Vishay应变测量技术讲座笔记
应变测量原理
应变片原理敏感元件的种类很多，其中以电阻应变片（简称电阻片或应变片）最简单、应用最广泛。
电阻片的应变电性能（图1、图2）电阻片分丝式和箔式两大类。
丝绕式电阻片是用0.003mm‐0.01mm的合金丝绕成栅状制成的；箔式应变片则是用0.003mm‐0.01mm厚的箔材经化学腐蚀制成栅状的，其主体敏感栅实际上是一个电阻。
金属丝的电阻随机械变形而发生变化的现象称为应变‐电性能。
电阻片在感受构件的应变时（称作工作片），其电阻同时发生变化。
实验表明，构件被测量部位的应变ΔL/L与电阻变化率ΔR/R成正比关系，即：∆∆比例系数 称为电阻片的灵敏系数。
由于电阻片的敏感栅不是一根直丝，所以 不能直接计算，需要在标准应变梁上通过抽样标定来确定。
的数值一般约在2.0左右。
温度补偿片温度改变时，金属丝的长度也会发生变化，从而引起电阻的变化。
因此在温度环境下进行测量，应变片的电阻变化由两部分组成，即：∆ ∆ ∆∆ ——由构件机械变形引起的电阻变化。
∆ ——由温度变化引起的电阻变化。
要准确地测量构件因变形引起的应变，就要排除温度对电阻变化的影响。
方法之一是，采用温度能够自己补偿的专用电阻片；另一种方法是，把普通应变片，贴在材质与构件相同、但不参与机械变形的材料上，然后和工作片在同一温度条件下组桥。
电阻变化只与温度有关的电阻片称作温度补偿片。
利用电桥原理，让补偿片和工作片一起合理组桥，就可以消除温度给应力测量带来的影响。
应变花（图3）为同时测定一点几个方向的应变，常把几个不同方向的敏感栅固定在同一个基底上，这种应变片称作应变花。
应变花的各敏感栅之间由不同的角度α组成。
它适用于平面应力状态下的应变测量。
应变花的角度α可根据需要进行选择。
电阻片的粘贴方法粘贴电阻片是电测法的一个重要环节，它直接影响测量精度。
粘贴时，首先必须保证被测表面的清洁、平整、光滑、无油污、无锈迹。
二要保证粘贴位置的准确、 并选用专用的粘接剂。
应变培训整理
应力、应变、应变片受力物体截面上内力的集度，即单位面积上的内力。
当材料在 外力作用下不能产生位移形后的位置回复到变形前的位置。
：R =K ； RR :应变片原电阻值QAR :伸长或压缩所引起的电阻变化QK （GF gauge factor ）:应变片的灵敏系数（常量，由应变片的生产厂家提供。
不同 的金属材料有不同的比例常数K 。
铜铬合金的K 值约为2。
）应变片的应变常数8:应变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。
应变片的应变量通常为数十到几千微应变，以1000微应变为例， 另外，金属应变片的灵敏度系数通常为2，设应变片的电阻为120 Q ,这时电阻的变化量为2*1000/1000000*120 = 0.24 Q 。
对于这样小的电阻变化需要用惠斯通电桥来 进行测量。
根据应变量计算应力：- E ；二 应力E 弹性模量；应变量AR CT oCR(桥因子定义 The nu mber of active arms is known as the bridge factor ) 用惠斯通电桥测量应变时，它的几何 形状和尺寸将发生变化，这种 产生了大小相等但方向相反的反作用力抵抗（Stress ）,应力与微面积的乘积即微内力。
形变就称为应变（Strain ）。
材料发生形变时内部 外力.把分布内力在一点的集度称为应力 或物体由于外因（受力、湿度变化等）而变形时，在物体内各部分之间产生相互作用的内力, 以抵抗这种外因的作用， 并力图使物体从变因此应变片的电阻变化很小，一般用惠斯通电桥来测量。
设惠斯通电桥的四个电阻为 R i 、R R般要求—=— 最常用的设置是R-^ — R 2 — R 3 — R 4，R 2 R 4，这时满足电桥平衡状态，无论加多大的激励电压，输出端的电压总是为 0。
如果其中一个 桥臂电阻的阻值发生变化， 平衡状态就会被破坏， 输出端会产生一个电压。
第3-3章应力应变测量(电阻应变测量技术)
2
E
1 2
2
1
σ2 ε2
ε1
Sichuan University
ε3 ε4
11
§3-3应变（应力）测量
