电阻应变量测仪器.
电阻应变仪
电阻应变仪一．用途电阻应变仪是用来测量构件或机械零件变形（线变形）的仪器。
这种仪器具有灵敏度高、体积小、便于远距离测量等优点。
它是电测法的主要仪器，对于验证设计理论、检验工程质量，以及决定正确的设计方案，都简便可靠。
因此它被广泛地应用于各类工程的应力分析实验中。
二．基本原理电阻应变仪主要由电阻应变片和应变仪两部分组成。
其工作原理是，把非电量的变形变化转变为电量的变化，即利用贴在构件上的电阻应变片随同构件一起变形引起电阻的改变，通过电子仪器测量此电阻的改变量，就可以求得构件所贴部位的应变。
1．电阻应变片电阻应变片由直径为0.02~0.05mm的康铜丝或镍铬丝制成的。
为使合金丝在标距内获得较大的工作长度，通常将合金丝绕成栅型。
合金丝的两边贴以绝缘薄纸，以免与试件直接接触。
两端用直径为0.1~0.2mm 的铜丝引出，L为标距，通常为1~100mm。
一般电阻应变片的电阻值为120Ω。
使用时，用特制的胶水将电阻片贴在试件的欲测部位，当试件受力在该处沿电阻丝方向发生线变形时，电阻丝也随着一起变形（伸长或缩短），因而使电阻丝的电阻发生改变（增大或缩小）。
从物理学可知，长度为，直径为的金属电阻丝，其电阻值为若使金属电阻丝产生拉伸（或压缩）变形，则金属丝的长度、横截面积和电阻率都将变化，金属丝电阻值的相应变化量由下式求得其中又有，所以将等式两边除以得实验证明，在金属丝弹性范围内，是一常数，故令（称为灵敏系数）于是，我们得到式中K称为电阻应变片的灵敏系数，它的数值与电阻丝的材料及绕线方式有关，一般K值在2.0左右。
2．温度变化对应变片的影响和温度补偿片粘贴在测点上的应变片，若周围环境温度变化时，其电阻值也将产生改变，原因有二：（1）敏感栅电阻值随温度而改变温度时，敏感栅的电阻值为——温度在零度是敏感栅的电阻值——敏感栅的电阻温度系数当温度改变为时，应变片的阻值将改变（2）应变片线膨胀系数和测点材料线膨胀系数不同使应变片电阻变化当温度改变为时，应变片敏感栅的长度变化：测点材料的长度变化：长度变化的差值：因为，，所以因此，实验过程中如果温度变化，则应变片电阻的变化量为在常温应变测量中，常利用电桥原理，采用温度补偿片来消除温度变化的影响。
电阻应变仪
3 电阻应变仪 1．电阻应变仪的组成电阻应变仪是把电阻应变量测系统中放大与指示（记录、显示）部分组合在一起的量测仪器，主要由振荡器、量测电路、放大器、相敏检波器和电源等部分组成，把应变计输出的信号进行转换、放大、检波以及指示或记录。
2．电阻应变仪的原理电阻应变仪的测量原理是通过惠斯登电桥 ，将微小电阻变化转变为电压或电流变化，惠斯登电桥是由4个电阻1R 、2R 、3R 和4R 组成，如图所示，4个电阻构成电桥的4个桥臂。
根据电工学原理，在电桥的B 、D 端输出电压为BD U 与电桥的A 、C 端的输入电压AC U 的关系为：()()42314231R R R R R R R R U U ACBD ++-= （ 8）当4个电桥的电阻满足式3.2.9时，电桥的输出电压为零。
这种状态称为平衡状态。
3421R R R R = （ 9） 假设初始状态为平衡状态，受力后桥臂电阻分别有微小的电阻增量1R ∆、2R ∆、3R ∆和4R ∆，这时电桥输出电压的增量BD U ∆为BD U ∆＝AC U R R R R R R R R R R R R R R R R ⎥⎦⎤⎢⎣⎡∆-∆++∆-∆+））（（）（443324343221122121() （ 10） 图 6 惠斯登电桥R 1R 2R 4R 3BACB U ACU4．测量电路根据桥臂上受试验对象的应变变化而改变的电阻应变片（工作应变片）的数量，测量方式主要有：全桥电路、半桥电路和1/4桥电路。
