应变基本知识-(NXPowerLite)教材课件

1 1应变基本知识及工作原理应变基本知识及工作原理 2 2应力和应变应力和应变一、应力一、应力一、应力一、应力 在施加的外力的影响下物体内部产在施加的外力的影响下物体内部产在施加的外力的影响下物体内部产在施加的外力的影响下物体内部产生的力生的力生的力生的力内力，其值定义为单位面积内力，其值定义为单位面积内力，其值定义为单位面积内力，其值定义为单位面积上的内力，单位为上的内力，单位为上的内力，单位为上的内力，单位为PaPa或或或或N/m2N/m2，记为：，记为：，记为：，记为：二、应变二、应变二、应变二、应变 试件被拉伸的时候会产生伸长变形试件被拉伸的时候会产生伸长变形试件被拉伸的时候会产生伸长变形试件被拉伸的时候会产生伸长变形ll，试件长度则变为，试件长度则变为，试件长度则变为，试件长度则变为l+ll+l。由伸长量。由伸长量。由伸长量。由伸长量l l 和和和和原长原长原长原长l l的比表示伸长率的比表示伸长率的比表示伸长率的比表示伸长率(或压缩率或压缩率或压缩率或压缩率)就叫做就叫做就叫做就叫做应变，记为应变，记为应变，记为应变，记为。3 3 应变表示的是伸长率应变表示的是伸长率应变表示的是伸长率应变表示的是伸长率(或压缩率或压缩率或压缩率或压缩率)，属于无量纲数，属于无量纲数，属于无量纲数，属于无量纲数，没有单位。由于量值很小，通常用没有单位。由于量值很小，通常用没有单位。由于量值很小，通常用没有单位。由于量值很小，通常用11011066 微应变微应变微应变微应变表表表表示，或简单地用示，或简单地用示，或简单地用示，或简单地用 表示。表示。表示。表示。应力和应变应力和应变 试件在被拉伸的时，直径为试件在被拉伸的时，直径为试件在被拉伸的时，直径为试件在被拉伸的时，直径为d d0 0 会产生会产生会产生会产生dd 的变形的变形的变形的变形时，直径方向的应变称为时，直径方向的应变称为时，直径方向的应变称为时，直径方向的应变称为横向应变横向应变横向应变横向应变(或径向应变或径向应变或径向应变或径向应变)。与外力同方向的伸长与外力同方向的伸长与外力同方向的伸长与外力同方向的伸长(或压缩或压缩或压缩或压缩)方向上的应变称为方向上的应变称为方向上的应变称为方向上的应变称为轴向轴向轴向轴向应变应变应变应变。轴向应变轴向应变轴向应变轴向应变与与与与横向应变横向应变横向应变横向应变的比称为的比称为的比称为的比称为泊松比泊松比泊松比泊松比，记为，记为，记为，记为 。每种材料都有确定的泊松比，且大部分材料的泊松比每种材料都有确定的泊松比，且大部分材料的泊松比每种材料都有确定的泊松比，且大部分材料的泊松比每种材料都有确定的泊松比，且大部分材料的泊松比都在都在都在都在0.3 0.3 左右。左右。左右。左右。三、虎克定律三、虎克定律三、虎克定律三、虎克定律 各种材料的单向应力应变关系可以通过虎克定各种材料的单向应力应变关系可以通过虎克定各种材料的单向应力应变关系可以通过虎克定各种材料的单向应力应变关系可以通过虎克定律表示：律表示：律表示：律表示：或或或或 应力与应变的比例常数应力与应变的比例常数应力与应变的比例常数应力与应变的比例常数E E 被称为被称为被称为被称为纵纵纵纵弹性系数弹性系数弹性系数弹性系数或或或或杨氏模量杨氏模量杨氏模量杨氏模量，不同的材料，不同的材料，不同的材料，不同的材料有其固定的杨氏模量。有其固定的杨氏模量。有其固定的杨氏模量。有其固定的杨氏模量。右右右右图图图图所所所所示示示示为为为为一一一一种种种种普普普普通通通通钢钢钢钢材材材材(低低低低碳碳碳碳钢钢钢钢)的的的的应应应应力力力力与与与与应应应应变变变变关关关关系系系系图图图图。