3. 主应力方向未知的平面应力测量
在同一部位三个方向布设应变片，只要测得三个方向的线应变εα、 εβ、 εγ (下式) ，就可通过下列方程组求出σx、σy、τxy。
γ
x x
cos 2 cos 2
二、 温度补偿：
温度对应变片电阻值影响大，现场测量误差不可忽视，必须 设法消除，消除的方法是温度补偿！
1）应变片的温度效应：因环境温度变化引起的虚假应变。 ①电阻丝的电阻温度变化。 ②应变片与试件膨胀系数的不同造成的误差。
Sichuan University
4
§3-3应变（应力）测量
二、 温度补偿：
①半桥四片补偿块补偿法测拉压 ②全桥四片测拉压
Sichuan University
8
§3-3应变（应力）测量
①半桥四片补偿块补偿法测拉压：圆柱体受拉贴片，补偿块与构件材料 相同，补偿片与工作片性能相同，接成半桥(图b)
对工作片，有 △R1=△RP+△RW+△R1t △R‘1=△RP－RW+△R’1t
仪＝1 2 3 4
当单纯补偿片所用的补偿板和待测 材料不同时， 产生的虚假应变值εf为多大？
Sichuan University
6
§3-3应变（应力）测量
二、 温度补偿
3）桥路补偿法： 工作片补偿法：图b、c中，与上述不同的是，R2和R1贴在同一构 件上，既参与了工作，又起到了温度补偿作用，消除了温度影响， 又提高了灵敏度。图b中，因ε1=-ε2，R1和R2为接成半桥的相邻 两臂，电桥测试精度提高了一倍。在两贴片位置的应变关系已知时， 可采用此法。
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。
第七章 应力应变测试技术
a. 选择式自补偿应变片 b. 双金属敏感栅自补偿应变片
第七章 应力应变测试技术
第二节 应变片的主要特性
a. 选择式自补偿应变片
实现温度补偿的条件为
εt = α t
K0 + ( β g β s ) t = 0
当被测试件的线膨胀系数β 已知时,通过选择敏感栅材料, 当被测试件的线膨胀系数 g已知时,通过选择敏感栅材料, 使下式成立
第一节 电阻应变片 半导体应变片灵敏度
S=
dR R
ε
≈ λE
这一数值比金属丝电阻应变片大50一 倍 这一数值比金属丝电阻应变片大 一70倍. 半导体应变片 优点:灵敏度高,机械滞后小,横向效应小,体积小等. 优点:灵敏度高,机械滞后小,横向效应小,体积小等. 缺点:温度稳定性能差,灵敏度分散度大(由于晶向, 缺点:温度稳定性能差,灵敏度分散度大(由于晶向,杂质 等因素的影响)以及在较大应变作用下,非线性误差大等, 等因素的影响)以及在较大应变作用下,非线性误差大等, 这些缺点给使用带来一定困难. 这些缺点给使用带来一定困难. 应变片的后续电路为电桥电路. 应变片的后续电路为电桥电路. 第七章 应力应变测试技术
第七章 应力应变测试技术
第一节 电阻应变片 一,金属电阻应变片 常用的金属电阻应变片有丝式 箔式 丝式和箔式 丝式 箔式两种.其工作 原理都是基于应变片发生机械变形时,其电阻值发生变化. 金属丝电阻应变片(又 称电阻丝应变片)出现得 较早,现仍在广泛采用. 其典型结构如图所示.把 一根具有高电阻率的金 属丝(康铜或 镍铬合金 等,直径 0.025mm左右)绕成栅形,粘贴在绝缘的基片和覆盖层之 间,由引出导线接于电路上. 第七章 应力应变测试技术
第七章 应力应变测试技术
四.应变电测技术基础
结束
25
26
K i K
i
n
2
n 1
则所测电阻应变片的灵敏系数为：
K K
24
3. 等强度梁任意横截面上弯曲正应力的测定 测量梁的几何尺寸，然后将自已所粘贴的应变片接 入自已设计的桥路，测定相应点的应变值，进而计 算出对应点的弯曲正应力。验证等强度梁各横截面 上应变（应力）是否相等，并进行误差分析。
R1 R2 R3 R4
等臂电桥
R1R3 R2 R4
电桥平衡条件
8
预先调至初始平衡状态，当其受到 应变后，各桥臂分别产生了微小的 电阻增量：
Ri Ri Ri
代入上式，利用电桥平衡条件：R1R3 = R2R4， 略去△Ri的高次项，上式便可化简为
利用式 有
9
2-3-2 几种常用的组桥方式 1．单臂测量-----R1为应变片
19
