应变片的工作原理

1、应变片的工作原理将应变片贴在被测定物上，使其随着被测定物的应变一起伸缩，这样里面的金属箔材就随着应变伸长 或缩短。很多金属在机械性地伸长或缩短时其电阻会随之变化。应变片就是应用这个原理，通过测量 电阻的变化而对应变进行测定。一般应变片的敏感栅使用的是铜铬合金，其电阻变化率为常数，与应 变成正比例关系。即 R/R= KX在这里R :应变片的原电阻值Q R:伸长或压缩所引起的电阻变化QK :比例常数（应变片常数）：应变不同的金属材料有不同的比例常数K。铜铬合金的K值约为2。这样，应变的测量就通过应变片转换为对电阻变化的测量。但是由于应变是相当微小的变化，所以产生的电阻变化也是极其微小的。例如 我们

2、来计算1000X 10 -6的应变产生的电阻的变化。应变片的电阻值一般来说是 120欧姆，即 R/120=2 X 1000 X 103 R=120 X 2 X 1000 X 1-06= 0.24 Q电阻变化率为 R/R=0.24/120=0.002 f 0.2%要精确地测量这么微小的电阻变化是非常困难的，一般的电阻计无法达到要求。 为了对这种微小电阻变化进行测量，我们使用带有韦斯通电桥回路的专用应变测量仪。应变片本身的追随能力可以达到数百kHz，通过组合的测定装置可以对冲击现象进行测量。 行驶中的车辆，飞行中的飞机等各部位的变 动应力可以通过应变片和测定装置进行初步的测量。测量电路：惠斯通电桥

3、惠斯通电桥适用于检测电阻的微小变化，应变片的电阻变化也可以用这个电路来测量。如图5所示, 惠斯通电桥由四个电阻组合而成如果输入R1 =R2 =R3 =R4或 R1X R2 =R3X R4则无论输入多大电压，输岀电压 e总为0，这种状态称为平衡状态。如果平衡被破坏，就会产生与电 阻变化相对应的输岀电压。如图 6所示，将这个电路中的 R1用应变片相连，有应变产生时，记应 变片电阻的变化量为 AR,则输岀电压e的计算公式如下所示。e=(1/4)*( R/R)*E 即 e =(1/4)*K* *E上式中除了 均为已知量，所以如果测岀电桥的输岀电压就可以计算岀应变的大小。上例电路中只联入了一枚应变片，所

4、以称为单一应变片法(1/4桥)。除此之外，还有双应变片半桥法及四应变片 全桥法。如图7所示，在电桥中联入了四枚应变片(全桥)。四应变片法是桥路的四边全部联入应变片，在一般的应变测量中不经常使用，但常用于应变片式的变换器中。如图7所示，当四条边上的应变片的电阻分别引起如 R1+A R1 ，R2+A R2，R3+A R3，R4+A R4 的变化时若四枚应变片完全相同，比例常数为K,且应变分别为 1, 2, 3,。则上面的式子可写成下面的形式。也就是说，应变测量时， 邻臂上的应变相减，对臂上的应变相加图7图8如图8所示，四边的电阻中只有 R1用应变片相连时，所以输岀电压可写成:e=(1/4)*( R1/R1)*E 即 e =(1/4)*K* *E一般的应变测量大部分都使用单应变片法。如图9所示，在电桥中联入了两枚应变片，共有两种联入方法，即半桥邻边法（a）和半桥对边法（b）四条边中有两条边的电阻发生变化，根据上面的四应变片法的输岀电压式可得， 联入方式如图9 （a ）所示时，冃厅誥F或“汕可-訴联入方式如图9 （ b