应应应应力力力力与与与与应应应应变变变变成成成成直直直直线线线线关关关关系系系系的的的的范范范范围围围围内内内内虎虎虎虎克克克克定定定定律律律律成立，对应的最大应力称为成立，对应的最大应力称为成立，对应的最大应力称为成立，对应的最大应力称为比例极限比例极限比例极限比例极限。应力和应变应力和应变l 应变传感器是把应变传感器是把应变传感器是把应变传感器是把被测物的机械变形转换为电阻被测物的机械变形转换为电阻被测物的机械变形转换为电阻被测物的机械变形转换为电阻 变化变化变化变化的一种传感器的一种传感器的一种传感器的一种传感器l 按工作的原理可分为：按工作的原理可分为：按工作的原理可分为：按工作的原理可分为：电阻应变式、变阻器式、热敏式、光敏式、电电阻应变式、变阻器式、热敏式、光敏式、电电阻应变式、变阻器式、热敏式、光敏式、电电阻应变式、变阻器式、热敏式、光敏式、电敏式敏式敏式敏式.电阻应变式电阻应变式电阻应变式电阻应变式、变阻器式、热敏式、光敏式、电、变阻器式、热敏式、光敏式、电、变阻器式、热敏式、光敏式、电、变阻器式、热敏式、光敏式、电敏式敏式敏式敏式.应变传感器应变传感器 导体或半导体材料在外界力的作用下，会产导体或半导体材料在外界力的作用下，会产导体或半导体材料在外界力的作用下，会产导体或半导体材料在外界力的作用下，会产生机械变形，其电阻值也将随着发生变化，这种生机械变形，其电阻值也将随着发生变化，这种生机械变形，其电阻值也将随着发生变化，这种生机械变形，其电阻值也将随着发生变化，这种现象称为现象称为现象称为现象称为应变效应应变效应应变效应应变效应。l应变效应：应变效应：应变效应：应变效应：是是是是基于金属导体的应变效应基于金属导体的应变效应基于金属导体的应变效应基于金属导体的应变效应，即金属导体在，即金属导体在，即金属导体在，即金属导体在外力作用下发生机械变形时，其电阻值随着所受外力作用下发生机械变形时，其电阻值随着所受外力作用下发生机械变形时，其电阻值随着所受外力作用下发生机械变形时，其电阻值随着所受机械变形机械变形机械变形机械变形(伸长或缩短伸长或缩短伸长或缩短伸长或缩短)的变化而发生变化。的变化而发生变化。的变化而发生变化。的变化而发生变化。u 工作原理工作原理工作原理工作原理 电阻应变式传感器电阻应变式传感器u 种类与结构种类与结构种类与结构种类与结构半导体半导体半导体半导体应变片应变片应变片应变片金属电阻金属电阻金属电阻金属电阻应变片应变片应变片应变片金属丝金属丝金属丝金属丝式式式式应变片应变片应变片应变片箔式箔式箔式箔式应变片应变片应变片应变片金属薄膜金属薄膜金属薄膜金属薄膜应变片应变片应变片应变片扩散型扩散型扩散型扩散型应变片应变片应变片应变片外延型外延型外延型外延型应变片应变片应变片应变片薄膜型薄膜型薄膜型薄膜型应变片应变片应变片应变片电阻应变式传感器电阻应变式传感器8 8电阻式应变片电阻式应变片A.A.直流电桥直流电桥直流电桥直流电桥 由四个桥臂由四个桥臂由四个桥臂由四个桥臂R R1 1、R R2 2、R R3 3及及及及R R4 4和和和和一个供桥电源一个供桥电源一个供桥电源一个供桥电源U Ui i组成。组成。组成。组成。R R1 1R R2 2R R3 3R R4 4B BD DU Uo oU Ui iA AC C R RL LI Io on n 电路特点：电路特点：电路特点：电路特点：当被测量无变化，四桥臂满足一定的关系，输出为当被测量无变化，四桥臂满足一定的关系，输出为当被测量无变化，四桥臂满足一定的关系，输出为当被测量无变化，四桥臂满足一定的关系，输出为零；当被测量发生变化时，测量电桥平衡被破坏，有电零；当被测量发生变化时，测量电桥平衡被破坏，有电零；当被测量发生变化时，测量电桥平衡被破坏，有电零；当被测量发生变化时，测量电桥平衡被破坏，有电压输出。