实验一、应变片粘贴
20
电阻应变片的选择、粘贴技术
1.目测电阻应变片有无折痕.断丝等 缺陷，有缺陷的应变片不能粘贴。 2.用数字万用表测量应变片电阻值大 小。同一电桥中各应变片之间阻值 相差不得大于0.5欧姆. 3.试件表面处理：贴片处置用细纱纸打磨干净，用 酒精棉球反复擦洗贴处，直到棉球无黑迹为止。 4.应变片粘贴:在应变片基底上挤一小滴502胶水， 轻轻涂抹均匀，立即放在应变贴片位置。 5.焊线:用电烙铁将应变片的引线焊接到导引线上。 6.用万用表检查应变片与试件之间的绝缘电阻值。 7.防潮保护：用704硅橡胶覆于应变片上。
仪器读数
R1
R2
E
R3
V
R4
10
2-3-2 几种常用的组桥方式 1．单臂测量-----R1为应变片
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。
第7章应变、力和转矩的测量讲解
u0 2
ksg
特点：输出电压提高1倍，可消除拉（压）影
响，另外，温度互为补偿
四片半桥或全桥
uU y
u0 4
skg [1
(2 ) 0 0]
u0 2
skg
特点：输出电压提高1倍，能消除拉（压）影响，温度互为
补偿。或者输出电压提高到4倍，能消除拉（压）影响，温
度互为补偿。
(二)、拉（压）力的计算 1．应力测量原理
特点：
1、不能消除弯矩的影响
2、能补偿温度的影响
3、输出电压提高到（1+μ）倍
3、试件受力状态图（全桥测量） 电桥接法：
电桥输出电压：
uy
1 2
u0k 1
拉（压）应变：
i
21
特点： 1.能消除弯矩的影响 2.能补偿温度的影响 3.输出电压提高到2（1+μ）倍
轴向拉伸（或压缩）载荷下应变测试的应变片的布置和接桥方法
则产生 ∆R一致）；
3）.在同一温度环境下工作；
满足以上3条件，则热输出一样，所引起的∆Rt接于 相邻臂则消除温度的影响。
工程测试技术与信息处理 第 9 章
而扭矩
Mk
max
W扭
E 1
W扭
抗扭截面系数
W扭
D3
16
测扭矩，不能消除弯曲及拉（压）影响，另设温度
补偿。
工程测试技术与信息处理 第 9 章
uy
u0 4
sg [1
(2 )
0
0]
u0 2
sg
i /2
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美国应变测量技术及应用专题技术讲座
中国计量科学研究院举办的《美国应变测量技术及应用》专题技术讲座，历时3天，了解了应变计、应变测量胶水、保护涂层和测量仪器以及光测应变场技术，学习了普通应变计的安装工艺，并咨询了高温应变计的类型和安装工艺。
讲座由美国Vishay Micro-Measurement 公司的两位工程师主持，分别负责电测和光测（Photostress）。
Vishay公司在1962年创建，VMM的主要产品是应变计、相关附件和测量仪器。
一、应变计的选择
1、1/4桥
●2根线的1/4桥：长的引线会引入电阻导致电桥不平衡，6m长的导线
导致电桥不平衡量为29000με，仪器调零困难。
同时也受温度的影响，
用手握住导线的变化就能有100με以上。
●3根线的1/4桥：6m长的导线导致电桥不平衡量为400με，仪器调零
容易。
也不受导线温度的影响。
2、应变计的长度选择：要基于应力的分布。
●应变测量的是局部区域的平均，而非某点的微应变。
当应力是线性分
布，应变计的长度无影响。
●应力集中时，最好用非常小的应变计贴在应力集中处，应变计应比应
力集中点稍大一点。
●各向异性材料（如混凝土、碳纤维复合材料等），用长应变计在较大区
域得到平均值。
3、应变片样式
●单向应变计：需要知道主应力方向；
●T型应变计：也需要知道主应力方向；
●三片应变花：不知道主应力方向时，可随意贴，通过计算可得出最大
最小主应力和方向。
●剪切式应变计：用于剪切和扭转。
4、应变计电阻选择
常用的有120Ω、350Ω和1000Ω。
5、激励电压
适当提高激励电压可提高测量的信噪比。
但激励电压太高时，流过应变计的电流会发热，导致应变计电阻变化而产生热输出。
以下情况可使用高的激励电压：
●大应变片，散热好；
●大阻值应变片（小电流，发热功率小）
容易散热的材料（如铝材料，可用10V的激励电压）
