电阻应变测量原理及方法
电阻应变测试原理及温度补偿方法实验
电阻应变测试原理及温度补偿方法实验一、实验目的１．掌握电阻应变片的粘贴技术。
２．初步掌握电阻应变片的绝缘处理、防潮、接线和粘贴质量检查等基本技术。
３．了解电测应力、应变实验原理与电桥接线方法。
二、实验设备及器材 １．电阻应变片。
２．试件。
３．万用表、兆欧表。
４．电烙铁、镊子、丙酮、细砂纸、药棉等工具和材料。
５．502胶水、连接导线、704胶。
６．烘干设备。
三、电测法基本原理电阻应变测量技术(简称电测法)，就是将物理量、力学量、机械量等非电量通过敏感元件转换成电量来进行测量的一种实验方法，又称非电量电测法。
将电阻应变片粘贴在构件上，当构件受力变形时应变片也随之一起变形，应变片的电阻值发生变化，通过测量电桥将电阻变化转换成电压信号，经放大处理及模／数转换，最后直接输出应变值。
电测法在工程中得到广泛应用，其主要特点： (１) 尺寸小、重量轻、安装方便，对被测构件的应力分布不产生干扰。
(２) 精度和灵敏度高，最小应变读数为１με＝10。
6−(３) 测量范围广、适应性强，既能进行静态测试也能进行动态测试，频率响应范围从零到几万赫。
还可以在高、低温及高压、水中等特殊条件下进行测量。
(４) 可测量多种力学量。
采用应变片作为敏感元件制成各种传感器可测力、位移、压强、转角、速度、加速度、扭矩等。
但电测法也有局限性，其缺点是： (１) 只能测构件表面的应变，并且是有限个点，测量数据是离散的，难以得到整个应力-应变场的分布全貌。
(２)对于应力集中和应变梯度较大的部位，会引起比较大的误差。
四、电阻应变片１．工作原理 由物理学可知，金属导线的电阻为：Ｒ=A Ｌ/ρ (2 - 1)式中：ρ为导线材料电阻率；Ｌ为导线长度；A 为导线截面积。
当金属导线因受力变形引起电阻相对变化，对式(2-1)两边取对数再微分得：ＡＡＬＬＲＲd d d d −+=ρρ(2 - 2)式中：ρρd ≈ ⎟⎠⎞⎜⎝⎛+=ＬL ＡＡＣＶＶＣd d d ； ε=ＬＬd ；⎟⎠⎞⎜⎝⎛−==ＬＬＤＤＡＡd 2d 2d μＣ为与材料种类和加工方法相关的常数；Ｖ为体积；ε为应变；Ｄ为导线直径；μ为导线材料泊松比。
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。
应变测量方法原理及优点
应变测量方法原理及优点
电阻应变测量方法是利用电阻应变片测量构件表面应变，再根据应变-应力关系得到构件的应力状态，进而对构件进行应力分析。
使用电阻应变片测试时，将电阻应变片粘贴或安装在被测物体表面，然后接入测量电路，随零部件受力变形，应变片的敏感栅随之变形，致使产生与构件表面应变成比例的电阻值变化，测量电路输出应变片电阻变化产生的信号，经放大电路放大后，由指示仪表或记录仪器指示或记录。
电阻应变测量方法之所以得到广泛应用，是因为它具有下列优点。
1、测量灵敏度和精度高。
动态测试精度可达1%，静态为0.1%。
2、测量范围广。
可从1微应变测量到2万微应变。
3、电阻应变片尺寸小，重量轻、安装方便、对构件无附加力，不会影响构件的应力状态，并可用于应力梯度变化较大的应变测量中。
4、频率响应好。
可从静态应变测量到数十万赫的动态应变。
5、测量输出电信号，易于实现数字化、自动化及无线遥测。
6、可在高温、低温、高速旋转及强磁场环境下进行测量。
7、可制成各种高精度传感器，测量力、位移、加速度等物理量。
电阻应变测量方法也有自身的局限性。
1、电阻应变测量法只能测量构件表面的应变，而不能测量构件内部的应变。
2、一个应变片只能测定构件表面一个点沿某一个方向的应变，不能进行全域性的测量。
3、只能测得电阻应变片栅长范围内的平均应变值，因此对应变梯度大的应力场无法进行测量。
以上就是应变测量方法的原理及优点介绍，更多电阻应变测量方法相关内容，欢迎咨询南京聚航科技有限公司。
电阻应变测量原理及方法
