电阻应变片
电阻应变计(应变片)原理
图 2-1 电阻应变计的结构
图 2-2 敏感栅的尺寸
敏感栅是电阻应变计的核心组成部分，它的特性对于电阻应变计的性能有决定性的影 响。为了改善电阻应变计的性能，人们探索了多种材料的应变－电阻特性，从而发展了敏感 栅材料，包括金属、半导体和金属氧化物等。目前常用的金属敏感栅材料主要有铜镍合金、 镍铬合金、镍钼合金、铁基合金、铂基合金、钯基合金等。以金属材料为敏感栅的电阻应变 计的灵敏系数大都在 2.0 ～4.0 间。硅、锗等半导体材料由于具有压阻效应，所有也被人们 用作敏感栅的材料，以半导体材料为敏感栅的电阻应变计的灵敏系数大都在 150 左右，远高 于以金属材料为敏感栅的电阻应变计。
保证相同，使应变计性能分散，故在常温应变测量中正逐步被其它片种代替。
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图 2-3 丝绕式应变计
图 2-4 短接式应变计
2. 短接式应变计 短接式应变计也有纸基和胶基等种类。短接式应变计由于在横向用粗铜导线短接，因而 横向效应系数很小 (<0.1％)，这是短接式应变计的最大优点。另外，在制造过程中敏感栅的 形状较易保证，故测量精度高。但由于它的焊点多，焊点处截面变化剧烈，因而这种应变计 疲劳寿命短。 2.3.2 金属箔式应变计 箔式应变计的敏感栅是用厚度为 0.002～0.005 毫米的铜镍合金或镍铬合金的金属箔，采 用刻图、制版、光刻及腐蚀等工艺过程而制成（见图 2-5）。基底是在箔的另一面涂上树脂 胶，经过加温聚合而成，基底的厚度一般为 0.03～0.05mm。 与丝绕式应变计相比，箔式应变计的优点是： 1. 敏感栅很薄，且箔材与粘合层的接触面积要比丝材的大，因而粘贴牢固，有利于变
形传递，因而它所感受的应变状态与试件表面的应变状态更为接近，测量精度高； 2. 敏感栅薄而宽，在相同的横截面积条件下，箔栅的表面积比丝栅的要大，散热性好，
电阻应变片单臂工作原理
电阻应变片单臂工作原理
电阻应变片是一种用来测量物体受力产生应变的传感器，其工作原理基于金属电阻的变化。
电阻应变片单臂工作原理如下：
1. 当物体受到外力作用时，应变片会发生形变，形变会引起金属电阻值的变化。
2. 电阻应变片上通常有一个悬臂梁结构，外力作用在悬臂梁上会导致其发生弯曲变形，从而改变了电阻应变片上金属电阻的长度和截面积。
3. 根据悬臂梁弯曲变形的力学原理，可以通过测量电阻的变化来间接计算出作用于物体上的外力大小。
4. 微小的形变会引起电阻值的微小变化，这种变化可以通过电桥电路或其他测量电阻的方法进行检测和测量。
5. 通过校准和计算，可以将测得的电阻变化转换为应变或载荷的值，实现对受力物体的测量和监测。
总的来说，电阻应变片单臂工作原理是利用金属电阻值随着应变片的形变发生变化的特性，通过测量电阻变化来实现对物体受力产生应变的测量。
桥梁试验用电阻应变片
桥梁试验用电阻应变片
电阻应变片的选择要考虑到桥梁结构的材料、预期的应变范围
以及试验环境等因素。
一般来说，常见的电阻应变片类型包括片式
应变片和网格式应变片。
片式应变片适用于测量单向应变，而网格
式应变片则适用于多向应变测量。
在使用桥梁试验用电阻应变片时，需要注意安装的位置和方向，以确保能够准确捕捉到结构的变形情况。
此外，还需要考虑温度补
偿和校准等技术细节，以确保测量结果的准确性和可靠性。
除了安装和使用，对于桥梁试验用电阻应变片的数据处理和分