压输出。压输出。压输出。n n 电路组成电路组成电路组成电路组成其中，其中，其中，其中，R RL L为负载电阻为负载电阻为负载电阻为负载电阻 U Uo o为电桥输出电压。为电桥输出电压。为电桥输出电压。为电桥输出电压。电阻式应变片的测量转换电路电阻式应变片的测量转换电路A.A.直流电桥直流电桥直流电桥直流电桥a.a.a.a.电桥平衡条件电桥平衡条件电桥平衡条件电桥平衡条件R R1 1R R2 2R R3 3R R4 4B BD DU Uo oU Ui iA AC C R RL LI Io o当电桥平衡时当电桥平衡时当电桥平衡时当电桥平衡时,U Uo o=0,=0,则有：则有：则有：则有：R R1 1R R4 4=R R2 2R R3 3 欲使电桥平衡欲使电桥平衡欲使电桥平衡欲使电桥平衡,其相邻两臂电阻的比值应相等其相邻两臂电阻的比值应相等其相邻两臂电阻的比值应相等其相邻两臂电阻的比值应相等,或或或或相对两臂电阻的乘积相等。相对两臂电阻的乘积相等。相对两臂电阻的乘积相等。相对两臂电阻的乘积相等。电桥平衡条件电桥平衡条件电桥平衡条件电桥平衡条件结论：结论：结论：结论：或或或或电阻式应变片的测量转换电路电阻式应变片的测量转换电路R R1 1R R2 2R R3 3R R4 4B BD DU Uo oU Ui iA AC C R RL LI Io o（1 1）R R2 2,R R3 3,R R4 4为电桥固定电阻为电桥固定电阻为电桥固定电阻为电桥固定电阻这就构成了这就构成了这就构成了这就构成了单臂电桥单臂电桥单臂电桥单臂电桥。R R1 1为电阻应变片为电阻应变片为电阻应变片为电阻应变片电阻式应变片的测量转换电路电阻式应变片的测量转换电路（2 2）当）当）当）当R R1 1产生应变时产生应变时产生应变时产生应变时,若应若应若应若应变片电阻变化为变片电阻变化为变片电阻变化为变片电阻变化为RR1 1，其它，其它，其它，其它桥臂固定不变，桥臂固定不变，桥臂固定不变，桥臂固定不变，电桥输出电电桥输出电电桥输出电电桥输出电压压压压U Uo o00R R1 1R R2 2R R3 3R R4 4B BD DU Uo oU Ui iA AC C R RL LI Io o电桥不平衡输出电压为电桥不平衡输出电压为电桥不平衡输出电压为电桥不平衡输出电压为:设桥臂比设桥臂比设桥臂比设桥臂比n n=R R2 2/R R1 1考虑到平衡条件考虑到平衡条件考虑到平衡条件考虑到平衡条件R R2 2/R R1 1=R R4 4/R R3 3且且且且 R R1 1/R R1 1很小可忽略很小可忽略很小可忽略很小可忽略电阻式应变片的测量转换电路电阻式应变片的测量转换电路电桥电压灵敏度定义为：电桥电压灵敏度定义为：电桥电压灵敏度定义为：电桥电压灵敏度定义为：R R1 1R R2 2R R3 3R R4 4B BD DU Uo oU Ui iA AC C R RL LI Io o电桥不平衡输出电压为电桥不平衡输出电压为电桥不平衡输出电压为电桥不平衡输出电压为:电阻式应变片的测量转换电路电阻式应变片的测量转换电路 电桥电压灵敏度电桥电压灵敏度电桥电压灵敏度电桥电压灵敏度K=KK=K(n n)，恰当地选择桥臂比恰当地选择桥臂比恰当地选择桥臂比恰当地选择桥臂比n n 的的的的值，保证电桥具有较高的电压灵敏度。值，保证电桥具有较高的电压灵敏度。值，保证电桥具有较高的电压灵敏度。值，保证电桥具有较高的电压灵敏度。