3电阻应变测量技术
电阻应变式传感器
当温度变化∆t时，电阻丝电阻的变化值为：
∆Rα=Rt-R0=R0α0∆t
2) 试件材料和电阻丝材料的线膨胀系数的影响 当试件与电阻丝材料的线膨胀系数相同时，不论环境温度如 何变化，电阻丝的变形仍阻丝材料的线膨胀系数不同时，由于环境温度的 变化，电阻丝会产生附加变形，从而产生附加电阻变化。 设电阻丝和试件在温度为0℃时的长度均为l0, 它们的线膨胀 系数分别为βs和βg，若两者不粘贴，则它们的长度分别为
当电桥平衡时, Uo=0, 则有 或 R1R4 = R2R3
R1 R3 = R2 R4
电桥平衡条件：相邻两臂 电桥平衡条件 电阻的比值应相等, 或相 对两臂电阻的乘积相等。
电桥接入的是电阻应变片时，即为应变桥。当一个 桥臂、两个桥臂乃至四个桥臂接入应变片时，相应 的电桥为单臂桥、半桥和全臂桥。 2．不平衡直流电桥的工作原理及电压灵敏度
R1 Z1 = R1 + jwR1C1
R2 Z2 = R2 + jwR2C2
Z 3 = R3
输出电压
⋅ ⋅
Z 4 = R4
U ( Z1Z 4 − Z 2 Z 3 ) U0 = ( Z1 + Z 2 )( Z 3 + Z 4 )
要满足电桥平衡条件, 即U0=0, 则有 Z1 Z4 = Z2 Z3
或
∆R ∆ρ = (1 + 2 µ )ε + R ρ
∆ρ ∆R R = (1 + 2 µ ) + ρ
ε
ε
通常把单位应变能引起的电阻值变化称为金属电 阻丝的灵敏度系数。其物理意义是单位应变所引起的 电阻相对变化量, 其表达式为 ∆ρ ρ K 0 = 1 + 2µ + ε ∆R = k 0ε 因此 R 灵敏度系数受两个因素影响: ①受力后材料几何尺寸的变化, 即（1+2µ）; ②受力后材料的电阻率发生的变化, 即∆ρ/
电阻应变片式传感器测量桥梁应力
测量桥梁应力传感器目录摘要 (2)设计思路 (2)步骤 (2)一、传感器设计及选择 (3)1、应变式传感器 (3)二、电阻应变片的选择 (3)1、电阻应变片类型的选择 (3)2、应变计敏感栅的材料 (5)3、几何尺寸 (6)三、测量电路原理分析及设计 (7)1、温度补偿原理 (7)四、测量电路原理分析及设计 (9)1、电桥电路原理 (9)2、非线性误差 (10)3、转换电路和信号放大电路 (10)4、电桥转换电路 (11)5、放大电路和共模补偿电路 (11)6、电路调零调幅电路 (13)7、电桥放大电路各元件参数及其输出电压计算 (14)五、总结与心得 (15)六、参考文献.....................错误！未定义书签。
摘要：目前，多数桥梁都属于柱形桥，随着时间的推移，桥身桥体会逐渐出现承载过重导致应力不集中甚至出现裂纹等破损，为了保证人民的人身财产安全，就要对桥身桥体进行实时监控，采取及时的补救措施。
在现在大多数的监测方案中，几乎都需要传感器技术，本文对传感器在测量桥梁应力的应用做了详细的描述。
传感器技术是利用各种功能材料实现信息检测的一门综合技术学科，是在现今科学领域中实现信息化的基础技术之一。
现代测量、控制与自动化技术的飞速发展，特别是电子信息科学的发展，极大地促进了现代传感器技术的发展。
同时我们也看到，传感器在日常生活中的运用越来越广泛，可以说它已成为了测试测量不可或缺的环节。
因此，学习、研究并在实践中不断运用传感器技术是具有重大意义的。
测量桥梁应力的基本思路是将传感器粘附于桥身柱体部分，通过测量桥在空载和承载时传感器的数值变化，通过数值的转换与计算，得出桥梁承受的应力。
因此，此次测量所需传感器属于压力传感器。
设计思路方案内容：假设某柱形公路桥长为500米，现在用多台测量应力传感器进行静载实验，从而确定此桥梁的承载能力和工程的可靠性。
