应变片的工作原理.doc

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 1（f△ 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女口果 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+ △ 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RiO— Y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,或 0 二一E)迟联入方式如图9 ( b )所示时,=_ ・ K (十 )百'4 也就是说当联入两枚应变片时，根据联入方式的不同，两枚应变片上产生的应变或加或减图 9 半桥： (a) 邻边和 (b) 对边。