分析可知：分析可知：分析可知：分析可知：电桥电压灵敏度电桥电压灵敏度电桥电压灵敏度电桥电压灵敏度K K正比于电桥供电电压正比于电桥供电电压正比于电桥供电电压正比于电桥供电电压U Ui i 但供电电压但供电电压但供电电压但供电电压U Ui i的提高受到应变片允许功耗的限制，的提高受到应变片允许功耗的限制，的提高受到应变片允许功耗的限制，的提高受到应变片允许功耗的限制，所以要作适当选择所以要作适当选择所以要作适当选择所以要作适当选择;U Ui i K K 电阻式应变片的测量转换电路电阻式应变片的测量转换电路1515 在桥臂四个电阻在桥臂四个电阻在桥臂四个电阻在桥臂四个电阻R1R1、R2R2、R3R3、R4R4中，当使用中，当使用中，当使用中，当使用一个应变片一个应变片一个应变片一个应变片R R 代替一个电阻组成单桥时，电阻的相代替一个电阻组成单桥时，电阻的相代替一个电阻组成单桥时，电阻的相代替一个电阻组成单桥时，电阻的相对变化率对变化率对变化率对变化率E=E=R RR R；使用二个应变片代替两个电使用二个应变片代替两个电使用二个应变片代替两个电使用二个应变片代替两个电阻组成半桥差动状态时，有阻组成半桥差动状态时，有阻组成半桥差动状态时，有阻组成半桥差动状态时，有E=2 E=2 R RR R；当使用；当使用；当使用；当使用四个应变片代替四个电阻组成全桥两个差动对工作，四个应变片代替四个电阻组成全桥两个差动对工作，四个应变片代替四个电阻组成全桥两个差动对工作，四个应变片代替四个电阻组成全桥两个差动对工作，且且且且R1R1R2R2R3R3R4R4R R 时，电阻的相对变化率时，电阻的相对变化率时，电阻的相对变化率时，电阻的相对变化率E=E=4 4 R RR R。电阻式应变片的测量转换电路电阻式应变片的测量转换电路1616 由此可见，使用的应变片越多，其电阻的变化率越由此可见，使用的应变片越多，其电阻的变化率越由此可见，使用的应变片越多，其电阻的变化率越由此可见，使用的应变片越多，其电阻的变化率越大，电路中某两点电位差变化越大。所以，单桥，半桥，大，电路中某两点电位差变化越大。所以，单桥，半桥，大，电路中某两点电位差变化越大。所以，单桥，半桥，大，电路中某两点电位差变化越大。所以，单桥，半桥，全桥电路的灵敏度依次增大。全桥电路的灵敏度依次增大。全桥电路的灵敏度依次增大。全桥电路的灵敏度依次增大。电阻式应变片的测量转换电路电阻式应变片的测量转换电路理想值理想值理想值理想值实际值实际值实际值实际值 非线性误差非线性误差非线性误差非线性误差如果是四等臂电桥如果是四等臂电桥如果是四等臂电桥如果是四等臂电桥,R R1 1=R R2 2=R R3 3=R R4 4,则则则则非线性误差及其补偿方法非线性误差及其补偿方法 对于一般应变片来说，所受应变对于一般应变片来说，所受应变对于一般应变片来说，所受应变对于一般应变片来说，所受应变 通常在通常在通常在通常在510510-3-3以下。以下。以下。以下。（1 1）若取）若取）若取）若取K K=2,=2,则则则则 R R1 1/R R1 1=K K=0.01,=0.01,代入上式计算得代入上式计算得代入上式计算得代入上式计算得非线性误差为非线性误差为非线性误差为非线性误差为0.5%;0.5%;（2 2）若）若）若）若K K=130,=1=130,=10 0-3-3时时时时,R R1 1/R R1 1=0.130,=0.130,则得到非则得到非则得到非则得到非线性误差为线性误差为线性误差为线性误差为6%6%。结论：结论：结论：结论：K K较小时，能非线性误差满足测量要求；当较小时，能非线性误差满足测量要求；当较小时，能非线性误差满足测量要求；当较小时，能非线性误差满足测量要求；当K K 到某值时，非线性误差已不能满足测量要求。