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第三章 电阻应变测量技术 基本原理：弹性元件受力变形→应变片电阻改变→测量电路（应变仪）→应变 主要特点：灵敏度和精度高；测量范围广；输出为电信号；容易掌握。 §3—1 电阻应变片 一、应变片的构造和工作原理 1.构造 2.工作原理 金属丝的电阻应变效应： 金属丝的电阻相对变化率与应变成正比。k0 为金属丝对应变的灵敏度 二、应变片的类型 1．金属丝式应变片 2．箔式应变片 3．半导体电阻片 4．应变花 5．应力电阻片 三、应变片的灵敏系数和横向效应 应变片灵敏系数(即灵敏度)k定义为：把应变片粘贴在处于单向应力状态的试件表面，使其敏感栅纵向中心线与应力方向平行时，应变片电阻值的相对变化与沿其纵向的应变εx之比值，即 横向效应 当材料产生纵向应变εx时，由于横向效应，将在其横向产生一个与纵向应变符号相反的横向应变εy＝-μεx，因此，应变片上横向部分的线栅与纵向部分的线栅产生的电阻变化符号相反，使应变片的总电阻变化量减小，此种现象称为应变片的横向效应，用横向效应系数H来描述。 四、应变片的工作特性 1．应变片的尺寸 栅长×栅宽 基长×基宽 2．应变片的电阻 标称电阻60Ω、120Ω、350Ω、500Ω、1000Ω 3．机械滞后量(Zf) 加载和卸载时对于同一载荷的应变差。 4．零点漂移(p)和蠕变(θ) 外载不变，温度不变而应变随时间改变的现象。 5．应变极限 在常温下能正确反映测点应变的最大值。一般应变极限值在6000με～10000με之间。 6．绝缘电阻(Rm) 7．疲劳寿命(N) 在测点有±1500 με交应变作用下，应变片连续工作不损坏的最高循环次数。一般100万次。 8．最大工作电流 五、应变片的选用 1、按工作环境选用 2．按被测物的材料性质选用 3．按被测试件的受力状态和应变性质选用 4．按测量精度选用 §3—2 应变测量电路 第一次转换－应变片将应变信号转换成电阻相对变化量。 第二次转换－应变基本测量电路则是将电阻相对变化量再转换成电压或电流信号，以便显示、记录和处理。 电阻应变仪 －应变测量电路 ：通常转换后的信号很微弱，必须经调制、放大、解调、滤波等变换环节才能获得所需的信号 。 惠斯登电桥电路 －按电源供电方式分，直流电桥和交流电桥。电桥电路可有效地测量10-3～10-6数量级的微小电阻变化率，且精度很高，稳定性好，易于进行温度补偿，所以，在电阻应变仪和应变测量中应用极广。 电桥的加减特性(或和差特性) 相邻桥臂的应变极性一致(即同为拉应变或同为压应变)时，输出电压为两者之差；极性不一致(即一为拉应变，另一为压应变)时，输出电压为两者之和。而相对桥臂则与上述规律相反。 该特性对于交流电桥也完全适用。 利用该特性，可提高电桥的灵敏度，对稳定影响予以补偿，从复杂受力的试件上测取某外力因素引起的应变等，所以，它是在构件上布片和接桥时遵循的基本准则之一。 §3-3 应变应力测量 选择测点和布置应变片和合理接桥 。 布片和接桥的一般原则如下： (1)首先考虑应力集中区和边界上的危险点，选择主应变最大、最能反映其力学规律的点贴片； (2)利用结构的对称性布点，利用应变电桥的加减特性，合理选择贴片位置、方位和组桥方式，可以达到稳定补偿、提高灵敏度、降低非线性误差和消除其它影响因素的目的； (3)当测量荷载时，应尽量避开应力—应变的非线性区贴片； (4)在应力已知的部位安排适当的测点，以便测量时进行监视和检验试验结果的可靠性。 一、布片和接桥方法 半桥接法： 用两个电阻应变片作电桥的相邻臂，另外两臂为应变仪电桥盒中精密无感电阻所组成的电桥； 全桥接法： 电桥四个臂全由电阻应变片构成，它可以消除连接导线电阻影响和降低接触电阻的影响，灵敏度也可提高。 §3—4 应变仪 应变仪是将应变电桥的输出信号转换和放大，最后用应变的标度指示出来或输出相应 的信号推动显示和记录仪器。 二次仪表 一、应变仪的分类和特点 按应变仪的工作频率相应范围分： 静态应变仪、 动态应变仪 超动态应变仪。 本章重点内容 1.电阻应变效应、应变片的灵敏度、横向效应。 2.电桥的加减特性及应用； 3.温度补偿方法； 4.半桥、全桥的接方法及应变仪读数和实际应变的关系； 5.拉弯组合梁中求单一应变εp，εw的方法。 作业题 1.什么是电阻应变效应？应变片的灵敏度和电阻丝的灵敏度有什么关系？ 2.推导电桥输出电压表达式（画图）。 3.应变片串联后接入桥臂，测得的应变与串联的各应变片的应变是什么关系