3 电阻应变测量技术new

电阻应变测量原理及方法

电阻应变测量原理及方法一、引言二、原理电阻应变测量的基本原理是通过电阻的电阻值随应变变化的特性来测量物体的应变。

当物体受到应变作用时，其几何尺寸发生变化，从而导致电阻值发生变化。

电阻应变测量利用电阻的电阻-温度特性来实现对应变的测量。

具体原理如下：1.电阻温度特性电阻的电阻值与温度呈线性关系，即随温度的升高，电阻值增大；随温度的降低，电阻值减小。

这是因为当温度升高时，导体的电阻率会随之增加，从而导致电阻值的增加。

2.应变-温度关系物体的应变与其温度变化是呈线性关系的，即随应变的增大，温度也相应增大，反之亦然。

这是因为物体在受到应变作用后，其内部会产生应变能，从而导致温度的升高。

基于以上两个关系，可以得出如下结论：当物体受到应变作用时，其温度变化会引起电阻值的变化。

通过测量电阻值的变化，可以估算物体受到的应变。

三、方法1.谐振法谐振法是一种常用的电阻应变测量方法，它基于电阻的电阻值与温度的线性关系。

具体步骤如下：（1）将测量物体固定在一个适当的位置上，使其受到应变作用。

（2）在物体上安装一个电阻应变片，电阻应变片的电阻值随着物体受到应变作用发生变化。

（3）将电阻应变片连接到一个恒频振荡器上，使其获得一个特定频率的激励信号。

（4）通过调节激励信号的频率，使得振荡器与电阻应变片共振。

（5）测量电阻应变片上的共振频率，并根据电阻的温度特性，计算出物体受到的应变。

2.电桥法电桥法是另一种常用的电阻应变测量方法，它基于电阻应变片的电阻值与温度的线性关系。

具体步骤如下：（1）将测量物体固定在一个适当的位置上，使其受到应变作用。

（2）在物体上安装一个电阻应变片，电阻应变片的电阻值随着物体受到应变作用发生变化。

（3）将电阻应变片与一个标准电阻相连接，组成一个电桥电路。

（4）通过调节电桥电路中的电阻，使电桥达到平衡状态。

（5）测量电桥电路中电阻值的变化，并根据电阻的温度特性，计算出物体受到的应变。

3.数字化方法随着科技的进步，电阻应变测量逐渐向数字化和自动化方向发展。

测试技术-3.3 电阻应变片的特性

3.3 电阻应变片的特性
• 2. 灵敏度
•
通常用刚度的倒数来表示弹性元件的特性，
称为弹性元件的灵敏度，一般用S表示，其表达式
为 •
S 1 dx C dF
(3-14)
•
图3- 4 弹性特性曲线
3.3 电阻应变片的特性
• 从式（3-14）可以看出，灵敏度就是单位力作用下弹性元件产生变形的大小，灵敏度大，表明弹性元件软，变形大。与刚度相似，如果弹性特性是线性的，则灵敏度为一常数，若弹性特性是非线性的，则灵敏度为一变数，即表示此弹性元件在弹性变形范围内，各处由单位力产生的变形大小是不同的。
和基片的总厚度为0.05mm,则所需时间约为5×10-8 s, 因
此可以忽略不计。但是由于应变片的敏感栅相对较长，当
3.3 电阻应变片的特性
• 3.3.2 灵敏系数
•
当具有初始电阻值R的应变片粘贴于试件表面时，试
件受力引起的表面应变，将传递给应变片的敏感栅，使其
产生电阻相对变化ΔR/R。理论和实验表明，在一定应变
范围内 ΔR/R与x 的关系满足下式：
•
R R

St
（3-15）
• 式中， x 为应变片的轴向应变。
差，现在一般多采用箔式应变片。
3.3 电阻应变片的特性
• （a）应变片及轴向受力图（b）应变片的横向效应图
•
图3-5 应变片轴向受力及横向效应
3.3 电阻应变片的特性
• 3.3.4 绝缘电阻和最大工作电流
•
应变片绝缘电阻是指已粘贴的应变片的引线与被测件之间的电阻
值Rm。通常要求Rm在50~100MΩ以上。绝缘电阻下降将使测量系
• ③ 应变片轴向与主应力方向一致。

应变测试方法

应变测试方法电阻应变测试1.电阻应变测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。

用电阻应变片测量应变的过程：2.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.电阻应变测量方法的优点（1）测量灵敏度和精度高。

其最小应变读数为1με（微应变，1με=10-6 ε）在常温测量时精度可达1~2%。

（2）测量范围广。

可测1με~20000με。

（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。

4.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。

电阻应变片1.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：2.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L R=A ρdR d dL dA R L A ρρ=+-dR d (12)R ρμερ=++3.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。