析也是非常重要的。
工程师们可以借助专业的数据采集和分析软件，对采集到的应变数据进行处理和分析，从而得出结构的应力分布、
变形情况以及结构健康状态等重要信息。
总的来说，桥梁试验用电阻应变片是桥梁结构监测中不可或缺
的重要工具，能够帮助工程师们全面了解桥梁结构的工作状态，为
结构的设计和维护提供重要参考依据。
电阻应变片
d m(1 2)
代入金属丝灵敏系数表达式有
K0 1 2 m(1 2)
讨论： （1）对于一定的材料，K0只与 有关。
（2）材料弹性范围内，e 0.5，m影响K0 的取值，不同的材料具有不同的K0 。
（3）进入塑性范围内， p 0.5，m影响可 以忽略，不同的材料具有近似相等的 K0值，K0 2。
（2）选择材料与栅丝横截面积，可使t << L，从而有效降 低横向效应系数H的值。
（3）（）式为理论公式，用于定性分析。通常横向效应系 数H由实验测定。
K R / R x
R — 应变片变形前的电阻值 R —应变片电阻值的改变量 x — 试件表面沿应变片轴向应变 K —应变片的灵敏系数。
3. 应变片的标定
实验测定应变片灵敏系数的过程。
• 采用符合应变片灵敏系数定义的实验装置
（a）等强度梁（悬臂）
（b）等弯矩梁（简支）
千分表 三点挠度计
• 方法步骤
RL nLL Rt (n 1)tt 对于细栅丝，1片与2片的电阻变化为
1片
RL1 RLK0L x nLLK0L x
Rt1 0
2片 RL2 0 Rt2 Rt K0t x (n 1)tt K0t x
(K0L、K0t为L段与t段栅丝材料的灵敏系数)
10/01/2011 3
4. 应变片的横向效应
（1）应变片灵敏系数K与金属丝灵敏系数K0的区别 • 标定时，梁表面存在着轴向应变x(欲测 应变)和横向应变y=-0x
• 应变片的电阻变化是敏感栅直线部分与 弯头部分电阻变化的综合结果
（2）应变片的横向效应
与应变片轴线垂直的横向应变所引起的应变片电阻变化效应。
电阻应变片选择原则
电阻应变片选择原则电阻应变片是一种用于测量力和压力的传感器。
它的工作原理是利用金属电阻的电阻值随应变而变化的特性来测量和记录所受到的力或压力。
选择合适的电阻应变片对于确保测量的准确性和稳定性非常重要。
下面是选择电阻应变片时应注意的几个原则。
1.测量范围：电阻应变片的测量范围应与实际测量力或压力的范围相匹配。
如果超出了电阻应变片的测量范围，可能会发生线性关系失真或甚至损坏传感器的情况。
因此，在选择电阻应变片时必须确保其额定范围能够满足实际应用需求。
2.灵敏度和分辨率：灵敏度是指电阻应变片对于应变的反应能力。
通常情况下，灵敏度越高，测量结果越精确。
选择电阻应变片时，应考虑所需的测量精度和分辨率，并选择具有适当灵敏度的传感器。
3.环境适应性：电阻应变片的工作环境可能会受到温度、湿度、压力等因素的影响。
因此，在选择电阻应变片时，需要考虑传感器的环境适应性。
例如，对于高温环境下的应用，需要选择耐高温的电阻应变片。
4.机械适应性：电阻应变片通常需要与其他机械部件结合使用，例如弹簧、支撑板等。
因此，在选择电阻应变片时，需要考虑适应性和兼容性。
这包括尺寸、形状和连接方式等因素。
5.稳定性和重复性：电阻应变片的稳定性和重复性是指传感器在相同条件下测量结果的一致性。
稳定性和重复性越好，测量结果越可靠。
在选择电阻应变片时，应注意其稳定性和重复性的指标，并选择具有良好稳定性和重复性的传感器。