二、应变计的安装工艺
以下的安装工艺是在研讨会上进行演示，并实际动手照此程序进行操作。
它是以VMM公司的产品为基础的，所用应变片为带3m特氟龙镀银导线封装型（如下图）。
安装过程具有一定的参考意义。
1、去污剂CSM-2喷到纱布上，擦测试零件，去除油污。
2、用320GRIT的砂纸，在粘贴面来回打磨12次。
白纸垫在零件下面。
3、在贴应变片处涂ConditionerA调节剂，再用320GRIT的砂纸，在测量面来
回打磨12次。
将纱布叠成小块在表面朝一个方向擦一次，再用另一块纱布
朝相反方向擦一次，扔掉纱布。
换一张白纸。
4、在贴应变片处涂ConditionerA调节剂，用400GRIT的砂纸，在测量面来回
打磨12次。
将纱布叠成小块在表面朝一个方向擦一次，再用另一块纱布朝
相反方向擦一次，扔掉纱布。
换一张白纸。
5、用铅笔、直尺划出贴应变片的位置。
6、在贴应变片处涂ConditionerA调节剂，用棉签擦掉铅笔划的线，将纱布叠
成小块在表面朝一个方向擦一次。
7、在贴应变片处涂Conditioner5A中和剂，达到合适的酸碱度，用棉签擦拭，
将纱布叠成小块在表面朝一个方向擦一次，再用另一块纱布朝相反方向擦
一次，扔掉纱布。
换一张白纸。
8、处理应变计的盒子用Conditioner5A中和剂滴几滴，用纱布擦干净。
中和
剂倒在纱布上，将镊子擦干净。
9、取出应变计，用胶布将导线固定在盒子上。
去掉应变计的塑料夹子，用透
明胶布将应变计和导线粘在一起，去掉固定导线的胶纸。
用透明胶带将应
变计对准粘贴位置贴上，注意导线方向。
10、用较小的角度揭开胶带超过中线1cm，将快干剂涂在应变计上，晾干
1min。
11、将M-Bond 200胶涂在胶带下面，用纱布将胶向应变计方向挤出，用拇
指压住1min。
松开手指后再晾1min.
12、用纸胶带将导线固定再零件上，并写上相应的信息：应变计的型号和
灵敏系数等。
13、将透明胶带以0角度由应变片向导线方向揭开。
在应变计和导线上涂
M－Coat A的保护层。
14、用应变计安装测试仪1300检查安装质量。
要求绝缘电阻大于10kMΩ。
三、高温应变计
本次研讨会上咨询了VMM高温应变计的相关事宜。
VMM高温应变计有ZC-/LZN-/LZE-三个系列，可在1150℃（2100°F）下的测量动态应变。
VMM高温应变计有两种安装方式：粘贴式和焊接式。
粘贴式的工艺较为复杂，陶瓷基底只能用在较平的测量表面，胶固化时需要在不同的温度（高达315℃）下对测量零件进行保温。
焊接式为金属基底，可用在任何能进行点焊操作的金属零件，使用VMM 700型便携式应变计焊接机，操作简单，使用可靠。
四、应变测量仪器
VMM公司的主要应变测量设备有：
1、数据采集系统：5000系统主要用于静态测量，6000系统用于动态测量。
除
了应力测量模块外，还有温度、转速、电压、电荷等测量模块。
2、StrainSmart软件，试验应力分析测试专用软件，通过其处理功能和相关
数据库，消除影响精确应变测量的影响因素。
可自动计算主应力、等效应
力和其方向。
3、应变信号调理放大器：A2，2100，2200，2300系统，将应变信号进行处理
并输出到其他通用数据采集仪。
4、静态应变测量记录仪：P3。
5、700型便携式应变计焊接机，用于焊接高温和普通焊接式应变计。
6、1300型应变计安装检查测量仪，使用简便，测量精度高。
7、贴片式光弹应力应变全域测量分析系统：PhotoStress Plus 系统。
8、标准应变模拟仪：1550A和V/E-40。
五、光弹测量应变场
光弹应变测量是50年代末产生测量全场域表面应力分布的技术，它是将一种对应变敏感的有可塑性的特殊涂层，粘贴在测量表面，通过偏振光照射后的颜色变化，显示了应力变化。
光弹可得出应力的差值，某一点的应力确定后，就可得出全场的应力的大小和方向。
与电阻应变计的比较见下表：
Vishay Micro-Measurements公司网址为：
/micro-measurements/
网站上有专业、详细的应变测试技术资料。
非常好的应变片粘贴工艺视频教程：
/micro-measurements/videos/。