二、1、应变片的构造与种类 单线片甚 出线 图2-7 丝式 图2-8 应变片的构造一般由敏感栅、粘结剂、覆盖层、基底和引出线五部分组成（见图2 一7)敏感栅由具有高电阻率的细金属丝或箔（如康铜、镍铬等）加工成栅状，用粘结剂 牢固地将敏感栅固定在覆盖层与基底之间。在敏感栅的两端焊有用铜丝制成的引线，用 于与测量导线连接。基底和覆盖层通常用胶膜制成，它们的作用是固定和保护敏感栅】 当应变片被粘贴在试件表面之后，由基底将试件的变形传递给敏感栅，并在试件与敏感 栅之间起绝缘作用。 应变片的种类很多，常用的常温应变片有金属丝式应变片和金属箔式应变片（见图 2一8)其中以箔式应变片应用最广。 2、电阻应变片的工作原理 如果将电阻值为R的应变片牢固地粘贴在构件表面被测部位，当该部位沿应变片敏 感栅的轴线方向产生应变ε时，应变片亦随之变形。其电阻产生一个变化量△R。实验表 明，在一定范围内，应变片的电阻变化率△R/R与应变e成正比，即 0=K·E 式中K为应变片的灵敏系数，与敏感栅的尺寸、形状及电阻变化率等有关，一般由 生产厂家标定好，其值在2.0左右。 由上式得知，只要则出应变片的申阴变化率△R/R,即可确定试件的应变 3、电阻应变花 应变花是一种多轴式应变片，是由两片或会片单个的应变片按一定角度组合而成（见 图2一9)，具体做法是在同一基底上，按特殊角度布置了几个敏感栅，可测量同一点几 个方向的应变，它用于测定复杂应力状态下某点的主应变大小和方向。 45°应变花 90°应变花 120°应变花 图2-9
11 二、1、应变片的构造与种类 应变片的构造一般由敏感栅、粘结剂、覆盖层、基底和引出线五部分组成（见图 2 —7）敏感栅由具有高电阻率的细金属丝或箔（如康铜、镍铬等）加工成栅状，用粘结剂 牢固地将敏感栅固定在覆盖层与基底之间。在敏感栅的两端焊有用铜丝制成的引线，用 于与测量导线连接。基底和覆盖层通常用胶膜制成，它们的作用是固定和保护敏感栅， 当应变片被粘贴在试件表面之后，由基底将试件的变形传递给敏感栅，并在试件与敏感 栅之间起绝缘作用。 应变片的种类很多，常用的常温应变片有金属丝式应变片和金属箔式应变片（见图 2—8）其中以箔式应变片应用最广。 2、电阻应变片的工作原理 如果将电阻值为 R 的应变片牢固地粘贴在构件表面被测部位，当该部位沿应变片敏 感栅的轴线方向产生应变ε时，应变片亦随之变形。其电阻产生一个变化量ΔR。实验表 明，在一定范围内，应变片的电阻变化率ΔR/R 与应变ε成正比，即 = R R K 式中 K 为应变片的灵敏系数，与敏感栅的尺寸、形状及电阻变化率等有关，一般由 生产厂家标定好，其值在 2.0 左右。 由上式得知，只要测出应变片的电阻变化率ΔR/R，即可确定试件的应变ε 3、电阻应变花 应变花是一种多轴式应变片，是由两片或叁片单个的应变片按一定角度组合而成（见 图 2—9），具体做法是在同一基底上，按特殊角度布置了几个敏感栅，可测量同一点几 个方向的应变，它用于测定复杂应力状态下某点的主应变大小和方向。 450 应变花 900 应变花 1200 应变花 图 2—9
二.电阻应变仪 电阻应变仪是测量微小应变的精密仪器。其工作原理是利用粘贴在构件上的电阻应 变片随同构件一起变形而引起其电阻的改变，通过测量电阻的改变量得到粘贴部位的应 变。一般构件的应变是很微小的，要直接测量相应的电阻改变量是很困难的。为此采取 电桥把应变片感受到的微小电阻变化转换电压信号，然后将此信号输入放大器进行放大， 再把放大后的信号用应变表示出来。 电阻应变仪的主要作用是配合电阻应变片组成电桥，并对电桥的输出信号进行放大、 标定，以便直接读出应变数值。 