到某值时，非线性误差已不能满足测量要求。到某值时，非线性误差已不能满足测量要求。到某值时，非线性误差已不能满足测量要求。利用利用利用利用和和和和两式，有：两式，有：两式，有：两式，有：非线性误差及其补偿方法非线性误差及其补偿方法解决办法：解决办法：解决办法：解决办法：差动电桥差动电桥差动电桥差动电桥即：在试件上安装两个工作应变片即：在试件上安装两个工作应变片即：在试件上安装两个工作应变片即：在试件上安装两个工作应变片,一个一个一个一个受拉应变受拉应变受拉应变受拉应变,一一一一个个个个受压应变受压应变受压应变受压应变,接入电桥接入电桥接入电桥接入电桥相邻桥臂相邻桥臂相邻桥臂相邻桥臂,称为半桥差动电路。称为半桥差动电路。称为半桥差动电路。称为半桥差动电路。测量测量测量测量R R1 1R R2 2R R4 4R R3 3a ab bU Uo oU Ui i测量测量测量测量半桥式（半桥式（半桥式（半桥式（双臂工双臂工双臂工双臂工 作作作作）呈线性关系呈线性关系呈线性关系呈线性关系 无非线性误差无非线性误差无非线性误差无非线性误差电桥电压灵敏度电桥电压灵敏度电桥电压灵敏度电桥电压灵敏度K K=U Ui i/2,/2,比单臂工作时提高一倍比单臂工作时提高一倍比单臂工作时提高一倍比单臂工作时提高一倍结论：结论：结论：结论：非线性误差及其补偿方法非线性误差及其补偿方法 当当当当环境温度升高环境温度升高环境温度升高环境温度升高时，时，时，时，温度补偿原理温度补偿原理R R1 1R R2 2R R3 3R R4 4B BD DU Uo oU Ui iA AC C R RL LI Io o因：因：因：因：桥臂上的应变片温度桥臂上的应变片温度桥臂上的应变片温度桥臂上的应变片温度同时升高同时升高同时升高同时升高，温度引起的电阻值漂移数值一致，温度引起的电阻值漂移数值一致，温度引起的电阻值漂移数值一致，温度引起的电阻值漂移数值一致，可以相互抵消。可以相互抵消。可以相互抵消。可以相互抵消。则：则：则：则：半桥的温漂较小半桥的温漂较小半桥的温漂较小半桥的温漂较小非线性误差及其补偿方法非线性误差及其补偿方法 若将电桥四臂接入四片应变片若将电桥四臂接入四片应变片若将电桥四臂接入四片应变片若将电桥四臂接入四片应变片,如图如图如图如图 所示所示所示所示,即两即两即两即两个受拉应变个受拉应变个受拉应变个受拉应变,两个受压应变两个受压应变两个受压应变两个受压应变,将两个应变符号相同的将两个应变符号相同的将两个应变符号相同的将两个应变符号相同的接入相对桥臂上接入相对桥臂上接入相对桥臂上接入相对桥臂上,构成构成构成构成全桥差动电路全桥差动电路全桥差动电路全桥差动电路。R R1 1R R2 2R R4 4R R3 3a ab bU Uo oU Ui i测量测量测量测量测量测量测量测量测量测量测量测量测量测量测量测量全桥式（全桥式（全桥式（全桥式（四臂工作四臂工作四臂工作四臂工作）假设应变片灵敏度相同，其输出假设应变片灵敏度相同，其输出假设应变片灵敏度相同，其输出假设应变片灵敏度相同，其输出电压为电压为电压为电压为推广：推广：推广：推广：非线性误差及其补偿方法非线性误差及其补偿方法R R1 1R R2 2R R4 4R R3 3a ab bU Uo oU Ui i测量测量测量测量测量测量测量测量测量测量测量测量测量测量测量测量全桥式（全桥式（全桥式（全桥式（四臂工作四臂工作四臂工作四臂工作）若若若若 R R1 1=R R2 2=R R3 3=R R4 4,且且且且R R1 1=R R2 2=R R3 3=R R4 4,则则则则 此时全桥差动电路此时全桥差动电路此时全桥差动电路此时全桥差动电路不仅没有非线性误差不仅没有非线性误差不仅没有非线性误差不仅没有非线性误差,而且电而且电而且电而且电压压压压灵敏度是单片的灵敏度是单片的灵敏度是单片的灵敏度是单片的 4 4 倍倍倍倍,同时仍同时仍同时仍同时仍具有温度补偿作用具有温度补偿作用具有温度补偿作用具有温度补偿作用。