步骤：1:首先将此段桥梁平均分成五段，每段为一百米；2:选取每段桥梁的中心点为布置测点，并粘上测量桥梁应力传感器的应变片，应变测量的传感器是电栅尺寸为50×100mm的长标距电阻应变片;具体布置如下图：（此图为抽象出来的桥面，应变片对称均匀分布在桥底面上）3:将所有测点合理的连接到静应变仪上，打开一起预热，用USB线连上装好相关软件的电脑上；4：打开软件，设置好各项参数后进行平衡，清零采样；5：本实验采用30t 的三周加载汽车进行加载，车辆加速选用中载和偏载两种方式，即相对车道中心线对称布置3列车以及偏一侧靠近防护栏布置3列车，根据不同的工况进行逐次采样;结果分析：将测试数据导出进行分析，从而验证桥梁结构强度，并根据相关标准评价其在设计使用荷载下的工作性能。
电阻应变片的粘贴技术
电阻应变片的粘贴技术一、实验目的1.初步掌握常温用电阻应变片的粘贴技术。
2.为后续电阻应变测量的实验做好在试件上粘贴应变片、接线、防潮、检查等准备工作。
二、实验设备和器材1.常温用电阻应变片，每小组一包20枚。
2.数字式万用表。
粘结剂（氰基丙烯酸酯粘结剂）。
4.电烙铁、镊子、铁沙纸等工具。
5.等强度梁试件，温度补偿块。
6.丙酮、药棉等清洗器材。
7.防潮用硅胶。
8.测量导线若干。
三、实验方法和步骤1.选片：在确定采用那种类型的应变计后，用肉眼或放大镜检查丝栅是否平行，有否霉点、锈点、用数字式万用表测量各应变片电阻值，选择电阻值差在土0．5欧姆内的8~10枚应变片供粘贴用。
2.测点表面的清洁处理：为使应变计与被测试件贴得牢,对测点表面要进行清洁处理。
首先把测点表面用砂轮，锉刀或砂纸打磨；使测点表面平整并使表面光洁度 。
然后用棉花球蘸丙酮擦洗表面的油污，到棉花球不黑为止。
然后用划针达6在测片位置处划出应变计的座标线。
打磨好的表面，如暂时不贴片，可涂以凡士林等防止氧化。
如果测量对象为混凝土构件，则须用喷浆方法把表面垫平。
然后同样进行表面打磨清洗等工作。
此外，在贴片部位，还得先涂一层隔潮层,可采用环氧树脂胶或用铝箔纸，应变计就贴于隔潮底层上。
3.贴片：在测点位置和应变计的底基面上，涂上薄薄一层胶水，一手捏住应变片引出线，把应变计轴线对准座标线,上面盖一层聚乙烯塑料膜作为隔层，用手指在应变计的长度方向滚压，挤出片下汽泡和多余的胶水，直到应变计与被测物紧密粘合为止。
手指保持不动约1分钟后再放开，注意按住时不要使应变片移动，轻轻掀开薄膜检查有无气泡、翘曲、脱胶等现象，否则需重贴。
注意粘结剂不要用得过多或过少，过多则胶层太厚影响应变片性能，过少则粘结不牢不能准确传递应变。
图30-1 应变计的保护4.干燥处理：应变计粘贴好后应有足够的粘结强度以保证与试件共同变形。
此外，应变计和试件间应有一定的绝缘度，以保证应变读数的稳定。
应变片贴片技巧[宝典]
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3. 电阻应变片测量应变的基本要求：从电阻应变片测量应变的基本原理中可以看出，首先要保证应变片与被测物体共同产生变形，其次，要保证电阻应变片本身的电阻值的稳定，才能得到准确的应变测量结果，这是应变片粘贴的基本原则。
因此应变片本身的质量和粘贴质量的好坏对测量结果影响很大，应变片必须牢固地粘贴在试件的被测测点上，因此对粘贴的技术要求十分严格。
为保证粘贴质量和测量正确，要求如下：1)认真检查、分选电阻应变片，保证应变片的质量；2)测点基底平整、清洁、干燥，使应变片能够牢固地粘贴到试件上，不脱落，不翘曲，不含气泡；3)粘结剂的电绝缘性好、化学性质稳定，工艺性能良好，并且蠕变小，粘贴强度高，温、湿度影响小，确保粘贴质量，并使应变片与试件绝缘，保证电阻应变片电阻值的稳定；4)粘贴的方向和位置必须准确无误，因为试件上不同位置、不同方向的应变是不同的，应变片必须粘贴到要测试的应变测点上，也必须是要测试的应变方向；5)做好防潮工作，使应变片在使用过程中不受潮，以保证应变片电阻值的稳定。
4. 贴片前准备4.1 工具、辅助材料准备1)试件；2)电阻应变片；3)数字万用表；4)粘合剂：502胶；5)丙酮；6)棉球；7)镊子、划针、砂纸、锉刀、刮刀、塑料薄膜、胶带纸、电烙铁、焊锡、焊锡膏等小工具；8)接线柱、短引线；9)电吹风机或红外烘干机。
4.2 技术准备1)测试点的选择测点的选择和布置对能否正确了解结构的受力情况和实现正确的测量影响很大。