电阻应变仪的种类、型号很多，按测量应变的频率可分为：静态电阻应变仪、静动 态电阻应变仪，动态电阻应变仪、超动态电阻应变仪等。按供桥电源可分为：直流电桥 应变仪和交流电桥应变仪。 下面介绍我室目前使用的TS3860型静态电阻应变仪。该仪器采用直流电桥，将输出 电压的微弱信号进行放大处理，再经过A/D转换器转化为数字量，经过标定，可直接由 显示屏读出应变。（注意：应变仪上读出的应变为微应变，1个微应变等于10的负6次 方应变，即1μe=10e)其原理框图如图2一10所示。 R 直 桥源 稳压电源上二220V 图2一10应变仪原理框图 三、电桥 1、测量电桥的工作原理 应变仪的核心部分是电桥。电桥采用惠斯登电桥， 其工作原理如图2一11所示。电阻R、R2、R、R组成电 A 桥的四个桥臂，A、C、和B、D分别为电桥的输入端和输 出端。输入端电压为E,应变电桥的输出端总是接在放 大器的输入端，而放大器的输入阻抗很高。因此电压的 输出端可以看成是开路的。其输出电压为： - URD=E RR-RR (2-1) E电源 (R+R2XR3 +R) 当四个桥臂上的电阻产生微小的改变量△R.、△R. 图2一11电桥
12 二．电阻应变仪 电阻应变仪是测量微小应变的精密仪器。其工作原理是利用粘贴在构件上的电阻应 变片随同构件一起变形而引起其电阻的改变，通过测量电阻的改变量得到粘贴部位的应 变。一般构件的应变是很微小的，要直接测量相应的电阻改变量是很困难的。为此采取 电桥把应变片感受到的微小电阻变化转换电压信号，然后将此信号输入放大器进行放大， 再把放大后的信号用应变表示出来。 电阻应变仪的主要作用是配合电阻应变片组成电桥，并对电桥的输出信号进行放大、 标定，以便直接读出应变数值。 电阻应变仪的种类、型号很多，按测量应变的频率可分为：静态电阻应变仪、静动 态电阻应变仪，动态电阻应变仪、超动态电阻应变仪等。按供桥电源可分为：直流电桥 应变仪和交流电桥应变仪。 下面介绍我室目前使用的 TS3860 型静态电阻应变仪。该仪器采用直流电桥，将输出 电压的微弱信号进行放大处理，再经过 A/D 转换器转化为数字量，经过标定，可直接由 显示屏读出应变。（注意：应变仪上读出的应变为微应变，1 个微应变等于 10 的负 6 次 方应变，即 1με＝10-6ε）其原理框图如图 2—10 所示。 图 2—10 应变仪原理框图 三、电桥 1、测量电桥的工作原理 应变仪的核心部分是电桥。电桥采用惠斯登电桥， 其工作原理如图 2—11 所示。电阻 R1、R2、R3、R4 组成电 桥的四个桥臂，A、C、和 B、D 分别为电桥的输入端和输 出端。输入端电压为 E，应变电桥的输出端总是接在放 大器的输入端，而放大器的输入阻抗很高。因此电压的 输出端可以看成是开路的。其输出电压为： ( )( ) 1 2 3 4 1 3 2 4 R R R R R R R R UBD E + + − = （2—1） 当四个桥臂上的电阻产生微小的改变量ΔR1、ΔR2、 图 2—11 电桥
·△R、△R.时，B、D间的电压输出也产生改变量 AUm-ERAR,+RAR-R:AR.-R.AR: (2-2) (R+RXR+R) 若四个桥臂接上电阻值和灵敏系数K均相同的电阻应变片，即 R=R2=R3=R4=R时， 则 △UBD= R-A+A-△R (2-3) 4RR2 Rs R 由于 AR=K6 则式(2一3)变为 w。-华G-6+5- (2-4) 应变仪的输出应变为 E仪= 4A0D=(6-62+6-64） KE (2-5) 上式表明： (1)两相邻桥臂上应变片的应变增量同号时（即同为拉应变或同为压应变），则输 出应变为两者相之差：异号时为两者之和。 (2)两相对桥臂上应变片的应变增量同号时（即同为拉应变或同为压应变），则输 出应变为两者之和：异号时为两者之差。 