘结剂等材料 在应变片的制造或安装过程中，内部形成的应力缓 慢释放所致。 （2）应变片的蠕变 指在工作温度恒定，安装在承受外力，但变形恒定的 构件上的应变片电阻值随时间的变化。 产生原因：粘结剂与基底在传递应变时出现滑动所致。
§3 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 2.0 则
10 ~ 10
6
3
R=KR 0.00024 ~ 0.24
R=KR 0.00024 ~ 0.24
电阻应变测量及方法
概述 电阻应变计
应变片测量电路
应变片在构件上的布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。 1、用电阻应变片测量应变的过程
2、电阻应变测试技术分类
（1）静态测量：对永远恒定的载荷或短时间稳定 的载荷的测量。 （2）动态测量：对载荷在2～1200HZ范围内变 化的测量。 3、应变测量工作温度可分为五个区段：
（二）应变片的粘贴
1、检查和分选应变片；
2、粘贴表面的准备； 3、贴片；
4、固化；
5、测量导线的焊接与固定；
6、检查。
应变计的粘贴
第一步：除锈、保护膜 将应变计所要粘贴 的部位（范围要大于应 变片的面积）用砂纸 （200#～400#） 打磨， 直到除去涂漆，锈迹及 镀层等。
第二步：测点定位
应变计粘贴的位置及方向 对应变测量的影响非常大，应 变计必须准确地粘贴在结构或 试件的应变测点上，而且粘贴 方向必须是要测量的应变方向。 在试件上用钢板尺或划针轻轻 划出一个十字线，十字线的交 叉点对准测点位置，较长的一 根线要与应变测量方向一致。
最后一步：制作防潮层：
应变计在潮湿环境中必须具有足够的绝缘度， 一旦应变计受潮，其阻值就会不稳定，从而导致 无法准确地测量应变，因此，在应变计贴好后， 必须制作防潮层。防潮层可以用配好的环氧树脂 涂在应变片上(包括引线的裸露部分)，也可以用 703硅橡胶涂在应变片上(防潮要求不高时采用)， 再用万用表和兆欧表检查一遍。防潮剂一般需固 化24小时。
（1）测量灵敏度和精度高。其最小应变读数为 1（微 6 1 1 10 ）在常温测量时精度可达 1 ~ 2% 。 应变，
（2）测量范围广。可测1 ~ 20000。 （3）频率响应好。可以测量从静态到数十万赫的动态 应变。 （4）应变片尺寸小，重量轻。最小的应变片栅长可短 到0.178毫米，安装方便，不会影响构件的应力状态。
（5）测量过程中输出电信号，可制成各种传感器。 （6）可在各种复杂环境下测量。如高、低温、高速旋 转、强磁场等环境测量
5、电阻应变测量方法的缺点
（1）只能测量构件的表面应变，而不能测构件的内 部应变。 （2）一个应变片只能测构件表面一个点沿某个方向的 应变，而不能进行全域性测量。
§ 2 电阻应变片