应变片的理论教程(杂项)
传感器2章应变片
实际在应用时，环境（工作）温度经常会发生变化，使应变片工作条件 改变，影响其输出特性。这种单纯由温度变化引起的应变片电阻值变化的 现象，称为温度效应。设工作温度变化为 t C ，则由此引起粘贴在试件上 的应变片电阻的相对变化为： R t K ( )t
1）体型半导体应变片 这是一种将半导体材料硅或锗晶体按一定方向切割成的片状小条，经腐蚀压焊粘 贴在基片上而成的应变片，其结构如下图所示。
2014
7
2）薄膜型半导体应变片 这种应变片是利用真空沉积技术将半导体材料沉积在带有绝缘层的试件上而制成， 其结构示意图见图2.1.3。
3）扩散型半导体应变片 将P型杂质扩散到N型硅单晶基底上，形成一层极薄的P型导电层，再通过超声波 和热压焊法接上引出线就形成了扩散型半导体应变片。图2.1.4为扩散型半导体应变 片示意图。这是一种应用很广的半导体应变片。
s 为试件的线膨胀系数； t 为敏 式中： 为敏感栅材料的电阻温度系数； 感栅材料的线膨胀系数； 应变片因环境温度变化而引起的附加电阻变化或附加输出应变由两部分 t 组成。一部分为敏感栅电阻变化所造成的，大小为 ；另一部分为 K s t t 敏感栅与试件热膨胀不匹配所引起的，大小为 。一般情况 下，应变片由温度变化所引起的电阻变化与试件应变所造成的电阻变化几 乎有相同的数量级。在工作温度变化较大时，这种误差必须加以补偿。
2.1.3应变片的基本结构
电阻应变片的种类繁多，形式多样，但其 基本结构大体相同。现以金属丝式应变片的结 构为例说明。如右图所示，图中电阻丝绕成S形 状的敏感栅，敏感栅为应变片的敏感元件，直 径一般为0.0l ～0.05mm的电阻丝平行排列而成， 作用是感受应变的变化或大小。敏感栅粘贴在 基片（基底）上，基片具有固定敏感栅和绝缘 作用，很薄，一般为 0.03～ 0.06mm。敏感栅上 面有覆盖层，而且敏感栅电阻丝两端接有引出 线用以和外接导线相连。
应变片及其原理范文
应变片及其原理范文应变片是一种用于测量物体应力和应变的传感器。
它是由金属或半导体材料制成的薄薄的片状结构，通过外界施加的载荷或力使其发生形变，从而产生电阻或电容等物理量的变化，进而反映物体所受到的应力或应变。
应变片的制作是一个精密而复杂的过程。
首先，从高纯度的金属或半导体材料中切割出薄片，然后通过化学或物理方法进行表面清洁和处理，以确保材料的纯度和表面的光滑度。
接下来，使用特定的工具和技术将薄片加工成所需的形状和尺寸，以满足测量需要。
最后，对应变片进行校准和测试，以保证其精度和可靠性。
应变片的工作原理可以分为电阻应变片和电容应变片两种类型。
电阻应变片是最常用的应变片之一、它是采用金属材料制成的，具有一定的电阻。
当外力作用于应变片时，其产生的应变导致金属晶格的形变和电阻的变化。
通常情况下，应变片的电阻值与应变呈线性关系。
通过测量电阻的变化，可以计算出应变片所受力的大小。
电容应变片则是采用半导体材料制成的。
与电阻应变片不同，电容应变片是通过测量电容的变化来反映应变的。
当物体受到外界力或载荷时，应变片会发生形变，导致其电容发生变化。
借助电容测量电路，我们可以获取应变片所受力或应变的大小。
应变片广泛应用于工程、研究和制造领域。
例如，在结构工程中，应变片可以用来检测桥梁、建筑物等的应力分布情况，为工程师提供重要的设计数据。
在材料研究中，应变片可以用来研究材料的强度、刚度以及破坏机制等。
此外，在汽车制造和航空航天等领域，应变片也被广泛应用于产品质量控制和故障分析中。