单臂：单臂：单臂：单臂：半臂：半臂：半臂：半臂：非线性误差及其补偿方法非线性误差及其补偿方法l l 应变片应变片应变片应变片R R1 1工作时工作时工作时工作时,其电阻值变化很小，即：其电阻值变化很小，即：其电阻值变化很小，即：其电阻值变化很小，即：R R1 1很小很小很小很小l l 电桥相应输出电压也很小，即：电桥相应输出电压也很小，即：电桥相应输出电压也很小，即：电桥相应输出电压也很小，即：U Uo o很小，很小，很小，很小，所以，一般需要所以，一般需要所以，一般需要所以，一般需要加入放大器放大加入放大器放大加入放大器放大加入放大器放大放大器放大器放大器放大器R R1 1R R2 2R R3 3R R4 4B BD DU Uo oU Ui iA AC C R RL LI Io ol l 存在零点漂移存在零点漂移存在零点漂移存在零点漂移直流电桥存在的不足直流电桥存在的不足 根据直流电桥分析可知根据直流电桥分析可知根据直流电桥分析可知根据直流电桥分析可知,由于应变电桥输出电由于应变电桥输出电由于应变电桥输出电由于应变电桥输出电压很小压很小压很小压很小,一般都要加放大器一般都要加放大器一般都要加放大器一般都要加放大器,而而而而直流放大器易于产生直流放大器易于产生直流放大器易于产生直流放大器易于产生零漂零漂零漂零漂,因此应变电桥多采用交流电桥因此应变电桥多采用交流电桥因此应变电桥多采用交流电桥因此应变电桥多采用交流电桥。R R1 1R R2 2R R3 3R R4 4B BD DA AC C R RL LI Io o C C1 1C C2 2 由于供桥电源为交流电由于供桥电源为交流电由于供桥电源为交流电由于供桥电源为交流电源源源源,引线分布电容使得引线分布电容使得引线分布电容使得引线分布电容使得桥臂桥臂桥臂桥臂应变片呈现复阻抗特性应变片呈现复阻抗特性应变片呈现复阻抗特性应变片呈现复阻抗特性。即相当于二只应变片各并联即相当于二只应变片各并联即相当于二只应变片各并联即相当于二只应变片各并联了一个电容了一个电容了一个电容了一个电容,则每一桥臂上则每一桥臂上则每一桥臂上则每一桥臂上复阻抗分别为：复阻抗分别为：复阻抗分别为：复阻抗分别为：Z Z1 1Z Z2 2Z Z3 3Z Z4 4B BD DA AC C R RL LI Io o a.a.a.a.电路特点电路特点电路特点电路特点电阻式应变片的测量转换电路电阻式应变片的测量转换电路由交流电路分析可得由交流电路分析可得由交流电路分析可得由交流电路分析可得要满足电桥平衡条件要满足电桥平衡条件要满足电桥平衡条件要满足电桥平衡条件,即即即即U Uo o=0,=0,则有则有则有则有Z Z1 1 Z Z4 4=Z Z2 2 Z Z3 3R R1 1R R2 2R R3 3R R4 4B BD DA AC C R RL LI Io o C C1 1C C2 2平衡条件平衡条件平衡条件平衡条件 其实部、其实部、其实部、其实部、虚部分别相等虚部分别相等虚部分别相等虚部分别相等,并整理可得并整理可得并整理可得并整理可得:电阻式应变片的测量转换电路电阻式应变片的测量转换电路R R1 1R R2 2R R3 3R R4 4B BD DA AC C R RL LI Io o C C1 1C C2 2电阻平衡条件电阻平衡条件电阻平衡条件电阻平衡条件电容平衡条件电容平衡条件电容平衡条件电容平衡条件交流电桥的平衡条件交流电桥的平衡条件交流电桥的平衡条件交流电桥的平衡条件:其实部、其实部、其实部、其实部、虚部分别相虚部分别相虚部分别相虚部分别相等等等等,并整理可得并整理可得并整理可得并整理可得:即即即即要要要要满满满满足足足足电电电电阻阻阻阻平平平平衡衡衡衡条条条条件件件件，还还还还要要要要满满满满足足足足电电电电容平衡条件容平衡条件容平衡条件容平衡条件。