（1）全桥电路全桥电路就是在量测桥的四个桥臂上全部接入工作应变片，其中相邻臂上的工作片兼作温度补偿片，现假定选取的四个桥臂应变片的阻值都相等（全等臂电桥），即1R ＝2R ＝3R ＝4R ＝R ，且每个应变片的灵敏系数K 也相同，则上式变为：BD U ∆＝）（44332211ΔΔΔΔ4R R R R R R R R U AC -+-＝)(4K 4321εεεε-+-AC U （ 11） （2）半桥电路半桥电路是由两个工作片和两个固定电阻组成，则BD U ∆＝）（22114R R R R U AC ∆-∆＝)(4K 21εε-AC U （ 12） （3）1/4桥电路1/4桥电路常用于量测应力场里的单个应变，即只有1R 变化，而2R 、3R 和4R 不变化，则BD U ∆＝4AC U 11R R ∆＝14K εAC U （ 13） 5．多点测量线路进行实际测量时，一个测点显然是不可取的，因而要求应变仪具有多个测量桥，这样就可以进行多测点的测量工作。
实验5 静态电阻应变仪的使用与桥路连接
实验静态电阻应变仪的使用与桥路连接一、实验目的1．掌握在静载荷下，使用静态电阻应变仪单点应变和多点应变测量的方法。
2．熟悉电阻应变片半桥、全桥的接线方法并测定等强度梁逐级加载的应变值。
二、试验设备及仪器1．等强度梁2．静态电阻应变仪3．数字万用表、游表卡尺三、实验原理L等强度梁的应力等强度梁如图3—1所示，其截面为矩形；高为A；宽度6，随J的变化而变化，有效长度段的斜率为tgah——等强度梁截面高度；在等强度梁的上表面粘贴纵向电阻应变片，用电阻应仪可以测得在外力户作用下的应变值‘，根据虎克定律可得到应力实验值，即可将实验测得的应力值实与理论应力值dg加以比较分析。
四、电阻应变法电阻应变法测量主要由电阻应变片和电阻应变仪组成。
1，电阻应变片电阻应变片(简称应变片)是由很细的电阻丝绕成栅状或用很薄的金属箔腐蚀成栅状，并用胶水粘在两层绝缘薄片中制成的，如图2—1所示。
栅的两端各焊一小段引线，以供试验时与导线联接。
实验时，将应变片用专门的胶水牢固地粘贴在构件表面需测应变片。
当该部位沿应变片L方向产生线变形时，应变片亦随之一起变形，应变片的电阻值也产生了相应的变化。
其中R——应变片的初始电阻值；ΔR——应变片电阻变化值；K——应变片的灵敏系数，表示每单位应变所造成的相对电阻变化。
由制造厂家抽样标定给出的，一般K值在2．0左右。
2．电阻应变仪由电阻应变片将构件应变‘转换成电阻片的电阻变化AR，而应变片所产生的电阻变化是很微小的。
通常用惠斯顿电桥方法来测量，如图3—2所示。
电阻构成电桥的四个桥壁。
在对角节点AC上接上电桥工作电压正，另一对角点BD为电桥输出端，输出端电压Ueo。
当四个桥臂上电阻值满足一定关系时，电桥输出电压为零，此时，称电桥平衡。
由电工原理可知，电桥的平衡条件为(3-4)若电桥的四个桥臂为粘贴在构件上的四个应变片，其初始电阻都相等，即R1,R2,R3和R4构件受力前，电桥保持平衡，即U BD。
静态电阻应变仪的使用及桥路连接实验报告
静态电阻应变仪的使用及桥路连接实验报告一、实验目的1. 理解静态电阻应变测量原理及仪器使用方法；2. 掌握桥路实验仪器的连接方法；3. 学习仪器的使用细节。
二、实验原理静态电阻应变仪是一种常用的测量应变的仪器，其原理是测量材料的电阻变化来计算应变量。
具体操作步骤如下：1. 将测量材料粘贴于应变测试器表面，并确定测量方向；2. 将测量电路接入桥路实验仪中；3. 通过按键选择和标定，调节应变测试器的灵敏度；4. 正确设置电阻箱中电阻的值，以获得准确的电路平衡状态；5. 读取应变量。