目录电阻应变测量原理及方法 (2)1. 概述 (2)2. 电阻应变片的工作原理、构造和分类 (2)2.1 电阻应变片的工作原理 (2)2.2 电阻应变片的构造 (4)2.3 电阻应变片的分类 (4)3. 电阻应变片的工作特性及标定 (6)3.1 电阻应变片的工作特性 (6)3.2 电阻应变片工作特性的标定 (10)4. 电阻应变片的选择、安装和防护 (12)4.1 电阻应变片的选择 (12)4.2 电阻应变片的安装 (13)4.3 电阻应变片的防护 (14)5. 电阻应变片的测量电路 (14)5.1 直流电桥 (15)5.2 电桥的平衡 (17)5.3 测量电桥的基本特性 (18)5.4 测量电桥的连接与测量灵敏度 (19)6. 电阻应变仪 (24)6.1 静态电阻应变仪 (24)6.2 测量通道的切换 (26)6.3 公共补偿接线方法 (27)7. 应变-应力换算关系 (28)7.1 单向应力状态 (28)7.2 已知主应力方向的二向应力状态 (29)7.3 未知主应力方向的二向应力状态 (29)8. 测量电桥的应用 (31)8.1 拉压应变的测定 (31)8.2 弯曲应变的测定 (34)8.3 弯曲切应力的测定 (35)8.4 扭转切应力的测定 (36)8.5 内力分量的测定 (37)电阻应变测量原理及方法1. 概述电阻应变测量方法是实验应力分析方法中应用最为广泛的一种方法。
该方法是用应变敏感元件——电阻应变片测量构件的表面应变，再根据应变—应力关系得到构件表面的应力状态，从而对构件进行应力分析。
电阻应变片（简称应变片）测量应变的大致过程如下：将应变片粘贴或安装在被测构件表面，然后接入测量电路（电桥或电位计式线路），随着构件受力变形，应变片的敏感栅也随之变形，致使其电阻值发生变化，此电阻值的变化与构件表面应变成比例，测量电路输出应变片电阻变化产生的信号，经放大电路放大后，由指示仪表或记录仪器指示或记录。
应变测试原理
应力应变测试原理电阻应变测量方法是将应变转换成电信号进行测量的方法，简称电测法。
电测法的基本原理是：将电阻应变片（简称应变片）粘贴在被测构件的表面，当构件发生变形时，应变片随着构件一起变形，应变片的电阻值将发生相应的变化，通过电阻应变测量仪器（简称电阻应变仪），可测量出应变片中电阻值的变化，并换算成应变值，或输出与应变成正比的模拟电信号（电压或电流），用记录仪记录下来，也可用计算机按预定的要求进行数据处理，得到所需要的应变或应力值。
其工作过程如下所示：应变——电阻变化——电压（或电流）变化——放大——记录——数据处理电测法具有灵敏度高的特点，应变片重量轻、体积小且可在高（低）温、高压等特殊环境下使用，测量过程中的输出量为电信号，便于实现自动化和数字化，并能进行远距离测量及无线遥测。
(R=ρL/A)在使用应变片测量应变时，必须用适当的办法测量其电阻值的微小变化。
为此，一般是把应变片接入某种电路，让其电阻值的变化对电路进行某种控制，使电路输出一个能模拟该电阻值变化的信号，然后，只要对这个电信号进行相应的处理就行了。
常规电测法使用的电阻应变仪的输入回路叫做应变电桥，它是以应变片作为其部分或全部桥臂的四臂电桥。
它能把应变片电阻值的微小变化转化成输出电压的变化。
在此，仅以直流电压电桥为例加以说明。
一、电桥的输出电压电阻应变仪中的电桥线路如图A -4所示，它是以应变片或电阻元件作为电桥桥臂。
可取1R 为应变片、1R 和2R 为应变片或1R ～4R 均为应变片等几种形式。
A 、C 和B 、D 分别为电桥的输入端和输出端。
根据电工学原理，可导出当输入端加有电压I U 时，电桥的输出电压为()()I43214231O U R R R R R R R R U ++-=当0O =U 时，电桥处于平衡状态。
因此，电桥的平衡条件为4231R R R R =。
当处于平衡的电桥中各桥臂的电阻值分别有1R ∆、2R ∆、3R ∆和4R ∆的变化时，可近似地求得电桥的输出电压为⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∆-∆+∆-∆≈44332211I O 4R R R R R R R R U U 由此可见，应变电桥有一个重要的性质：应变电桥的输出电压与相邻两桥臂的电阻变化率之差、相对两桥臂电阻变化率之和成正比。
