土木工程测试课件3电阻应变测量技术

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1、GaoSuGongLu第三章电阻应变测量技术SACE11§3-0概述基本原理利用电阻应变片作为传感元件，将应变片贴在被测物体上，会随被测物体的变形而拉长或收缩，从而改变电阻值，反映被测物体应变的大小。待测非电量ε电阻变化△R应变值ε①感受应变：ε△R②测量△R：应变仪将应变片的△R→△U或△I，惠斯顿电桥放大器输出应变值221工作原理电阻应变效应以丝式应变片为例§3-1电阻应变片33§3-1电阻应变片理论推导分析大应变时dρ/ρ/ε，通常不是常数；但对于康铜等少数几种电阻丝而言，dρ/ρ/ε

2、基本为定值,因此它们可用于大应变（≥8000~10000με）的量测，可以满足一般工程中应变测试的要求。半导体的dρ/ρ/ε通常>100实际情形电阻丝端头横向变形基底传递变形的影响电阻应变片的实际灵敏度K≤KS。实际工作中一般采用标定的方法确定应变片的灵敏度。44§3-1电阻应变片例题：等强度梁静态应变测试采用等强度钢梁，钢梁的μ=0.285，L=150mm,室温、单向受力状态，应变片丝栅方向与最大主应变方向一致，采用砝码在梁一端施加作用力P=0.1KN，测得挠度为1.5mm，实测量得电阻由120

3、Ω变为120.12Ω，求得应变片的实际灵敏度K。梁高h=5mm梁长L=150mmP⑴△R/R:△R/R=（120.12-120）/120=0.001⑵ε:σ=Eε=Mh/2I(1)f=-ML2/3EI(2)(1)/(2):ε=-3hf/2L2=0.0005⑶K:K=△R/R/ε=255§3-1电阻应变片2构造（1）电阻丝：敏感材料，关键性部分。要求：电阻率大，应变电阻系数大，温度电阻系数小，压延性好。材料：铜镍、镍铬、铁铬铝等高阻合金。（2）基底与覆盖层：作用：定位，传力，保护要求：绝缘，强度大，

4、易粘贴，蠕变小，滞后小，防潮，热稳定，温度应变小。材料：纸基、胶基、纸浸胶基（3）引线与接线端子：Φ0.15-0.18的镀锡（铱、银）软铜线。电阻丝引线基底覆盖层正视图侧视图接线端子66§3-1电阻应变片3分类(1)金属类①金属丝式应变片。丝绕式、短接式Φ0.01-0.03mm，响应时间为10-7s，散热效果差，许用电流低。圆角线栅，横向效应大；直角线栅，制作复杂。77§3-1电阻应变片3分类(1)金属类②箔式应变片3-10μm厚的康铜或其它合金膜，光刻印刷。照相腐蚀成形法，集成电路制造技术。目前

5、主要使用的一种传感器。横向效应小，散热好于丝式。③薄膜式应变片：800℃厚度≤0.1μm的金属薄膜，真空电镀制造，用于高温等特殊条件88§3-1电阻应变片3分类（2）半导体式应变片（压阻效应）半导体材料，根据压阻效应制成。灵敏系数高，K>100，可直接用万用表测出现于50年代中期应变响应时间仅有10-11s热稳性能差；大应变时，非线形较大，多用于测量500以下的小应变。99§3-1电阻应变片3分类（3）应变花应变花：在一个基底上有几个按一定角度排列的敏感栅的应变片。测量主应力方向未知条件下平面应力

6、状态。自补偿应变片：用于高低温和温差大的条件1010§3-1电阻应变片4应变片的参数和工作特性（1）灵敏系数灵敏系数：单向受力状态下，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之比值电阻丝端头横向变形，电阻应变片的实际灵敏度K≤K0。实际工作中一般采用标定的方法确定应变片的灵敏度。1111§3-1电阻应变片4应变片的参数和工作特性（2）横向效应由于横向应变使得应变片的总电阻变化量减小的现象，降低灵敏度，称横向效应。横向效应用横向效应系数描述H。横向应变H通过实际测定，

7、一般较小，只有高精度测量才考虑修正。在同一单向应变中，垂直与单向应变粘贴的应变片与平行与单向应变方向的同批应变片的指示的应变之比值（用百分数表示）。1212§3-1电阻应变片4应变片的参数和工作特性（2）横向效应的影响不考虑H考虑H：实测的灵敏度K设此时测点的真实应变为εx、εy，实测应变为ε’x、，由式2、3得。相对误差为1313§3-1电阻应变片4应变片的参数和工作特性（3）应变片的规格——几何参数应变片的敏感栅工作面积：应变片敏感栅长宽之积，S=L*b。L-栅长标距b-栅宽注意：尽量选用L大

8、、b小的应变片。电阻丝引线正视图接线端子bL1414§3-1电阻应变片4应变片的参数和工作特性（4）应变片电阻值应变片电阻值：指应变片在未安装、不受外力、室温条件下的电阻值。单片阻值：单个应变片的标定电阻值。标准名义阻值：人为规定的生产标准，为一定值，如120Ω、240Ω。一般应变仪是按120Ω应变片要求设计的。平均名义阻值：一批应变片抽样标定，电阻值取平均、求公差。如120±0.5%或120±0.6Ω。1515§3-1电阻应变片4应变片的参数和工作特性（5）机械滞后机械滞后：恒温