三、实验步骤1. 将应变测试器粘贴于试验板的表面，确定测量的方向。
2. 将桥路实验仪的电源线接入电源插座，开启实验仪，并设置好前置增益。
3. 按照实验仪器使用手册的要求连接电路，连接电阻箱，根据实验需要开启并操作预置按键。
4. 通过调节电阻箱的取值，确定电路平衡。
5. 观察实验仪器屏幕上的电压值，并记录数值。
6. 反复进行多次实验，并取平均值。
四、实验结果本次实验采用的是标准金属材料进行测试，实验结果如下：被试材料 | 应变值:------:|:------:铜板 | 0.00006铝板 | 0.00008铁板 | 0.00014五、实验中需要注意的问题1. 测量材料的粘贴位置需要准确，保证测量的准确性。
2. 操作前需要检查所有连接线路是否连接牢固。
3. 操作时要注意安全，避免触碰到裸露电线。
4. 实验后注意取消电源插头连接，并断开电路线。
本实验是静态电阻应变仪的使用及桥路连接实验，通过实验可以清楚的了解测量静电阻应变原理、桥路实验仪器的连接方法和使用过程，同时还可以熟悉操作技巧和注意事项，是非常实用和有意义的实验。
动态电阻应变仪
动态电阻应变仪仪器概述动态电阻应变仪是一种用于测量材料动态应变特性的仪器，主要应用于材料动态力学性能测试、材料高速碰撞试验、爆炸冲击试验等领域。
该仪器利用负载电阻和微弱电压的变化来测量材料的应变特性和变形速率。
工作原理动态电阻应变仪的工作原理是利用材料在受到外力作用时发生的应变使其电阻发生变化。
仪器的测试电路包括电流源、负载电阻、标准电阻和电压输入模块。
当电流通过测试物体时，其电阻随着受力的大小和方向发生变化，可以通过电压输入模块感测到电阻的变化，从而得到受力和应变的关系。
仪器特点动态电阻应变仪具有以下特点：1.高灵敏度：该仪器所采用的负载电阻和标准电阻均具有高灵敏度，可以精确测量材料的微小变化。
2.宽测试范围：该仪器可测试多种材料的动态应变特性，与材料的硬度、密度、形状等因素无关。
3.高精度：该仪器具有高精度、高分辨率的特点，可测量微弱应变信号。
4.易操作：该仪器操作简单，易于掌握，方便实用。
应用领域由于动态电阻应变仪可以对材料动态应变特性进行精确测量，因此在材料科学和工程领域有着广泛的应用。
主要应用于以下领域：1.材料的高速碰撞试验：在汽车和船舶设计中，需要对部件在高速碰撞时的应力和变形进行测试，动态电阻应变仪可以精确测量碰撞时的应变和变形速率。
2.爆炸冲击试验：在军事和民用领域，需要对材料在爆炸冲击下的变形和破坏行为进行测试，动态电阻应变仪可对这些变化进行精确的记录和分析。
3.动态力学性能测试：在材料科学和工程领域，需要对材料的动态力学特性进行测试，例如材料的弹性模量、泊松比、动态损伤特征等。
总结动态电阻应变仪是一种精密测量材料动态应变特性的仪器，在材料科学和工程领域有着广泛的应用。
其高灵敏度、宽测试范围、高精度和易于操作的特点，使其成为材料科学和工程领域不可或缺的测试仪器之一。
《电阻应变仪》课件
应变是指物体在外力作用下发生 的形变，而电阻应变仪则是通过 测量电阻的变化来间接测量应变 。
电阻应变仪的原理
金属丝或应变片在受到外力作用时， 会发生形变，从而导致其电阻值发生 变化。
电阻应变仪通过测量这种电阻变化， 并利用一定的转换关系，可以推算出 物体的应变值。
电阻应变仪的应用
在结构健康监测中，电阻应变仪 可以用于监测桥梁、大坝、高层 建筑等大型结构的应变情况，及 时发现潜在的结构安全隐患。
3
科研领域
在材料科学、生物医学等科研领域，电阻应变仪 的应用将为科学研究提供更加精准的数据支持。
在振动测试中，电阻应变仪可以 用于测量物体的振动位移、速度 或加速度等参数。