电阻应变片的原理及应用
电阻应变片的原理及应用1. 电阻应变片的原理电阻应变片是一种常见的用于测量物体形变的传感器。
它利用了金属材料在受力后导电性能的变化，通过测量电阻的变化来间接测量物体的形变。
电阻应变片的原理基于金属材料的应变效应。
当金属受到外力作用时，其晶格结构会发生变化，从而使电阻发生变化。
这种应变效应被称为压阻效应。
电阻应变片通常采用金属箔片的形式，由特殊的合金材料制成。
当受到外力拉伸或压缩时，金属箔片会产生相应的应变，从而导致电阻值发生变化。
具体来说，电阻应变片通常由四个电阻元件组成，形成一个电桥电路。
两个电阻应变片被安装在测量物体上，分别受到压缩或拉伸的力。
另外两个电阻元件被用作参考电阻，保持恒定。
当物体受力时，电桥电路中的电阻发生变化，通过测量电桥的输出电压或电流变化，可以间接测量物体的形变。
2. 电阻应变片的应用电阻应变片的应用非常广泛，下面列举了几个常见的领域：•力学研究：电阻应变片常用于力学研究领域，用于测量材料的应力和应变。
通过将电阻应变片安装在试样上，可以实时监测试样在受力过程中的应变情况，从而分析材料的力学性质。
•工程结构监测：电阻应变片在工程结构监测中得到广泛应用。
例如，在桥梁、建筑物或机械设备中安装电阻应变片，可以实时监测结构的应变情况，及时发现结构的异常变形，提前采取相应的维修措施。
•汽车工业：在汽车工业中，电阻应变片被广泛应用于刹车系统、悬挂系统和发动机控制系统等。
通过测量车辆部件的应变情况，可以提高汽车的行驶安全性和性能。
•航空航天领域：电阻应变片在航空航天领域也有重要的应用。
例如，在飞机的机翼、机身和发动机上安装电阻应变片，可以实时监测结构的应变情况，确保飞机的结构安全可靠。
•医学领域：电阻应变片在医学领域也有一定的应用。
例如，在人工关节的研发和临床应用中，电阻应变片可以用于测量人工关节在运动过程中的应变，从而评估关节的性能和使用寿命。
以上只是电阻应变片应用的几个典型领域，实际上，在工业、科研和生活中都存在着很多其他的应用场景。
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。
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基底用以保持敏感栅、引线的几何形状和相对位置的部分，基底尺寸通常代表应变片的外形尺寸。
粘结剂用以将敏感栅固定在基底上，或者将应变片粘结在被测构件上，具有一定的电绝缘性能。
盖层用来保护敏感栅而覆盖在敏感栅上的绝缘层。
2.3
1．按应变片敏感栅材料分类
根据应变片敏感栅所用的材料不同可分为金属电阻应变片和半导体应变片。半导体应变片的敏感栅是由锗或硅等半导体材料制成的；金属电阻应变片则又分为金属丝式应变片、金属箔式应变片和金属薄膜应变片。
a．金属丝式应变片
金属丝式应变片的敏感栅是用直径为0.01～0.05毫米的镍合金或镍铬合金的金属丝制成的，它有丝绕式和短接式两种，见图4。前者是用一根金属丝绕制而成，敏感栅的端部呈圆弧形；后者则是用数根会属丝排列成纵栅，再用较粗的金属丝与纵栅两端交错焊接而成，敏感栅端部是平直的。
2.2
不同用途的电阻应变片，其构造不完全相同，但一般都由敏感栅、引线、基底、盖层和粘结组剂成，其构造简图如图2所示。
敏感栅是应变片中将应变量转换成电量的敏感部分，是用金属或半导体材料制成的单丝或栅状体。敏感栅的形状与尺寸直接影响应变片的性能。敏感栅如图3所示，其纵向中心线称为纵向轴线，也是应变片的轴线。敏感栅的尺寸用栅长L和栅宽B来表示。栅长指敏感栅在其纵轴方向的长度，对于带有圆弧端的敏感栅，该长度为两端圆弧内侧之间的距离，对于两端直线的敏感栅，则为两直线内侧的距离；在与轴线垂直的方向上敏感栅外侧之间的距离为栅宽。栅长与栅宽代表应变片的标称尺寸。一般应变片栅长在0.2毫米至100毫米之间。
2．一个应变片只能测定构件表面一个点沿某一个方向的应变，不能进行全域性的测量。
3．只能测得电阻应变片栅长范围内的平均应变值，因此对应变梯度大的应力场无法进行测量。
2.