利用上述特性，不仅可以进行温度补偿，增大读数应变，提高测量的灵敏度，还可 以测出在复杂应力状态下单独由某种内力因素产生的应变（详见弯扭组合试验）。具体如 何实现，请同学们在电测线路联接中实践，以加深印象。 2、温度补偿和温度补偿片 贴有应变片的构件总是处于某一温度场中，当温度变化时，应变片敏感栅的电阻会发生 变化。另外，由于电阻丝栅的线膨胀系数与构件的线膨胀系数不一定相同，温度改变时， 应变片也会产生附加应变。显然，这些都是虚假应变，应当排除。排除的措施叫温度补 偿。补偿的办法是：用另一片相同的应变作为补偿片，把它贴在与被测构件材料相同但 不受力的试件上。将该试件与被测构件放在一起，使它们处于同一温度场中。贴在被测 构件上的应变片叫工作片。在电桥连接上，使工作片和补偿片处于相邻桥臂中，由于相 邻桥臂应变读数为两者之差，这样温度的变化并不会造成电桥输出电压的变化，也就是 不会造成读数应变的变化（因为相邻桥臂应变读数为两者之差）。这样便自动消了除了温 度效应的影响。应当注意的是：工作片和温度补偿片都是相同的应变片，它们的阻值 灵敏系数和电阻温度系数都应基本相同，也就是同一包或同一批次的应变片，它们感应 温度的效应基本相同，这样才能达到消除温度应变的影响。当然补偿片也可贴在 13
13 、ΔR3、ΔR4、时，B、D 间的电压输出也产生改变量 ( )( ) 1 2 3 4 1 3 3 1 2 4 4 2 R R R R R R R R R R R R UBD E + + + − − = （2—2） 若 四 个 桥 臂 接 上 电 阻 值 和 灵 敏 系 数 K 均 相 同 的 电 阻 应 变 片 ， 即 R1 = R2 = R3 = R4 = R 时， 则 − + − = 4 4 3 3 2 2 1 1 4 R R R R R R R E R UBD (2—3) 由于 K R R = 则式（2—3）变为 ( ) 4 1 2 3 4 = − + − KE UBD （2—4） 应变仪的输出应变为 ( ) 4 1 2 3 4 = − + − = KE UBD 仪 （2－5） 上式表明： （1）两相邻桥臂上应变片的应变增量同号时（即同为拉应变或同为压应变），则输 出应变为两者相之差；异号时为两者之和。 （2）两相对桥臂上应变片的应变增量同号时（即同为拉应变或同为压应变），则输 出应变为两者之和；异号时为两者之差。 利用上述特性，不仅可以进行温度补偿，增大读数应变，提高测量的灵敏度，还可 以测出在复杂应力状态下单独由某种内力因素产生的应变（详见弯扭组合试验）。具体如 何实现，请同学们在电测线路联接中实践，以加深印象。 2、温度补偿和温度补偿片 贴有应变片的构件总是处于某一温度场中，当温度变化时，应变片敏感栅的电阻会发生 变化。另外，由于电阻丝栅的线膨胀系数与构件的线膨胀系数不一定相同，温度改变时， 应变片也会产生附加应变。显然，这些都是虚假应变，应当排除。排除的措施叫温度补 偿。补偿的办法是；用另一片相同的应变作为补偿片，把它贴在与被测构件材料相同但 不受力的试件上。将该试件与被测构件放在一起，使它们处于同一温度场中。贴在被测 构件上的应变片叫工作片。在电桥连接上，使工作片和补偿片处于相邻桥臂中，由于相 邻桥臂应变读数为两者之差，这样温度的变化并不会造成电桥输出电压的变化，也就是 不会造成读数应变的变化（因为相邻桥臂应变读数为两者之差）。这样便自动消了除了温 度效应的影响。应当注意的是：工作片和温度补偿片都是相同的应变片，它们的阻值、 灵敏系数和电阻温度系数都应基本相同，也就是同一包或同一批次的应变片，它们感应 温度的效应基本相同，这样才能达到消除温度应变的影响。当然补偿片也可贴在