电阻应变仪广泛应用于结构健康 监测、压力测量、振动测试、材 料力学等领域。
在压力测量中，电阻应变仪可以 用于测量气体或液体的压力。
在材料力学中，电阻应变仪可以 用于研究材料的力学性能，如弹 性模量、泊松比等。
01
电阻应变仪的结构 与功能
电阻应变片的原理与构造
电阻应变片
由敏感栅、基底、覆盖层和引线 组成，用于将应变转换为电阻变 化。
工作原理
当应变片受到外力作用时，敏感 栅发生形变，导致电阻值发生变 化，通过测量电路检测电阻变化 即可得到应变值。
测量电路的工作原理
01
02
03
桥式电路
将应变片接入惠斯通电桥 ，通过调节电桥平衡，得 到与应变值成正比的电压 输出。
放大器
将电桥输出的微弱电压信 号放大，便于后续的信号 处理和显示。
模数转换器
将模拟的电压信号转换为 数字信号，便于计算机处 理和存储。
电阻应变仪的测量精度与误差分析
测量精度
静态应变测量仪器原理
02 该技术的缺点是只能 测量构件表面有限点 的应变，而且所测应 变是应变计敏感栅投 影面积下构件应变的 平均值，对于应力集 中和应变梯度很大的 部位会引起较大的误 差。
证明
如果RIR3＝ R2R4 ， 则输出电压V＝0，
0
电桥处于平衡状态；故RIR3＝ R2R4 ，
1
即为电桥的平衡条件。
若电桥四个桥臂均由四枚电阻应变计RI ，
03
敏感栅电阻的这一变化当然也引起 电桥的输出电压，严重时，每升温 1度，应变仪的指示应变可以达几 十微应变，显然这种非被测应变必 须设法排除。排除温度效应影响的 措施称为温度补偿。
根据上式，只要再用一枚与工作片相同的应变计作为补 偿片、贴在与被测构件材料相同但不受力的试件上。
使该试ห้องสมุดไป่ตู้与被测构件处于同一温度场中，
一、电阻应变计测量技术简介
01
电阻应变计测量技术 (简称电测法)是一种 非电量电测技术。
02
用粘结剂将该元件粘
R L 贴到被测构件表面 A
03
电阻应变计的工作原 理
04
电阻应变计就是利用 这一特性制成的传感 元件
R K
R
01 电测法具有灵敏度高、 适应性强、精度高、 自动化程度高、可测 多种力学量、可进行 远距离遥测等优点， 因而在科学研究和工 程实践中得到广泛的 应用。
应变计的灵敏系数K与供桥电压V是已知的， 根据输出电压，直接读出应变。
3．温度效应的补偿
01
贴有应变计的构件总处在某一温度 场中，当温度有变化时，会造成应 变计敏感栅电阻的变化；
02
此外，当敏感栅材料的线胀系数与 构件材料的线胀系数不同时，敏感 栅受到附加的拉伸或压缩，从而引 起电阻的变化。上述现象称为温度 效应。
电阻应变计的原理及使用
将应变仪与计算机结合,可以实 现图形显示,磁带记录,多点测量,自动 打印。
6 制造多种传感器（载荷、扭距、 压力、加速度）
（六）、缺点
1 单点测量
一片电阻应变片只能测定构件表面上一点 的某个方向的应变 ; 并且只代表栅长范围内的平均应变。 2 应变片一般只能测量构件表面的应力应 变, 3对结构三维应力测量很难进行。 4 尽管应变片很小,但对应力集中的测量, 仍无法精确。
电阻应变计的原理及使用
2.1电阻应变测量技术基础
(一) 、电测法的定义
用电阻应变片(应变计或电阻片 )作为敏感元件，用应变仪器, 测定受力构件的表面或者内部 应变,再根据应力-应变的关系 式,确定构件表面或者内部应力 状态的一种实验应力分析方法 。
（二）、原理
将电阻片牢固地粘贴在构件表面 ,构件变形连同应变片一起变形, 应变片的变形产生了电阻的变化 ,通过测量电桥(电阻应变测量装 置或电阻应变仪),使这微小的电 阻变化转换成与应变成正比的模 拟电信号(电压或电流)的变化,经 过信号放大,将其变换成构件的 应变值显示出来。
应变.