总之，应变片作为一种重要的传感器，具备了测量物体应力和应变的能力。
通过其精确而可靠的测量数据，可以为工程师和研究人员提供重要的信息和指导，有效地提高产品质量和性能。
简述应变片的原理及应用
简述应变片的原理及应用1. 什么是应变片？应变片（Strain gauge）是一种常用于测量应变（strain）的传感器。
应变片通常由细长的金属箔片构成，含有一个或多个电阻片。
当载荷施加在应变片上时，金属箔片会发生应变，从而改变电阻的大小。
通过测量电阻的变化，可以间接测量应变的大小。
2. 应变片的工作原理应变片是通过电阻效应来测量应变的。
当细长金属箔片受到应变时，金属箔片会发生微小的形变，从而改变金属箔片内部电阻的大小。
根据电阻与电流之间的关系（欧姆定律），我们可以测量出电阻的变化来间接测量应变的大小。
应变片与电桥电路结合使用，通过测量电桥电路的电阻变化，可以得到应变的准确值。
3. 应变片的应用领域3.1 结构应变测量应变片广泛应用于结构工程领域，用于测量结构体受力状态下的应变情况。
例如，应变片可以安装在桥梁、建筑物、飞机机翼等结构上，通过测量结构的应变变化，可以了解结构所承受的力的大小和方向。
这对于结构的设计与性能评估非常重要。
3.2 材料力学实验在材料力学实验中，应变片被广泛应用于测量材料的应变情况。
通过在材料上安装应变片，可以测量不同位置的应变值，从而了解材料的机械性能。
材料力学实验中常常使用多个应变片来获得更精确的测量结果。
3.3 液压机械在液压机械中，应变片用于测量液压缸的应变情况。
通过测量应变片的应变变化，可以了解液压缸所承受的力的大小，从而判断液压缸的工作状态。
这对于液压机械的安全性和性能评估具有重要意义。
3.4 地震监测应变片也被应用于地震监测领域，用于测量地震过程中土壤和岩石的应变情况。
通过测量应变片的应变变化，可以了解地震震源与监测点之间的位移和应变关系，从而研究地震的发生机制和动力学特征。
4. 应变片的优势4.1 高精度应变片可以提供高精度的应变测量结果。
由于金属箔片的微小形变能够准确地改变电阻的大小，因此应变片可以测量非常小的应变量。
4.2 可靠性应变片具有良好的机械性能和耐腐蚀性能，在不同环境和复杂工况下仍然能够提供准确可靠的测量结果。
使用应变片进行测量的介绍
使用应变片进行测量的介绍引言：应变片是一种常用的测量工具，它可以测量物体受力后的形变情况，从而帮助我们了解物体的应变状态。
应变片的原理是利用电阻片的导电性能随形变而发生变化，通过测量电阻值的变化来判断物体的应变情况。
本文将介绍应变片的基本原理、应用领域以及使用注意事项。
一、应变片的基本原理应变片的基本原理是利用电阻片的导电性能随形变而发生变化。
应变片通常由金属箔片制成，其表面附着有导电性的金属薄膜。
当物体受力产生应变时，应变片也会发生相应的形变，导致金属箔片中的导电薄膜的长度或宽度发生变化，从而改变了电阻值。
通过测量电阻值的变化，我们就可以了解物体的应变情况。
二、应变片的应用领域1. 结构应变测量：应变片可以用于测量各种结构件的应变状态，例如桥梁、建筑物等。
通过在结构件上安装应变片并连接到测量仪器上，我们可以实时监测结构的应变情况，从而判断结构的稳定性和安全性。
2. 材料力学研究：应变片可以用于材料的力学性能研究。
通过在材料表面粘贴应变片，并施加不同的力或载荷，我们可以测量材料的应变变化，从而了解材料的力学性能，如弹性模量、屈服强度等。
3. 汽车工程：应变片广泛应用于汽车工程领域。