测点愈多，愈能了解结构的应力分布状况，然而却增加了测试和数据处理的工作量和贴片误差。
因此，根据应以最少的测点达到足够真实地反映结构受力状态的原则，来选择测点。
为此，一般应考虑：a）预先对结构进行大致的受力分析，预测其变形形式，找出危险断面及危险位置。
根据受力分析和测试要求，结合实践经验最后选定测点。
b）在截面尺寸急剧变化的部位或因孔、槽导致应力集中的部位，应适当多布置一些测点，以便了解这些区域的应力梯度情况。
《电阻应变式传感器》课件
03
电阻应变式传感器的测量电路
直流电桥测量电路
优点
简单、可靠、稳定性好。
缺点
对温度变化敏感，需要采取温度 补偿措施。
交流电桥测量电路
优点
对直流电源的稳定性要求较低，可以减小电源波动对测量结 果的影响。
在工业生产过程中，电阻应变式压力传感器被广泛应 用于压力控制、流量控制等场合，如气瓶压力监测、 管道压力监测等。
汽车行业
汽车发动机、气瓶、刹车系统等都需要用到压力传感 器，来监测和控制各种气体和液体的压力。
位移传感器的应用实例
自动化生产线
在自动化生产线上，位移传感器被用来检测和控制系 统中的物体位置，如机器人手臂的定位、传送带的物 体位置检测等。
电阻应变式传感器
目 录
• 电阻应变式传感器简介 • 电阻应变式传感器的类型与特性 • 电阻应变式传感器的测量电路 • 电阻应变式传感器的误差来源与补偿方法 • 电阻应变式传感器的应用实例
01
电阻应变式传感器简介
定义与工作原理
定义
电阻应变式传感器是一种将应变转换为电阻变化的传感器，通过测量电阻的变 化来测量受力状态。
总结词
半导体应变式传感器具有高灵敏度、 低温度系数和良好的线性等优点。
详细描述
半导体应变式传感器利用半导体的压 阻效应，即当半导体受到外力作用时 ，其电阻值会发生变化。这种传感器 常用于测量加速度、压力和振动等物 理量。
陶瓷电阻应变式传感器
总结词
陶瓷电阻应变式传感器具有耐高温、耐 腐蚀、高绝缘性和良好的稳定性等特点 。
电阻应变片粘贴技术不正确
电阻应变片粘贴技术不正确电阻应变片粘贴技术是一种常见的传感器安装和应力测量方法，广泛应用于机械工程、航空航天和汽车工业等领域。
正确的电阻应变片粘贴技术能够确保传感器性能的稳定和准确性，而错误的粘贴技术可能导致数据失真或传感器失效。
下面将介绍一些常见的不正确的电阻应变片粘贴技术及其影响，并提供一些相关参考内容。
1. 压力不均匀的影响：当电阻应变片的粘贴不均匀或存在压力集中点时，可能会导致传感器输出的应变失真。
为了避免这种情况，需要采取适当的粘贴技术，如在粘贴过程中均匀施加压力，并使用适当的辅助工具来确保良好的粘合。
2. 粘合剂选择不当的影响：选择不适合的粘合剂可能会导致电阻应变片与测量物体之间的粘结性差，从而导致不准确的应变测量结果。
正确的粘合剂选择应根据应用需求和所要测量物体的表面材料进行，以确保良好的粘合强度和稳定性。
3. 温度不当的影响：粘贴电阻应变片时，如果温度不当，可能会导致粘合剂的性能下降，从而影响应变片的粘附力和传感器的稳定性。
正确的做法是在适当的室温环境下进行粘贴，并保证粘合剂能够达到最佳性能。
4. 清洁不彻底的影响：在粘贴电阻应变片之前，应确保测量物体表面干净，无杂质，以提供良好的接触和粘附条件。
不彻底的清洁可能导致脏污物质对粘合剂和应变片的影响，从而降低传感器的精度和可靠性。
5. 粘贴位置的选择不当的影响：正确的粘贴位置可以最大程度地提高传感器的测量精确度。
如果选择不恰当的位置粘贴电阻应变片，可能会导致在不希望测量的区域产生误差，从而影响测量的准确性。
选择粘贴位置时应根据应用需求和物体的受力状况进行合理选择。
综上所述，正确的电阻应变片粘贴技术对确保传感器的精度和可靠性至关重要。
当进行电阻应变片粘贴时，需要注意避免压力不均匀、选择适当的粘合剂、温度控制、彻底的清洁和正确的粘贴位置选择等问题。
这些技术上的注意事项可以帮助确保粘贴电阻应变片的准确性和可靠性。