2 应变片尺寸小,重量轻,安装方便(粘 贴),对试件的工作状态和应力分布影 响很小。
3 频率响应快,机械滞后小。
如:电阻应变片响应时间为10-7S
半导体应变计的响应时间为10-11 S
即构件应变立即传递给应变片。
可以测量静态到动态或冲击下的动 应变。
4 可在恶劣环境下测量 如高速旋转,高温,低湿,深水,强
（或箔片）,易于消除加工效应
应变计常用金属金属材料的物理性能参见 P9的表2-1
（二）基底材料
厚度小,电绝缘性好 热稳定性好 机械强度高/应变极限大, 抗潮湿,耐腐蚀 无滞后和徐变 粘合能力强 透明,便于安装与定位
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一、概述
5、仪表的率定
1、概 念： 为了确定仪表的精度或换算关系，定出其误差，需将 仪表示值和标准量进行比较，称为仪表的率定（也称 标定）。 2、率定设备： 用来率定仪表的标准量是经国家计量机构确认、 具有一定精度等级的专用率定设备产生的。率定设备 的精度等级应比被率定的仪器高。 当没有专用率定设 备时，也可用和被率定仪器具有同级精度的“标准” 仪器比较进行率定；还可以用标准试件：⑪、量测方法，⑫、量测工具，⑬、量测误差分析 三部分。 各专业领域都有自己的量测内容和相应的量测方法和量测工具。
一、概述
•工程结构专业的主要量测内容：
有外部条件（主要是外荷载和支座反力等）、结构变形 （位移、应变、曲率等）、裂缝、内力（应力）及自振 频率、振型、阻尼等动力特性。
满量程输出随温度的变化率。
一、概述
4、量测仪表的选用
选用量测仪表时应考虑下列要求： ⑪、符合量测所需的量程及精度要求。
一般应使最大被测值在仪表量程的2/3附近；
为保证量测精度，应使仪表的最小刻度值≯5%的最大被测值。 ⑫、动力试验用量测仪表，其线性范围、频响特性和相移特性等都应 满足试验要求。 ⑬、安装在试验结构上的仪表，要求自重轻、体积小，不影响结构的 工作。 夹具设计、安装要合理。 ⑭、同一试验中选用的仪表种类应尽可能少，以便统一数据的精度。 ⑮、选用仪表时应考虑试验的环境条件，切忌盲目选用高精度、高灵 敏度仪表。 各类仪表各有优缺点,选用仪表时应首先满足试验的主要要求.
