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1、第30卷第4期实验室研究与探索Vo.l30No.42011年4月RESEARCHANDEXPLORATIONINLABORATORYApr.2011电阻应变片的实验与应用李巧真,李刚,韩钦泽(天津大学自动化学院,天津300072)摘要:电阻应变片是广泛应用的传感元件之一,已成为非电量电测技术中重要的检测手段。介绍了其工作原理及测量电路的设计与特性,并通过两个实例说明了电阻应变片的应用。关键词:电阻应变片;传感器;测量电路;直流电桥;交流电桥中图分类号:TP212.1文献标志码:
2、A文章编号:1006-7167(2011)04-0134-05ExpermientandApplicationofResistanceStrainGaugeLIQiaozhen,LIGang,HANQinze(SchoolofAutomation,TianjinUniversity,Tianjin300072,China)Abstract:Resistancestraingaugeisoneofwidelyusedsensors,hencehasbecametheimportantme
3、aninnonelectricitymeasuremen.tThispaperintroduceditsoperationprinciple,andcharacteristicsofmeasuringcircuits.Twoexampleswerepresentedtoexplaintheapplicationofresistancestraingauge.Keywords:resistancestraingauge;sensors;measuringcircui;tDCbridge;ACbrid
4、ge当金属丝受到轴向力F而被拉伸(或压缩)时,其0引言L、A和均发生变化。近年来传感器技术的应用研究已经在许多工业发可以证明:[1]达的国家中得到了普遍的重视。电阻应变片是应dR=(1+2+E)(1)用最广、最方便的传感元件之一,本文结合教学实验作R一简介。其中:为压阻系数;为金属丝材料的泊松比;E为金属丝材料的弹性模量;为金属丝材料的应变。1电阻应变片由式(1)可知,电阻相对变化量是由2方面的因[2]素决定:由金属丝几何尺寸的改变而引起,即(l+1.1工作原理电阻应变片的应
5、用原理是基于金属电阻丝的电阻2)项;材料受力后,材料的电阻率发生变化而引应变效应。起,即E项。对于特定的材料,(l+2+E)是一常设有一段长L,截面积A,电阻率的金属丝(见图数,因此,式子所表达的电阻丝电阻变化率与应变成线1),其原始电阻值为:性关系,这就是电阻应变计测量应变的理论基础。L式(1)中,令K0=(1+2+E),则有R=(1)AdR=K0(2)式中:R为金属丝的原始电阻();为金属丝的电阻R式中:K0为单根金属丝的灵敏系数,其物理意义是当率(m);L为金属丝
6、的长度(m);A为金属丝的横22金属丝发生单位长度变化(应变)时,其大小为电阻变截面积(m),A=r,r为金属丝的半径。化率与其应变的比值,亦即单位应变的电阻变化率。1.2电阻应变片的基本结构收稿日期:2010-09-03电阻应变片(也称应变计)的基本结构见图1。作者简介:李巧真(1960-),女,河北沧州人,工程师,主要从事检测技术与自动化装置。(1)敏感栅。应变计中实现应变-电阻转换的敏Te.l:02227404274;02281998228;Emai:lliqiaozhen6@eyo
7、u.com感元件。敏感栅合金材料的选择对所制造的电阻应变第1期李巧真,等:电阻应变片的实验与应用135计性能的好坏起着决定性的作用。可得桥路输出电压的一般形式为R1R3UL=UE-UE=R1+R2R3+R4R1R4-R2R4UE(8)(R1+R2)(R3+R4)显然,当R1R4=R2R3时,电桥平衡,桥路输出电压UL=0。图1电阻应变片结构(2)基底。固定敏感栅,并使敏感栅与弹性元件相互绝缘;应变计工作时,基底起着把试件应变准确地传递给敏感栅的作用,为此基底必须很薄,一般为0.02~图3
8、直流电桥结构0.04mm。常用的基底材料有纸、胶膜和玻璃纤维布。(3)引线。连接敏感栅和测量线路的丝状或带状(1)直流单臂电桥输出电压灵敏度。若电桥中金属导线。一般要求引线材料具有低的稳定的电阻率R1为应变片,它随被测参数变化而变化,R2、R3与R4及小的电阻温度系数。为固定电阻。当被测参数的变化引起电阻变化R1(4)覆盖层。保护敏感栅使其避免受到机械损伤时,即R1=R1+R1,则桥路平衡被破坏,产生电桥输或防止高温氧化。出不平衡电压为(5)黏结剂。分别把盖层