电阻式应变片的测量转换电路电阻式应变片的测量转换电路A.A.温度影响温度影响温度影响温度影响将应变片安装在自由膨胀的构件上，无外力作用，将应变片安装在自由膨胀的构件上，无外力作用，将应变片安装在自由膨胀的构件上，无外力作用，将应变片安装在自由膨胀的构件上，无外力作用，当环境温度变化时，则输出一定的指示应变，称为当环境温度变化时，则输出一定的指示应变，称为当环境温度变化时，则输出一定的指示应变，称为当环境温度变化时，则输出一定的指示应变，称为热热热热输出输出输出输出，用，用，用，用 表示。表示。表示。表示。产生原因：产生原因：产生原因：产生原因：1 1）由于温度变化，敏感栅材料的电阻率发生变）由于温度变化，敏感栅材料的电阻率发生变）由于温度变化，敏感栅材料的电阻率发生变）由于温度变化，敏感栅材料的电阻率发生变化（温度效应）；化（温度效应）；化（温度效应）；化（温度效应）；2 2）敏感栅材料与被测构件材料之间的线膨胀系）敏感栅材料与被测构件材料之间的线膨胀系）敏感栅材料与被测构件材料之间的线膨胀系）敏感栅材料与被测构件材料之间的线膨胀系数不同。数不同。数不同。数不同。主要影响因素主要影响因素式中：式中：式中：式中：敏感栅材料的电阻温度系数；敏感栅材料的电阻温度系数；敏感栅材料的电阻温度系数；敏感栅材料的电阻温度系数；被测材料的线膨胀系数。被测材料的线膨胀系数。被测材料的线膨胀系数。被测材料的线膨胀系数。敏感栅材料的线膨胀系数；敏感栅材料的线膨胀系数；敏感栅材料的线膨胀系数；敏感栅材料的线膨胀系数；设温度变化为，且应变片的灵敏度设温度变化为，且应变片的灵敏度设温度变化为，且应变片的灵敏度设温度变化为，且应变片的灵敏度 随温随温随温随温度变化可略去，则应变片的热输出度变化可略去，则应变片的热输出度变化可略去，则应变片的热输出度变化可略去，则应变片的热输出 为为为为说明：说明：说明：说明：我们不希望测量中夹有温度影响所产生的附我们不希望测量中夹有温度影响所产生的附我们不希望测量中夹有温度影响所产生的附我们不希望测量中夹有温度影响所产生的附加应变，而仅仅反映测试件的真实应变。加应变，而仅仅反映测试件的真实应变。加应变，而仅仅反映测试件的真实应变。加应变，而仅仅反映测试件的真实应变。主要影响因素主要影响因素通过调整通过调整通过调整通过调整 t t就可以使由温度引起的应变为零。此时：就可以使由温度引起的应变为零。此时：就可以使由温度引起的应变为零。此时：就可以使由温度引起的应变为零。此时：解决办法解决办法解决办法解决办法一：一：一：一：差动电桥差动电桥差动电桥差动电桥二：二：二：二：自补偿自补偿自补偿自补偿在应变片的制作过程中可以通过热处理对在应变片的制作过程中可以通过热处理对在应变片的制作过程中可以通过热处理对在应变片的制作过程中可以通过热处理对 t t的的的的值进行控制，而且它是与值进行控制，而且它是与值进行控制，而且它是与值进行控制，而且它是与特定的被测物特定的被测物特定的被测物特定的被测物的热膨胀系的热膨胀系的热膨胀系的热膨胀系数数数数e e e e 相对应的，如果用在不适用的被测物时，不相对应的，如果用在不适用的被测物时，不相对应的，如果用在不适用的被测物时，不相对应的，如果用在不适用的被测物时，不仅不会补偿温度引起的应变还会引起较大的测量误仅不会补偿温度引起的应变还会引起较大的测量误仅不会补偿温度引起的应变还会引起较大的测量误仅不会补偿温度引起的应变还会引起较大的测量误差。