6.成本效益：成本效益是指传感器的性能与价格之间的关系。
在选择电阻应变片时，应综合考虑其性能和价格，并选择性能与价格相匹配的传感器，以获得最佳的成本效益。
除了以上的原则，还应注意选择具有良好品质和可靠供应商的电阻应变片。
这可以保证传感器的品质和售后服务，并降低因传感器质量问题引起的风险和损失。
综上所述，选择电阻应变片时应考虑其测量范围、灵敏度和分辨率、环境适应性、机械适应性、稳定性和重复性以及成本效益等因素。
同时，选择具有良好品质和可靠供应商的传感器也是非常重要的。
应变片常用形式
应变片常用形式应变片是一种用于测量物体变形的传感器，常用于工程领域中的应变测量。
应变片的常用形式有：电阻应变片、电容应变片、纤维光栅应变片和光纤布拉格光栅应变片等。
本文将对这些常用形式进行介绍和比较。
电阻应变片是最常见的一种应变片形式。
它通过利用电阻材料的电阻值随应变变化而发生改变的特性，来测量物体的应变。
电阻应变片通常由两层金属箔片和介电层构成，其中一层金属箔片粘贴在被测物体上，另一层金属箔片作为参考电阻。
当物体发生应变时，受力引起的变形将导致电阻值的改变，通过测量电阻值的变化来计算应变量。
电容应变片是另一种常见的应变片形式。
它利用电容器的电容值随应变变化而发生改变的原理来测量物体的应变。
电容应变片通常由两层金属箔片和介电层构成，其中一层金属箔片粘贴在被测物体上，另一层金属箔片作为参考电容。
当物体发生应变时，受力引起的变形将导致电容值的改变，通过测量电容值的变化来计算应变量。
纤维光栅应变片是一种基于光纤传感技术的应变测量装置。
它利用光纤中的光栅结构来测量应变。
纤维光栅应变片通常由光纤和光栅传感区组成，其中光栅传感区被粘贴在被测物体上。
当物体发生应变时，光栅结构会发生形变，从而改变光纤中光的传播特性，通过测量光信号的变化来计算应变量。
光纤布拉格光栅应变片是一种利用布拉格光栅原理测量应变的装置。
它通过在光纤中形成布拉格光栅结构来测量应变。
光纤布拉格光栅应变片通常由光纤和布拉格光栅传感区组成，其中布拉格光栅传感区被粘贴在被测物体上。
当物体发生应变时，光栅结构会发生形变，从而改变光纤中的衍射波长，通过测量衍射波长的变化来计算应变量。
对于这些常用形式的应变片，它们各自具有不同的特点和适用范围。
电阻应变片具有测量范围广、精度高的优点，适用于静态和动态应变测量；电容应变片具有灵敏度高、抗干扰能力强的优点，适用于小应变测量和高频应变测量；纤维光栅应变片具有体积小、抗干扰能力强的优点，适用于复杂环境下的应变测量；光纤布拉格光栅应变片具有高精度、长测距的优点，适用于大范围应变测量和结构健康监测。
2 电阻应变片
2.2 电阻应变片的工作特性
一、应变片的灵敏系数K：应变片最重 要的参数之一
1. 物理特性：应变片的应变效应程度。 当ε一定，K↑ ⊿R↑
2. K＜K0： 原因：1）应变片的横向效应的影响， 与敏感栅的现状、尺寸有 关
2）应变传递的不完全性
二、应变片的横向效应C
• 概念：由于敏感栅的横向部分在测试
2）半导体应变片：半导体应变片是利用 半导体材料的压阻效应而制成的一种纯
电阻性元件
• 压阻效应：对一块半导体材料的某一
轴向施加一定的载荷而产生应力时， 它的电阻率会发生变化，这种物理现 象称为半导体的压阻效应
• 半导体应变片的类型：体型半导体应
变片、薄膜型半导体应变片、扩散型 半导体应变片
概括：
• 覆盖层：既保持敏感栅和引线的形状和相对位置，
