电阻式应变片改演示文稿

电阻式应变片改演示文稿现在是1页\一共有20页\编辑于星期日电阻式应变片改现在是2页\一共有20页\编辑于星期日2、电阻应变片的结构和工作原理

1)基本结构（丝绕式）

当测试应变或应力时，将应变片贴于被测对象上，当被测对象产生变形时，应变片也发生相应变化。此时测出电阻值的变化ΔR即可得到应变值ε。再由虎克定律：σ＝E·ε即可得到应力值。(应力：F/S)现在是3页\一共有20页\编辑于星期日2)电阻应变效应和灵敏系数（电阻丝）

灵敏系数——单位应变所能引起的电阻的相对变化。在外力作用下，电阻丝的电阻变化为电阻丝的轴向应变横向应变

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在弹性范围内金属的轴向应变ε与横向应变ε＇成正比，即有：μ＝－ε＇/ε；称μ为泊松比或横向变形系数。有：k0为金属丝的应变灵敏系数。

k0受两个因素的影响：①第一项（1＋2μ），这主要是金属受拉伸后，材料几何尺寸发生变化引起——金属应变效应。其值由材料决定。②第二项是由于受力后，材料的电阻率变化引起--半导体压阻效应。其值比第一项小很多，可以忽略。结论：当金属丝的变形在弹性范围内时，有为常数。

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除了横向效应外，由于整条金属丝所承受的应变不均匀（①圆弧段金属丝未参与承受轴向形变，②轴向的金属丝在承受轴向形变时应力分布不均匀），也使得实际应用中的应变片的灵敏系数要小于理论灵敏系数。(二)金属应变片的特性

1、横向效应直线金属丝受拉伸时与圆弧金属丝拉伸情况不同，圆弧金属丝受拉抻时，有垂直于轴线方向压应变，但此压应变会使圆弧段金属丝直径增加，从而使该段面积增加，所以电阻减小。因此圆弧段的电阻变化将小于直线段电阻变化，直的金属丝绕成敏感栅后，灵敏系数有所降低。这种现象称为横向效应。实际灵敏系数的标定

实际使用中，应变片的灵敏系数一般通过实验获得，且须按生产批次进行抽样实验。现在是6页\一共有20页\编辑于星期日箔式应变片现在是7页\一共有20页\编辑于星期日2、温度效应应变片由于温度变化所引起的电阻相对变化（虚假应变），称此现象为温度效应。1）产生原因

I、温度变化引起应变片敏感栅电阻变化而产生附加应变。敏感栅的温度特性：

Rt＝R（1＋αtΔt）；ΔRt=Rt－R＝αtRΔt

II、试件材料与敏感栅材料的线膨胀系数不同，使应变片产生附加变形。

由于试件材料与应变片材料线膨胀系数不同，在同样的温度增量时，二者的伸长量也不一样，会使应变片产生附加变形现在是8页\一共有20页\编辑于星期日2）温度误差补偿方法应变片由于温度效应而产生的误差称为温度误差。温度误差补偿法：I、单丝自补偿法选择自补偿应变片：根据试件选用合适的敏感栅材料，使其电阻温度系数α对输出的影响恰好抵消附加应变对输出的影响。

II、双丝自补偿法利用两种电阻丝材料的电阻温度系数不同，一个为正，一个为负，使二者互相抵消。现在是9页\一共有20页\编辑于星期日

电桥有直流电桥和交流电桥。各种类电桥中，若电桥各臂为R1、R2、R3、R4。当四臂相等时，称为等臂电桥。若电桥一个臂接入应变片，其余为固定电阻时，称单臂工作（电桥），两个臂接入应变片时称半桥，四个臂均为应变片时称全桥。（三）应变式电阻传感器的测量电路现在是10页\一共有20页\编辑于星期日1、直流电桥

⑵单臂电桥的电压灵敏度设R1为应变片，其余为固定电阻。RL为放大器的输入阻抗，即单臂工作。放大器输入阻抗可以比电桥的输出电阻高得多，看成开路。⑴平衡条件：R1·R4＝R2·R3或R1/R2＝R3/R4，即相对臂乘积相等，相邻臂比值相等。此时流过负载电阻的电流为0。现在是11页\一共有20页\编辑于星期日设桥臂比R2∶R1＝R4∶R3＝n结论：电桥电压灵敏度ku

因为一般有ΔR1<<R1，则忽略非线性项：现在是12页\一共有20页\编辑于星期日电桥电压灵敏度ku

提高电压灵敏度ku的方法：

可见ku正比于电桥供电电压，U越高，ku越高。但供桥电压越高，功耗也越大，故U应适当选择。同时ku与n也有关，故必须合适的桥臂比。

为求ku的最大值，可对n求偏微分。则当该式为0时有极值。当n＝1时，ku为最大。即当R1＝R2；R3＝R4时，ku最大。此时有现在是13页\一共有20页\编辑于星期日⑶非线性误差及其补偿方法前述分析中忽略ΔR1/R1，这是一种理想情况。若ΔR1/R1不可忽略，则实际输出电压Uo与ΔR1/R1是非线性的。

可见ΔR1/R1较大，非线性误差也较大。常用的减小非线性误差的方法有：

a、提高桥臂比由上式可见提高R2/R1（即桥臂比n）能减小非线性误差。但由于提高n，ku将下降。故为了既能减小非线性误差又不会使ku下降太多，通常适当提高供桥电压E。现在是14页\一共有20页\编辑于星期日b、采用差动电桥采用差动电桥时一般有半桥差动和全桥差动两种方式。

半桥差动方式：两个工作应变片如图中R1、R2，一个应变片受压，一个受拉，则应变符号相反。同时，测试时将两个应变片接入相邻的桥臂上，则输出电压Uo为：现在是15页\一共有20页\编辑于星期日

全桥差动方式：4个应变片，两个受拉，两个受压，将应变符号相同的接入相对桥臂上。

采用差动方式工作时，电桥无非线性误差。同时ku提高，半桥比单臂工作ku提高了一倍，而全桥又比半桥提高了一倍。现在是16页\一共有20页\编辑于星期日(4)温度误差的电桥补偿法

采用电桥如图，R1为工作片，RB为补偿片。工作片贴在试件上，而补偿片贴在材料、温度与试件相同的补偿块上，R3、R4为固定电阻。

当温度变化时，R1、RB都发生变化，但由于R1、RB完全相同、工作环境相同，则由于温度产生的附加电阻变化，ΔR1、ΔRB符号、数值均相等，电桥仍平衡，故无输出。

现在是17页\一共有20页\编辑于星期日（四）应用举例

电阻应变片除可测量试件应力之外，还可制造成各种应变式传