其中金属电阻应变片分为：(1)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。

优点：基底、盖层均为纸做成，价格便宜，易安装。

缺点：其横向效应大，测量精度较差，应变片性能分散。

(2)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。

电阻应变计测量技术

电阻应变计测量技术09工设苏聪（0901********）实验应力分析，是用实验分析方法确定构件在受力情况下的应力状态的学科。

它既可用于研究固体力学的基本规律，为发展新理论提供依据，又是提高工程设计质量，进行失效分析的重要手段，已有多种实验方法。

其中，又以电阻应变计测量技术最为普遍。

电阻应变计是一种能将构件上的尺寸变化转换成电阻变化的变换器，一般由敏感栅、引线、粘结剂、基底和盖层构成。

将它安装在构件表面。

构件受载荷作用后，表面产生微小变形，敏感栅随之变形，致使应变计产生电阻变化，其变化率和应变计所在处构件的应变成正比。

测出电阻变化，即可按公式算出该处构件表面的应变，并算出相应的应力。

依敏感栅材料不同，电阻应变计分金属电阻应变计和半导体应变计两大类。

另外还有薄膜应变计、压电场效应应变计和各种不同用途的应变计，如温度自补偿应变计、大应变计、应力计、测量残余应力的应变化等。

电阻应变计测量技术的优点是：①测量精度和灵敏度高；②频率响应好，可测量从静态到数十万赫的动态应变;③测量数值范围广;④易于实现测量的数字化、自动化和无线电遥测；⑤可在高温、低温、高压液下、高速旋转、强磁场和核辐射等环境进行测量；⑥可制成各种传感器，测量力、压力、位移、加速度等物理量，在工业过程和科学实验中用作控制或监视的敏感元件。

电阻应变计的主要缺点是：①一个应变计只能测定构件表面一点在某个方向的应变；②只能测得栅长范围内的平均应变。

测量原理电阻应变测量系统由电阻应变计、电阻应变仪和记录器三部分组成，其工作过程如下：电阻应变计可按下式将构件的应变转换为单位电阻变化：，式中为初始电阻；为该电阻的变化；为轴线方向的应变；为灵敏系数。

电阻应变仪采用电桥或电位差计的测量线路，将电阻应变计的电阻变化转换为电压（或电流）的变化，并经放大后输出。

一般应变测量技术应变测量技术可分为静态应变测量和动态应变测量两类：静态应变测量工作过程如下：应用电阻应变计测量常温下的静态应变时，可达到较高的灵敏度和精度,其最小应变读数为1微应变，一般精度为1%～2%,应变测量范围从1微应变到2万微应变,特殊的大应变电阻应变计可测到结果为20％的应变值。

电阻应变测量原理

电阻应变测量原理
电阻应变测量原理是通过利用电阻在载荷作用下产生的变化来测量物体的应变。

其原理基于电阻材料在受到应力引起形变后，电阻值会发生相应的变化。

具体而言，电阻应变测量原理可以分为配电式和全桥式测量两种。

配电式电阻应变测量原理基于电阻应变材料的电阻值与其长度成正比的关系。

当应变材料受到外力作用而产生应变时，其长度会发生变化。

由于电阻材料的电阻与其长度成正比，因此材料的电阻值也会发生改变。

通过测量电阻的变化，就可以推断出物体所受到的应变。

全桥式电阻应变测量原理则是通过构建一个电桥电路来测量电阻的变化。

这类电桥电路通常由四个电阻构成，其中一个电阻是电阻应变材料。

当应变材料受到外力作用产生应变时，其电阻值发生变化，破坏了电桥平衡条件。

通过调节其他电阻的阻值，使得电桥重新平衡，通过测量调节电阻的变化，就能得到物体所受到的应变。

总的来说，电阻应变测量原理是利用电阻材料在受到应力引起形变后，其电阻值会发生变化的特性来测量物体的应变。

无论是配电式还是全桥式，都是基于电阻的变化来推断出物体所受到的应变。

电阻应变计测量法

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的电阻应变计。
电阻应变测试方法是用电阻应变计测定构件的表面应变，再根据应变—应力关系确定构件表面应力状态的一种实验应力分析方法。这种方法是，将电阻应变计粘贴在被测构件上，当构件变形时，电阻应变计的电阻值将发生相应的变化，利用电阻应变仪（简称应变仪）将此电阻值的变化测定出来，再换算成应变值或者输出与此应变成正比的电压（或电流）信号，由记录仪记录下来，就可得到所测定的应变或应力。
3．只能测得电阻应变计栅长范围内的平均应变值，因此对应变梯度大的应力场测量误差较大。
4．易受外界环境（如温度）的影响
电阻应变测试方法的优点是：
1．测量灵敏度和精度高。其最小应变读数可为1微应变（με，1微应变=10-6毫米/毫米），在常温静态应变测量时，精度一般可达到1~2%。
2．测量测量从静态到数十万赫兹的动态应变。
4．应变计尺寸小，最小的应变计栅长可短到0.178毫米，因此重量轻、安装方便，不会影响构件的应力状态，而且可进行应力梯度较大的应变测量。
应变电测法的含义有两种意义，广义的和狭义的。广义的应变电测法主要包括：电阻应变计测试法、电容应变计测试法和电感应变计测试法等多种方法。其中以电阻应变计测试方法应用的较为普遍。因此，常常将应变电测法特指为电阻应变计测试法，这是狭义的应变电测法。
电阻应变计测试技术起源于19世纪。1856年，W ? 汤姆逊（W·Thomson）对金属丝进行了拉伸试验，发现金属丝的应变与电阻的变化有一定的函数关系；惠斯登电桥可用来精确地测量这些电阻的变化。1938年，E ? 西门斯（E ? Simmons）和A ? 鲁奇（A ? Ruge）制出了第一批实用的纸基丝绕式电阻应变计。1953年，P ? 杰克逊（P ? Jackson）利用光刻技术，首次制成了箔式应变计，随着微光刻技术的进展，这种应变计的栅长可短到0.178mm。1954年，C ? S ? 史密斯（C ? S ? Smith）发现半导体材料的压阻效应。1957年，W ? P ? 梅森（W ? P ? Mason）等研制出半导体应变计。现在已研制出数万种用于不同环境和条件的各种类型