例如，在汽车车身结构上安装应变片，可以测量车身在行驶过程中受到的应变情况，从而评估车身的刚性和安全性。
4. 机械工程：应变片在机械工程中也有重要的应用。
例如，在机械零件上安装应变片，可以测量零件在受力时的应变情况，从而评估零件的可靠性和耐久性。
三、使用应变片的注意事项1. 安装位置：应变片的安装位置应选择在受力较大或需要测量的部位。
安装时应保证应变片与被测物体紧密贴合，避免空隙产生。
2. 温度影响：应变片的电阻值可能会受到温度的影响，因此在进行测量时需要注意环境温度的变化。
可以根据应变片的温度特性进行校准或修正。
3. 电路连接：应变片需要与测量仪器进行连接，连接时要确保电路的可靠性和稳定性。
可以采用导线连接或者无线传输方式。
应变片知识点总结
应变片知识点总结应变片是一种用来测量物体表面形变或变形的传感器，可以应用于工程、医学、运动学以及其他领域。
应变片具有高灵敏度、高精度和多样化的特点，能够满足不同场景下的测量需求。
在使用应变片时，需要注意一些重要的知识点，包括传感原理、安装方法、校准技术、环境因素影响等。
本文将主要从这些方面进行总结。
一、传感原理应变片的传感原理是利用材料的电阻随形变而产生的变化来测量应力或应变。
当物体受到外力作用时，产生的形变会导致应变片的电阻值发生变化，从而可以通过测量电阻值的变化来获取应变信息。
常见的应变片包括电阻应变片、银粘贴应变片和光栅应变片等，它们的工作原理都是基于这一传感原理。
二、应变片的安装方法应变片的安装方法对于测量结果的准确性有着重要的影响，常见的安装方法包括点式安装、面式安装和环状安装。
点式安装是将应变片粘贴在物体的凸起部位，适用于测量非均匀应力场的情况；而面式安装则是将应变片贴附在物体表面的整个区域，适用于均匀应力场的测量；环状安装则适用于圆形零件的测量，可以获取环状应变的信息。
在安装过程中需要注意表面清洁、胶水选择、压力均匀等问题。
三、应变片的校准技术应变片的校准是保证测量准确性的重要环节，主要包括电阻校准和应变校准。
电阻校准是通过比对已知电阻值的标准电阻器和待测电阻片的电阻值来获得电阻片的准确数值；应变校准则是通过施加已知应力或应变来验证应变片的输出信号，从而检验其是否符合预期。
校准方法除了传统的静态校准外，还包括动态校准和多点校准等多种技术，以应对不同的测量场景和要求。
四、环境因素的影响应变片在测量过程中受到多种环境因素的影响，包括温度、湿度、电磁场等。
温度的影响主要表现在温度导致电阻值的变化，因此需要进行温度补偿以减小误差；湿度会使传感材料A和VH之间发生变化，进而影响应变片的输出信号；而电磁场则可能对应变片的电路造成干扰，导致测量结果的误差。
因此需要对应变片进行环境适应性测试，考虑在实际测量场景中的环境因素。
实验力学盖秉政第4章应变片
1 H
1 0.285 0.05
0
p.10
理论力学
第三节 应变片的类型及特点
理论力学
应变片品种繁多，分类方法各异，表4-1中列出几种常见的分类方法以及各种类型应变片的主要特点。
表4-1 各种应变片
分类方法
类型
主要特点
敏感材料
金属电阻应变片 半导体应变片
灵敏系数较低（2左右） 灵敏系数高、频响高。温度稳定性差
敏感栅电阻变化率可表示为:
R R
K仪 仪
K LL
K BB
K (1 LL
K BB
K
)
LL
即有
R K (1 H )
R
LL
式中，H KB / KL , B / L
令
K* K (1 H) , L
则有
R K *
R
L
（4-3）
p.7