差。差。差。主要影响因素主要影响因素B.B.长导线影响长导线影响长导线影响长导线影响长导线由于本身存在电阻，导致电桥难以平衡，长导线由于本身存在电阻，导致电桥难以平衡，长导线由于本身存在电阻，导致电桥难以平衡，长导线由于本身存在电阻，导致电桥难以平衡，对于半桥、全桥接法不存在此问题，但对于单臂接法对于半桥、全桥接法不存在此问题，但对于单臂接法对于半桥、全桥接法不存在此问题，但对于单臂接法对于半桥、全桥接法不存在此问题，但对于单臂接法时，就不得不考虑此问题。时，就不得不考虑此问题。时，就不得不考虑此问题。时，就不得不考虑此问题。应变片应变片应变片应变片导线导线导线导线主要影响因素主要影响因素解决方案解决方案解决方案解决方案采用采用采用采用3 3 3 3 线联接法。如图所示，在应变片导线的线联接法。如图所示，在应变片导线的线联接法。如图所示，在应变片导线的线联接法。如图所示，在应变片导线的一根上再联上一根导线，用一根上再联上一根导线，用一根上再联上一根导线，用一根上再联上一根导线，用3 3根导线使桥路变长。根导线使桥路变长。根导线使桥路变长。根导线使桥路变长。这种联接方式与双线式不同的地方是导线的电阻这种联接方式与双线式不同的地方是导线的电阻分别由电桥的相邻两边所分担。图中，导线电阻分别由电桥的相邻两边所分担。图中，导线电阻r1r1串串联入了应变片电阻联入了应变片电阻RgRg，r2r2串联入了串联入了R2R2，r3r3成为电桥的成为电桥的输出端。这样，就几乎不会产生什么影响了。输出端。这样，就几乎不会产生什么影响了。主要影响因素主要影响因素敏感栅型式敏感栅型式单轴应变片单轴应变片敏感栅只有一根轴线。敏感栅只有一根轴线。用于测量用于测量单向应变单向应变。应变花：应变花：双轴双轴二轴二轴三轴三轴三轴三轴用于测量用于测量平面应力状态平面应力状态。应变花测量应变花测量一、电阻应变片的选择一、电阻应变片的选择1 1、测试环境测试环境：温度、湿度、磁场：温度、湿度、磁场2 2、应变性质：应变性质：静态应变静态应变选择横向效应小的应变片选择横向效应小的应变片 动态应变动态应变选择疲劳寿命好的应变片选择疲劳寿命好的应变片3 3、应变梯度应变梯度 应变场均匀应变场均匀对应变片栅长没要求，对应变片栅长没要求，可选栅长大的应变片，容易粘贴可选栅长大的应变片，容易粘贴 应变梯度变化大应变梯度变化大选栅长小的应变片选栅长小的应变片4 4、应变片自身应变片自身：有无气泡、霉斑、锈点等缺陷，阻值有无气泡、霉斑、锈点等缺陷，阻值 在在12021202，自补偿，自补偿应变片的适用性。应变片的适用性。电阻应变片常规使用技术电阻应变片常规使用技术二、应变片的粘贴二、应变片的粘贴1 1、检查和分选应变片；检查和分选应变片；2 2、粘贴表面的预处理；粘贴表面的预处理；4 4、粘贴表面再处理；粘贴表面再处理；5 5、贴片；贴片；6 6、测量导线的焊接与固定；测量导线的焊接与固定；7 7、检查。检查。3 3、确定粘贴位置；确定粘贴位置；电阻应变片常规使用技术电阻应变片常规使用技术 1 1）选择合适的仪器并进行准确的标定。）选择合适的仪器并进行准确的标定。2 2）消除导线电阻引起的影响。）消除导线电阻引起的影响。3 3）减少读数漂移。）减少读数漂移。4 4）补偿温度影响。）补偿温度影响。5 5）减少贴片误差。）减少贴片误差。6 6）力求应变片实际工作条件和额定条件一致。）力求应变片实际工作条件和额定条件一致。7 7）排除现场的电磁干扰。）排除现场的电磁干扰。提高应变测量精度的措施提高应变测量精度的措施