电阻应变测试技术

电阻应变测试技术在土木工程中的应用现状我国现在进行世界上规模最大的基本建设。

这样优越的条件以为世人所关注，电阻应变测试技术也越来越多的应用到公路、桥梁等土木工程中。

一、应用现状尽管材料力学、结构力学和弹性理论在解决工程结构的应力分析方面已经相当地成熟，而且由于结构的矩阵分析方法和有限元的研究和应用，把解决工程问题的范围又向前大大地推进了一步使得很多过去用传统的分析方法不容易解决和不能解决的问题都可以比较满意的获得解答，但是应该承认还有不少实际问题暂时还处于不能求解的状况。

不论是用传统的方法或者是用现代的数值方法，对于那些复杂的工程结构所求得的解都需要通过实验的检验才能做出最后的结论。

此外，由于结构的工作条件（如外载、环境等）以及结构本身的性状一般都带有随机性，因而需要通过实验的手段获得大量的、长期的统计资料，方能作为分析的依据。

早期的电测方法主要用于测量常温下物体的表面应变，但近些年来在高温和低温、动态应变和各种动力学参数、各种性质的介质环境、极大的加速度、高压力、强辐射以及遥感测试技术等方面都得到了很好的应用。

在实验应力分析科学的领域内还有不少其它的新技术。

不同的方法可能在不同的条件下显示出其优越性，但是在土木工程中用途最广泛和适应能力最强的还是电测法。

应变测试是桥梁、建筑工程等结构试验的一项重要内容。

当前，尽管已有各种预埋式混泥土应变传感器应用于混凝土内部的应变测试，以提高测试的可靠性，但由于现场测试条件的限制，目前的结构试验如大型建筑、桥梁等结构在荷载作用下的现场应变测定以及室内的模型试验仍大量采用表面应变测试。

一般常用的表面应变测试手段可分为机测和电测两类，机测主要用于千分表、手持式应变仪等，电测则大量采用电阻应变片等，由于机测灵敏度低，一般作辅助手段，应变片的灵敏度则高出千分表数倍，常用做主要手段。

电测法所使用的仪器和设备主要有三部分，即电阻片、电阻应变仪和指示记录仪器。

电测法就是用牢固的粘贴在分析对象上的电阻片将被测量的应变转换成电学量，经过电阻应变仪的放大后再将电信号书给指示记录仪器，完成对应变的指示或记录。

第四章电阻应变测量技术

图1 条状半导体应变片
图2 体型半导体应变片
图3 薄膜型和扩散型半导体应变片
半导体应变片优点（1）灵敏系数大，比一般应变片大几十倍，能处理微小信号，可以省掉放大器，使应变测量系统简化；（2）横向效应几乎为零；（3）机械滞后和体积小；（4）频率响应高，频带宽。缺点电阻值和灵敏系数热稳定性差。
（5）
定时，它只是 µ 的函数。
k 0 为金属材料对应变的敏感系数，当材料确
式（5）说明，电阻的变化与应变是成正比的。
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：
敏感栅：用合金丝或合金箔制成的栅。作用：将ε ⇒ ∆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。
第四章电阻应变测量技术
4.1 概述 4.2 电阻应变片 4.3 应变测量电路 4.4 应变应力测量 4.5 应变仪
4.1 概述
1、电阻应变测量的基本原理用电阻应变片作为传感元件，将应变片粘贴或安置在构件表面，随着构件的变形，应变片敏感栅也相应变形，将被测对象表面指定点的应变转换成电阻变化。电阻应变仪将电阻变化转换成电压（或电流）信号，经放大器放大后由指示仪表显示或记录仪记录，也可以输出到计算机进行数据处理，并显示或打印出来。
60 Ω 、 Ω 、 120 200 Ω 、 350 Ω 、 1000 Ω 等系列，最常用的是 R = 120Ω
出厂时，厂家给出每包应变片电阻的平均值，单个阻值与平均阻值的最大偏差。
（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 ε 之比值，称为应变片的灵敏系数，即：