理论力学
三、横向效应的影响
理论力学
制造厂在进行标定时给出的灵敏系数，是式（4-3）的 一个约定的特例，即为
/ ( )/
BL
0x
x
0
为厂家在进行标定时标定梁的泊松比。在这种情况下 0
K * K K (1 H)
L
0
（4-4）
如使用的条件和标定时的情况不同，则灵敏系数将不是
K K (1 H)
L
0
而是
K * KL (1 H )
标定时 使用时
p.8
理论力学
三、横向效应的影响
理论力学
敏系数之比，用H代表。
H=横向灵敏系数/纵向灵敏系数=KB/KL
由于应变片的加工工艺和粘贴安装等因素的影响，应
变片的横向效应系数H的实测值与理论值有所不同，H值一
应变入门(应变片 )
如图 8 所示，当四条边上的应变片的电阻分别引起如
R1+∆R1, R2+∆R2, R3+∆R3, R4+∆R4 的变化时
e
=
1 4
⎛ ⎜ ⎝
∆R1 R1
−
∆R2 R2
+
∆R3 R3
−
∆R4 R4
⎞ ⎟ ⎠
E
若四枚应变片完全相同，比例常数为 K,且应变分别为
ε1,ε2,ε3,ε4。则上面的式子可写成下面的形式。
-3-
[ 应变 ]
应变的大小 应变到底小到什么程度呢？如图 4 所示，从1×10−4 m（2 每
边长 1cm）的铁棒上面垂直施加 10kN(约 1020kgf)的力 时，会产生多大的应变呢？让我们来计算一下。 首先，应力
σ
=
P A
=
10kN 1×10−4 m2
=
10 ×103 N 1×10−4 m2
[ 应变片 ]
每次面世的新型汽车或火车都在轻型化上下了很大功夫，以提高其速度及节省燃料。虽然使用薄 的或细的轻型材料可以实现轻型化（效率化），但是如果不能保证必要的强度的话对安全性会有很大 影响。相反，如果只考虑强度的话就会使重量增加，对经济性造成影响。
因此，在机构的设计上，安全性与经济性的协调也是非常重要的因素。为了在设计上既要保持这 种协调性，又要保证强度，就必须要知道材料各个部位的“应力”。但是，以现有的科学水平，无法 对这种应力进行直接测量及判定。因此要对表面的“应变”进行测量，进而计算出内部的“应力”。
ε2
=
− ∆d d0
这种与外力成直角方向上的应变称为“横向应变”。轴向
应变与横向应变的比称为泊松比，记为ν 。每种材料都
应变片的应用实验原理图
应变片的应用实验原理图1. 引言应变片是一种常见的应变测量装置，广泛应用于工程领域和科学研究中。
应变片的工作原理是通过观察张力或压力加载下金属薄片的微小形变来测量应变量。
本文将介绍应变片的应用实验原理图。
2. 实验目的通过使用应变片的应用实验原理图，了解应变片的工作原理和实验操作流程，掌握应变片在实际应用中的测量原理。
3. 实验设备和材料•应变片•变化载荷的装置•多功能数据采集仪4. 实验步骤1.将应变片安装在被测材料上。
应变片可通过胶水或焊接等方式固定在被测材料表面。
2.连接应变片与多功能数据采集仪。
确保连接稳固且信号传输正常。
3.启动多功能数据采集仪，并设置采样频率和采样时间。
4.施加变化载荷（例如拉伸或压缩）到被测材料上。
5.实时监测数据采集仪上的读数，记录不同载荷下应变片的应变量数据。
6.停止载荷施加，结束实验。
5. 数据处理1.将数据采集仪上的读数转换为应变量数据。
根据应变片的灵敏度系数和测量电阻进行计算。
2.将应变量数据进行统计和分析，得出各载荷下被测材料的应变变化情况。
3.绘制应变-载荷曲线，并进行数据拟合和趋势分析。
4.计算应变片的灵敏度系数和误差范围。