2
由物理学可知，金属导线的电阻值R与其长度L成正比，与其截面积A成反比，若金属导线的电阻率为 ，则用公式表示为
（1）
当金属导线沿其轴线方向受力而产生变形时，其电阻值也随之发生变化，这一现象称为应变-电阻效应。为了说明产生这一效应的原因，可将式(1)取对数并微分，得
若令 （3）
则式（2）写成
（4）
KS为金属导线（或称金属丝）的灵敏系数，它表示金属导线对所承受的应变量的灵敏程度。由式（3）看出，这一系数不仅与导线材料的泊松比有关，且与导线变形后电阻率的相对变化有关。我们希望金属导线电阻的相对变化与应变量之间呈线性关系，即希望KS为常数。实验表明，大多数金属导线在弹性范围内电阻的相对变化与应变量之间是呈线性关系的，在金属导线的弹性范围内（1+2 ）值一般在1.4~1.8之间。
b．金属箔式应变片
金属箔式（简称为箔式）应变片，见图5，是用厚度为0.002～0.005毫米的金属箔（铜镍合金或镍铬合金）作为敏感栅的材料。该应变片制作大致分为刻图、制版、光刻、腐蚀等工艺过程，见图6。箔式应变片制造工艺易于实现自动化大量生产，易于根据测量要求制成任意图形的敏感栅，制成小标距应变片和传感器用的特殊形状的应变片。
丝绕式应变片敏感栅的端部呈圆弧形，当被测构件表面存在两个方向应变时（即平面应变状态）敏感栅不但感受轴线方向的应变，同时还能感受到与轴线方向垂直的应变，这就是电阻应变片的横向效应。丝绕式应变片的横向效应较大，测量精度较低，且端部圆弧部分形状不易保证，因此，丝绕式应变片性能分散。短接式应变片敏感栅的端部平直且较粗，电阻值很小，故其横向效应很小，加之制造时敏感栅形状较易保证，故测量精度较高。但由于敏感栅中焊点较多，容易损坏，疲劳寿命较低。
电阻应变测量方法又称应变电测法，之所以得到广泛应用，是因为它具有下列优点
1．测量灵敏度和精度高。其分辨率达1微应变（με），1微应变=10-6应变（ε）。
2．测量范围广。可从1微应变测量到2万微应变。
3．电阻应变片尺寸小，最小的应变片栅长为0.2毫米；重量轻、安装方便，对构件无附加力，不会影响构件的应力状态，并可用于应力梯度变化较大的应变的测量。
1
电阻应变测量方法是实验应力分析方法中应用最为广泛的一种方法。该方法是用应变敏感元件——电阻应变片测量构件的表面应变，再根据应变—应力关系得到构件表面的应力状态，从而对构件进行应力分析。
电阻应变片（简称应变片）测量应变的大致过程如下：将应变片粘贴或安装在被测构件表面，然后接入测量电路（电桥或电位计式线路），随着构件受力变形，应变片的敏感栅也随之变形，致使其电阻值发生变化，此电阻值的变化与构件表面应变成比例，测量电路输出应变片电阻变化产生的信号，经放大电路放大后，由指示仪表或记录仪器指示或记录。这是一种将机械应变量转换成电量的方法，其转换过程如图1所示。测量电路的输出信号经放大、模数转换后可直接传输给计算机进行数据处理。
箔式应变片敏感栅端部的横向部分可以做成比较宽的栅条，其横向效应很小；箔栅的厚度很薄，能较好的反映构件表面的应变，也易于粘贴在弯曲的表面上；箔式应变片蠕变小、散热性能好、疲劳寿命长，测量精度高。由于箔式应变片具有以上诸多优点，故在各个测量领域中得到广泛的应用。
（1a）
式中 为金属导线长度的相对变化，可用应变表示，即
（1b）
为导线截面积的相对变化，若导线直径为D，则
（1c）
式中 导线材料的泊松比。
将式(1b)和(c)代入式(1a)即可得
（2）
式（2）表明，金属导线受力变形后，由于其几何尺寸和电阻率发生变化，从而使其电阻发生变化。可以设想，若将一根金属丝粘贴在构件表面上，当构件产生变形时，金属丝也将随之变形，利用金属丝的应变-电阻效应就可将构件表面的应变量直接转换为电阻的相对变化量。电阻应变片就是利用这一原理制成的应变敏感元件。
4．频率响应好。可从静态应变测量到数十万赫的动态应变。
5．由于在测量过程中输出的是电信号，易于实现数字化、自动化及无线电遥测。
6．可在高温、低温、高速旋转及强磁场等环境下进行测量。
7．可制成各种高精度传感器，测量力、位移、加速度等物理量。
该方法的缺点是：
1．只能测量构件表面的应变，而不能测构件内部的应变。