参考内容：1. Zhou, Z. (2014). Handbook of force transducers: Principles and components. Springer Science & Business Media.2. Gao, W., & Mak, P. (2015). Experimental study on adhesive interference in strain gauges. Journal of Applied Mechanics, 82(7), 071003.3. ASTM International. (2016). ASTM E2519-16: Standard Test Method for Bond Strength of Electrical Contact Materials Under Humidity and High Temperature.4. Dutton, R. (2002). Strain gage users' handbook: Technical information about terminology, installation, operation, and application of strain gages. Omega Engineering, Inc.5. Vorburger, T. V. (2012). Selection of adhesive for strain gauge installation. SAND2012-3273.6. Kreith, F. (2000). Principles of heat transfer. Foreign Affairs, 2(3), 183-184.。
电阻应变式传感器实验
③ 用实验仪音频振荡器输出频率为 5KHZ/2Vp-p激励电压，必须从LV插 口输出，作为交流电桥供桥电压。
④ 用示波器的“CH1”接相敏检波器的调制信号输入端“4”，“CH2”接相敏检波器的载波 信号输入端“5”，调整移相器，使其两信号的波形同相，若此时系统输出不为零，重新反 复调整w1,w2及移相器，以确保系统输出为零，且移相器的输出与相敏检波器的输入信号 同相。
R1 R2 R3 R4
R5
RX
R6
R7
RW1
RW2
C
2）差分放大器电路单元
差动放大器也是一个电路模块，它是由集成运算放大器组成的增益可调的 交直流放大器。可以接成同向、反相放大器，增益可达1～100倍。差动放大 器就其功能来说，是放大两个输入信号之差。由于它在电路和性能方面有着 许多的优点，因此成为集成运放的主要组成单元。此差动放大器模块主要由 运放OP-07组成，它的电路原理如图所示：
3、电阻应变式传感器的用途与特点
主要用于：能转化成形变的各种非电物理量的检测，如力、压力、加速 度、力矩、重量等，在机械加工、计量、建筑测量等行业应用十分广泛。其主 要特点是：① 结构简单，使用方便，性能稳定、可靠；② 灵敏度高，频率
响应特性好，适合于静态、动态测量. ③ 环境适应性好，应用领域广泛。
⑤在应变传感器的托盘上放置一只砝码（20克），读取数显表数值，依次增加砝 码和读取相应的数显表值，直到160-200g砝码加完。记下实验结果填入表，关 闭电源。
⑥ 根据实验测量结果，计算出全桥灵敏度S，并作出V—X关系曲线。
重量 交流全桥 （克）
20 40 60 100 120 140 160 180 200
弹
应
性
变
实验一电阻应变片的粘贴技术
实验一电阻应变片的粘贴技术
材料：电阻应变片、双面胶、酒精、棉签
步骤：
1. 清洁电阻应变片表面：使用棉签蘸取酒精，擦拭电阻应变片表面，确保其表面干净无尘，无油迹。
2. 切割双面胶：使用剪刀将双面胶剪成合适的大小，比电阻应变片稍大一些。
3. 确定贴附位置：将双面胶贴在电阻应变片背面，确定贴附位置，剥掉胶纸。
4. 粘贴电阻应变片：将电阻应变片贴在需要测量应变的物体上，使用手指压实电阻应变片使其紧密贴合物体表面。
5. 测试：将电阻应变片连接到数据采集系统，进行实时应变读数测试。
注意事项：
1. 贴双面胶时要避免空气中灰尘、细菌等杂质附着。