还可保护敏感栅不与外界金属物接触，以免引起短 路和机械损伤
• 引线：从敏感栅引出电信号，并与测量电路连接。
常用直径约0.1～0.15mm的镀锡铜线或扁带形的其 他金属材料制成。
• 粘结剂：将敏感栅固定于基底上，并将覆盖层与基
底粘贴在一起。
2.1.2 电阻应变片的种类及常用材料
• 电阻应变片具有金属的应变效应，即
在外力作用下产生机械形变，从而使 电阻值随之发生相应的变化。电阻应 变片主要有金属和半导体两类，金属 应变片有金属丝式、箔式、薄膜式之 分。半导体应变片具有灵敏度高（通 常是丝式、箔式的几十倍）、横向效 应小等优点。
• 典型的应变片——纸基金属丝式应变
片
3. 应变片的常用材料
组成电桥后，应变片与测试仪器之间所用 导线应根据试验要求和使用环境加以选择。
• 测点较少而导线不超过10m的静态测量中，可
电阻应变片工作原理
电阻应变片工作原理
电阻应变片是一种常用于测量变形和应力的传感器。
它的工作原理基于电阻的电阻值与其长度、厚度、材料的特性以及外加应变之间的关系。
电阻应变片通常由金属箔片制成，具有较高的电阻系数和较低的电阻温度系数。
当外界应变作用在电阻应变片上时，由于材料的弹性特性，电阻应变片的长度和厚度会发生微小的变化。
这种变化会导致电阻应变片的电阻值发生相应的变化。
电阻应变片的电阻值变化可以通过连接在电阻应变片上的测量电路来测量。
常用的测量电路包括电桥电路和恒流源电路。
其中，电桥电路是最常见的测量电路之一。
电桥电路中，电阻应变片与其他三个固定电阻组成一个电桥。
当电阻应变片受到应变时，会引起电桥电路中的电势差，进而通过测量电路输出相应的电信号。
根据电桥电路的输出信号可以推算出电阻应变片受到的应变值。
为了提高测量的准确性和灵敏度，电阻应变片通常会与保护层和导电胶片一起封装在一个保护壳体中，以避免外界环境对电阻应变片的影响。
总之，电阻应变片通过测量其电阻值的变化来检测物体的变形和应力。
它是一种简单有效的应变传感器，被广泛应用于工业生产、结构安全、航空航天等领域。
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电阻应变片
一、应变计的分类
根据敏感栅材料可分为金属、半导体及金属或金属氧化物浆料等三类：
1、金属应变计包括丝式（丝绕式、短接式）应变计、箔式应变计和薄膜应变计；
2、半导体应变计包括体型半导体应变计、扩散型半导体应变计和薄膜半导体应变计；
3、金属或金属氧化物浆料主要是制作厚膜应变计。
二、应变计的主要参数
1、应变计的电阻值应变计的电阻是指应变计在室温环境、未经安装且不受力的情况下，测定的电阻值。
应变计电阻值的选定主要根据测量对象和测量仪器的要求。
2、应变计的灵敏系数应变计的灵敏系数是指：当应变计粘贴在处于单向应力状态的试件表面上，且其纵向(敏感栅纵线方向)与应力方向平行时，应变计的电阻变化率与试件表面贴片处沿应力方向的应变(即沿应变计纵向的应变)的比值，即式中，K为应变计的灵敏系数；ε为试件表面测点处与应变计敏感栅纵线方向平行的应变；RRΔ为由ε所引起的应变计电阻的相对变化,常用的应变计灵敏系数为2.0~2.4。
3、应变计的疲劳寿命: 应变计的疲劳寿命是指：在恒定幅值的交变应力作用下，应变计连续工作，直至产生疲劳损坏时的循环次数。
三、金属电阻应变片应用与工作原理电阻应变计有两方面的应用：一是作为敏感元件，直接用于被测试件的应变测量；另一是作为转换元件，通过弹性元件构成传感器，用以对任何能转变成弹性元件应变的其它物理量作间接测量。