⑤、精确度：仪器指示值与被测值的符合程度(也称精度),常
以最大量程时的相对误差表示。如精度为0.2级的仪表,其 测定值的误差不超过最大量程的±0.2%。
一、概述
⑥、滞 后：同一输入量正反两个行程输出值间的偏差。
常以全量程中的最大滞后值与满量程输出值之比表示。
正行程：输入量从起始量增至最大量程的测量过程。 反行程：输入量从最大量程减至起始量的测量过程。 对动力试验用量测仪表，其性能指标还有： ⑦ 、线性范围：保持仪器的输入量和输出量为线性关系 时，输入量的允许变化范围。 ⑧ 、频响特性：仪器在不同频率下灵敏度的变化特性。 常以频响特性曲线表示。
放大部分的作用：将感受部分传来的被测量通过各种方 式进行放大。
显示记录部分的作用：将放大部分传来的量测结果通过 指针或电子数码管、屏幕等进行显示或通过记录设备 将试验数据或曲线记录下来。
一、概述
2、量测仪表的基本量测方法
结构试验用量测仪表一般采用两种量测方法：
偏位测定法----根据量测仪表放大部分产生的偏转或位移 定出欲测定的物理量。 零位测定法----用已知的标准量去抵消未知物理量对仪表 产生的偏转，使被测量和标准量对仪器指示装置的效应 经常保持相等，指示装置指零时的标准量既为被测物 理量。 一般零位测定法比偏位测定法更精确(尤其是电子仪器)。
• 工程结构专业的主要量测工具：
量测工具从逐个读数、手工记录的简单仪表到利用计算机自 动采集、处理数据的复杂量测系统，种类繁多，原理不一。 试验人员除应理解被测参数的性质和要求外，还应了解 量测仪表的原理、功能和技术指标。
一、概述
1、量测仪表的基本组成：
各种量测仪表其内部结构、量测原理、量测精度等有很
一、概述
⑨ 、相移特性：振动参量经传感器转换成电信号或经放 大、记录后在时间上产生的延迟。 由传感器、放大器、记录仪器组成的整套量测系 统，应注意它们之间的阻抗匹配及频率范围的配合等。 ⑩ 、零 位 温 漂：指当仪表的工作环境温度不为20℃ 时，
零位输出随温度的变化率。
满量程热漂移：指当仪表的工作环境温度不为20℃，
读数1：12.51mm
读数2：11.06mm 返回
一、概述
3、量测仪表的主要性能指标
①、量 程：仪表最大输入量与最小输入量之间的范围。 ②、刻度值：指示装置的最小刻度代表的被测量的数值。 ③、分辨率：使仪器输出量产生能观察出变化的最小被测量。 ④、灵敏度：单位输入量引起的仪表输出值的变化。不同的
仪表,灵敏度的单位各不相同（如百分表的灵敏度为： mm/mm) 。
大的差别，但都必须具备三个基本组成部分： 感受部分 放大部分 显示记录部分
机械式量测仪表：一般三部分在同一仪表内（如百分表）；
电测仪表：三部分往往是三个分开的仪器（传感器、放大器、 记录仪或显示器）
一、概述
量测仪表各部分的作用：
感受部分的作用：直接与被测对象联系，感受被测参数 的变化并将此变化传给放大部分；
一、概述
3、率定的重要性：
仪器的率定十分重要。所有新出厂的仪器都要经 过率定；正在使用的仪器必须定期进行率定；除定期 率定外，在重要的试验开始前，最好对仪表进行一次 率定。 未经率定的仪器所量测的数据不具有合法性！！
返回
第四章 作业（1）
1、量测技术包括哪三部分？ 2、工程结构试验的主要量测内容有哪些？ 3、量测仪表由哪三部分组成？各部分的作用是什么？ 4、量测仪表的主要性能指标有哪些？ 5、量测仪表的选用原则是什么？ 6、什么是仪表的率定？
返回
钢尺1 测量长度应×0.99
钢尺2 测量长度应×1.01
返回
机械式百分表
返回
量测系统
应变（应力）量测系统
电阻应变片
静态电阻 应变仪
试件
返回
机械式百分表
返回
位移传感器
拉压力传感器
倾角传感器
返回
各种放大器
返回
位移计（百分表）——偏位测量
机械式百分表 偏位读数
位移计（百分表）——偏位测量
第四章 量测仪器与数据采集系统
一、概述 ( 作业1) 二、应力（应变）量测 （电阻应变片的使用） ( 作业2) 三、位移量测（及其它变形量测） 四、力的量测 (作业3) 五、裂缝量测 六、温度量测 七、振动参数的量测 八、数据系统简介
一、概述
• 结构试验的目的：一是要得到对结构性能的宏观印象，
更主要是取得确定结构性能的定量数据。只有可靠的数据 才能作为判定结构性能或建立计算理论的的依据。 • 精确可靠数据的取得依赖于量测。量测是人类对客观事物取 得数量概念的认识过程，是判断事物质量指标的的重要手段。 各个领域科学技术的发展是与量测技术的不断完善提高 分不开的。