6. 实验注意事项1.应注意操作的安全性，避免发生意外事故。
2.在实验过程中，应保持被测材料和应变片的稳定性，避免出现外部干扰。
3.实验结束后，应及时关闭设备并进行数据的保存和备份。
7. 结论通过本文介绍的应变片的应用实验原理图，我们了解到应变片的工作原理和实验操作流程。
应变片能够准确测量材料的应变变化情况，具有重要的应用价值。
在实际应用中，我们可以根据应变-载荷曲线来评估材料的力学性能，为工程设计和科学研究提供有力的支持。
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应变片的工作原理
将应变片贴在被测定物上，使其随着被测定物的应变一起伸缩，这样里面的金属箔材就随着应变伸长或缩短。
很多金属在机械性地伸长或缩短时其电阻会随之变化。
应变片就是应用这个原理，通过测量电阻的变化而对应变进行测定。
一般应变片的敏感栅使用的是铜铬合金，其电阻变化率为常数，与应变成正比例关系。
即Δ×ε
在这里：应变片的原电阻值Ω
Δ：伸长或压缩所引起的电阻变化Ω
：比例常数(应变片常数)
ε：应变
不同的金属材料有不同的比例常数。
铜铬合金的值约为。
这样，应变的测量就通过应变片转换为对电阻变化的测量。
但是由于应变是相当微小的变化，所以产生的电阻变化也是极其微小的。
例如我们来计算×−的应变产生的电阻的变化。
应变片的电阻值一般来说是欧姆，即
Δ××
Δ×××−Ω
电阻变化率为Δ→
要精确地测量这么微小的电阻变化是非常困难的，一般的电阻计无法达到要求。
为了对这种微小电阻变化进行测量，我们使用带有韦斯通电桥回路的专用应变测量仪。
应变片本身的追随能力可以达到数百，通过组合的测定装置可以对冲击现象进行测量。
行驶中的车辆，飞行中的飞机等各部位的变动应力可以通过应变片和测定装置进行初步的测量。
测量电路：惠斯通电桥
惠斯通电桥适用于检测电阻的微小变化，应变片的电阻变化也可以用这个电路来测量。
如图所示，惠斯通电桥由四个电阻组合而成。
图图
如果或××
则无论输入多大电压，输出电压总为，这种状态称为平衡状态。
如果平衡被破坏，就会产生与电阻变化相对应的输出电压。
如图所示，将这个电路中的用应变片相连，有应变产生时，记应变片电阻的变化量为Δ，则输出电压的计算公式如下所示。
()*(Δ)*即()**ε*
上式中除了ε 均为已知量，所以如果测出电桥的输出电压就可以计算出应变的大小。
上例电路中只联入了一枚应变片，所以称为单一应变片法（桥）。
除此之外，还有双应变片半桥法及四应变片全桥法。
如图所示，在电桥中联入了四枚应变片（全桥）。
四应变片法是桥路的四边全部联入应变片，在一般的应变测量中不经常使用，但常用于应变片式的变换器中。
如图所示，当四条边上的应变片的电阻分别引起如Δ，Δ，Δ，Δ 的变化时
若四枚应变片完全相同，比例常数为,且应变分别为ε,ε,ε,ε。
则上面的式子可写成下面的形式。
也就是说，应变测量时，邻臂上的应变相减，对臂上的应变相加。
图图
如图所示，四边的电阻中只有用应变片相连时，所以输出电压可写成：
( )*(Δ)*即()**ε*
一般的应变测量大部分都使用单应变片法。
如图所示，在电桥中联入了两枚应变片，共有两种联入方法，即半桥邻边法（）和半桥对边法（）。
四条边中有两条边的电阻发生变化，根据上面的四应变片法的输出电压式可得，
联入方式如图（）所示时，
联入方式如图（）所示时，
也就是说当联入两枚应变片时，根据联入方式的不同，两枚应变片上产生的应变或加或减。
图半桥：()邻边和()对边。