用应变片测量时，将其粘贴在被测对象表面上。
当被测对象受力变形时，应变片的敏感栅也随同变形，其电阻值发生相应变化，通过转换电路转换为电压或电流的变化，从而实现应变的测量。
金属电阻应变片的工作原理是电阻应变效应，即金属丝在受到应力作用时，其电阻随着所发生机械变形(拉伸或压缩)的大小而发生相应的变化。
电阻应变效应的理论公式如下:
R=ρ*(L/S)式中：ρ—电阻率(Ω·mm2/m) L—金属丝的长度(m) S—金属丝的截面积(mm2)
由上式可知，金属丝在承受应力而发生机械变形的过程中，ρ、L、S三者都要发生变化，从而必然会引起金属丝电阻值的变化。
当受外力伸张时，长度增加，截面积减小，电阻值增加;当受压力缩短时，长度减小，截面积增大，电阻值减小。
因此，只要能测出电阻值的变化，便可知金属丝的应变情况。
这种转换关系为
ΔR/R=Koε式中:R—金属丝电阻值的变化量; Ko—金属材料的应变灵敏系数,它主要由试验方法确定,且在弹性极限内基本为常数值; ε—金属材料的轴向应变值,即ε=ΔL/L，因此又称ε为长度应变值,对金属丝而言,其值勤在0.24~0.4之间。
在实际应用中，将金属电阻应变片粘贴在传感器弹性元件或被测饥械零件的表面。
当传感器中的弹性元件或被测机械零件受作用力产生应变时，粘贴在其上的应变片也随之发生相同的机械变形，引起应变片电阻发生相应的变化。
这时，电阻应变片便将力学量转换为电阻的变化量输出。
电路原理：通常传感器采用四片等值电阻组成惠氏顿等桥电路。
R,B为输入端，G,W为输出端，RS起到保护电路的作用。
通过调节RS、R1调节电路的零点平衡。
应变计使用方法：
贴片要点：
1.贴片前先将试件或者弹性体表面贴片部位用细砂纸打磨去除氧化层，打磨的方向应与应变片丝栅方向成45度左右；然后用脱脂
棉蘸丙酮或无水乙醇将贴片部位擦洗干净，并将应变片粘贴面擦洗干净。
2.粘接剂选用：短期一次性实验可用快干胶（501或502胶水）粘贴，若是长期测试或者传感器贴片必须采用各种加温固化胶。
3.贴片应该在应变片上面盖一张聚乙烯薄膜，用手指均匀滚压，将多余的粘接剂和气泡挤出。
要求达到胶层均匀无气泡，位置准确。
4.贴片时一般相对湿度不应超过65%
（1）主要适用于0.02级别的压力传感器制造工艺中。
0.02级别的意思是说满量程时输出误差在正负0.02的范围内。
精确度很高。
具体的传感器制造工艺我在后面会详细描述。
（2）直接测量构件的应变将应变片直接粘贴在构件的形变部位，当构件变形时应变片阻值发生变化，通过电阻应变测量装置（应变仪）可将应变片的电阻变化测量出来，换算成应变或与应变呈正比的电信号（电压，电流）即可。
（3）电路的选择(很关键）应变片的电阻变化很微小，必须有适当的电路检测其微小的变化，我们通常选择一个电路，这个电路中应变片电阻的变化能对电路起到控制作用，使电路能够输出与电阻变化类似的电信号（电压或电流），然后对这个信号进行适当的处理就可以（放大处理）。
优点：
1.应变片尺寸小、重量轻、安装方便
2.测量灵敏度与精度高
3.测量应变的范围广大应变
4.可测量应力梯度较大的构件的应变点应变
5.频率响应好可测动应变
6.可测量特殊环境下的应变
7.可实现测量结果的数字化与计算机处理8.可制成各种传感器
注意：（1）只能测量构件表面的应变
（2）应变片的测量值反映的是敏感栅所覆盖面积下的平均值
（3）是局部测量（逐点测量）全场测量：光弹性法。