2. 贴好电阻应变片后要避免剪切、挤压等外力影响，以防电阻应变片脱落。
3. 电阻应变片贴在物体上时要确保表面光滑，无凸起物、划痕
等影响贴合性的情况。
4. 测试过程中要避免因温度变化、机械振动等外界因素引起测量误差。
提高电阻应变式测力传感器灵敏度的设计方法
提高电阻应变式测力传感器灵敏度的设计方法电阻应变式测力传感器作为一种高精度、高灵敏度的传感器，广泛应用于工业生产、科学研究以及医疗领域。
提高传感器的灵敏度是优化传感器性能的重要方面之一以下是提高电阻应变式测力传感器灵敏度的一些设计方法：1.优化应变片结构：应变片是电阻应变式测力传感器的核心部件，对传感器的灵敏度有决定性影响。
优化应变片的结构，例如增加应变片的长度、宽度或厚度，采用异形或非均匀形状的应变片，可以提高传感器的灵敏度。
2.使用高灵敏度的材料：选用高灵敏度的材料制作应变片，如采用高强度、高弹性系数的材料，可以提高应变片的灵敏度。
3.优化应变片布局：合理布置应变片的位置和数量，使其受力均匀、对称，减小非轴向力对传感器的影响，提高灵敏度。
4.优化电桥电路设计：采用恰当的电桥电路设计，如使用全桥、半桥或串联电桥等不同的电桥形式，选择合适的电阻值，可以提高传感器的灵敏度。
5.提高初始电阻值：传感器的初始电阻值越高，对应变量的变化响应越敏感。
通过增加应变片的厚度、增加电阻片的数量或调整电阻片的尺寸，可以提高传感器的初始电阻值。
6.降低噪声和干扰：对电阻应变式测力传感器的电路进行屏蔽，减少干扰源对信号的影响，采用抗干扰算法或滤波技术来降低噪声对灵敏度的影响。
7.使用温度补偿技术：温度变化对电阻应变式测力传感器的灵敏度有较大影响。
采用温度传感器测量环境温度，并进行温度补偿，可以提高传感器的灵敏度。
综上所述，通过优化应变片结构、使用高灵敏度材料、优化应变片布局、优化电桥电路设计、提高初始电阻值、降低噪声和干扰以及使用温度补偿技术等方法，可以提高电阻应变式测力传感器的灵敏度，进而提高其精度和可靠性。
在实际设计和应用中，可以根据具体要求和实际情况选择合适的方法组合来达到最佳效果。
高应变检测方法
高应变检测方法高应变检测方法引言高应变检测是一项重要的技术，广泛应用于工程、材料科学、地质灾害预测等领域。
本文旨在介绍几种常见的高应变检测方法，包括光纤传感法、电阻应变计法、声发射法等。
通过这些方法的应用，可以实时准确地监测材料和结构在受力过程中的应变情况，从而提高安全性和可靠性。
一、光纤传感法光纤传感是一种基于光学原理的高应变检测方法，其原理是利用光纤的光学特性来实现应变的测量。
通过将光纤束固定在被测物体上，当物体受到应变时，光纤会发生变化，从而导致光的传输特性发生变化。
通过测量这些变化，可以准确地计算出物体的应变情况。
光纤传感法具有非常高的灵敏度和稳定性，可以实时监测应变的变化。
它适用于各种材料和结构，包括金属、混凝土、土壤等。
此外，光纤传感法还可以实现多点应变的监测，通过布置多个光纤传感器，可以同时监测多个位置的应变情况。
二、电阻应变计法电阻应变计是一种常见的高应变检测方法，其原理是通过测量被测物体上电阻的变化来实现应变的测量。
电阻应变计通常由导线和电阻片组成，当物体受到应变时，导线和电阻片的长度会发生变化，从而导致电阻值的变化。
通过测量电阻值的变化，可以计算出物体的应变情况。
电阻应变计法具有简单、成本低、易于操作的优点，广泛应用于各种工程和科学研究领域。
但是，电阻应变计法的测量范围有限，通常适用于小应变的测量。
对于高应变场合，需要采用高灵敏度的电阻应变计或其他更为敏感的检测方法。
三、声发射法声发射法是一种基于声学原理的高应变检测方法，其原理是通过检测被测物体在受力作用下产生的声波信号来实现应变的测量。
当物体受到应变时，会在内部和表面产生应变能量释放，从而产生声波。
通过记录和分析这些声波信号的特征，可以准确地计算出物体的应变情况。
声发射法具有非常高的灵敏度和准确性，可以实时监测应变的变化。
它适用于各种材料和结构，包括金属、塑料、岩石等。
声发射法可以实现远程监测，无需对被测物体进行接触或干预，具有很大的便利性和安全性。