检测技术基础3周-应变片共61页文档

实验一金属箔式应变片——单臂电桥性能实验一、实验目的了解金属箔式应变片的应变效应及单臂电桥工作原理和性能。

二、基本原理电阻丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值发生变化，这就是电阻应变效应。

描述电阻应变效应的关系式为：ΔR／R＝Kε式中：ΔR／R 为电阻丝电阻相对变化，K 为应变灵敏系数，ε=ΔL/L为电阻丝长度相对变化。

金属箔式应变片就是通过光刻、腐蚀等工艺制成的应变敏感元件，通过它反映被测部位受力状态的变化。

电桥的作用是完成电阻到电压的比例变化，电桥的输出电压反映了相应的受力状态。

单臂电桥输出电压Uo1= EKε/4。

三、实验器材主机箱(±4V、±15V、电压表)、应变传感器实验模板、托盘、砝码、万用表、导线等。

图2-1 应变式传感器安装示意图如图2-1，将托盘安装到应变传感器的托盘支点上，应变式传感器（电子秤传感器）已安装在应变传感器实验模板上。

传感器左下角应变片为R1，右下角为R2，右上角为R3，左上角为R4。

当传感器托盘支点受压时，R1、R3 阻值增加，R2、R4 阻值减小。

如图2-2，应变传感器实验模板中的R1、R2、R3、R4为应变片。

没有文字标记的5 个电阻是空的，其中4 个组成电桥模型是为实验者组成电桥方便而设的。

传感器中4片应变片和加热电阻已连接在实验模板左上方的R1、R2、R3、R4 和加热器上。

可用万用表进行测量判别，常态时应变片阻值为350Ω，加热丝电阻值为50Ω左右。

四、实验步骤1、根据图2-3 工作原理图、图2-2 接线示意图安装接线。

图2-2 应变传感器实验模板、接线示意图图2-3 单臂电桥工作原理图2、放大器输出调零:将实验模板上放大器的两输入端口引线暂时脱开，再用导线将两输入端短接(Vi＝0)；调节放大器的增益电位器RW3 大约到中间位置(先逆时针旋到底，再顺时针旋转2 圈)；将主机箱电压表的量程切换开关打到2V 档，合上主机箱电源开关；调节实验模板放大器的调零电位器RW4，使电压表显示为零。

关于应变片测试的初步实验方案目录实验概述应变式电阻传感器是以电阻应变片为传感元件的传感器。

自1865年应变效应被发现，1963年第一个电阻应变片问世以来，它已经成为应用最广泛，技术最成熟的一种传感器。

应变式电阻传感器具有以下特点：精度高；测量范围广；体积小，重量轻；动态响应快，频响特性好；性能稳定可靠，使用寿命长。

电阻应变片是一种能将被测试件上的应变变化转换成电阻变化的传感元件。

而测量线路则进一步将电阻的变化再转换成电压或电流的变化，以便显示或记录被测非电量的大小。

这就要求在实际测量中应变片灵敏度K 保持恒定，不仅在弹性范围内保持常数，而且在进入塑性变形范围时也基本保持常数，因此深入分析应变片测量误差尤为重要。

实验目的1.探讨应变片测试系统对整个测试过程的误差2.探讨环境温度对测试结果的影响3.研究粘贴剂对测量产生的影响4.研究横向误差对测试的影响实验设备静态电阻应变仪 放大器 常温用应变片 502粘结剂 数据处理器 等强度测试梁一套。

实验原理200X300h =11.65375bD 1D 3D 4D 2图2－１实验装置图实验装置如图2－1，梁的厚h=11.65mm 、宽b （X ）=X/9 ， 在X=200mm 和X=300mm 处梁的上下表面沿对称轴方向粘贴了四片电阻应变片Ｄ1、Ｄ2、Ｄ3、Ｄ4。

电阻片阻值：120Ω ，灵敏度系数：2.12，电阻片长：5mm 。

通过对同一试件的不同条件下进行分组实验，得出不同的实验数据，将不同组的数据进行对比，对对比结果进行分析。

⑴电阻应变片测量原理目前常用的箔式电阻应变片是用0.003~0.01mm 高阻抗镍铜箔材经化学腐蚀等工序制成电阻箔栅，然后焊接引出线，涂上绝缘胶粘固到塑料基膜上。

使用时，只须把基膜面用特制胶水牢固粘贴到构件的测点处。

这样当构件受力变形时电阻应变片亦随之变形，则电阻应变片的电阻值将发生改变。

其特性关系为： ΔR/R 0∕ΔL/L 0=K即是说，应变片电阻的改变率与长度的改变率的比为一常数K ，而长度的改变率ΔL/L 0=ε。

应变片知识点总结应变片是一种用来测量物体表面形变或变形的传感器，可以应用于工程、医学、运动学以及其他领域。

应变片具有高灵敏度、高精度和多样化的特点，能够满足不同场景下的测量需求。

在使用应变片时，需要注意一些重要的知识点，包括传感原理、安装方法、校准技术、环境因素影响等。

本文将主要从这些方面进行总结。

一、传感原理应变片的传感原理是利用材料的电阻随形变而产生的变化来测量应力或应变。

当物体受到外力作用时，产生的形变会导致应变片的电阻值发生变化，从而可以通过测量电阻值的变化来获取应变信息。

常见的应变片包括电阻应变片、银粘贴应变片和光栅应变片等，它们的工作原理都是基于这一传感原理。

二、应变片的安装方法应变片的安装方法对于测量结果的准确性有着重要的影响，常见的安装方法包括点式安装、面式安装和环状安装。

点式安装是将应变片粘贴在物体的凸起部位，适用于测量非均匀应力场的情况；而面式安装则是将应变片贴附在物体表面的整个区域，适用于均匀应力场的测量；环状安装则适用于圆形零件的测量，可以获取环状应变的信息。

在安装过程中需要注意表面清洁、胶水选择、压力均匀等问题。

三、应变片的校准技术应变片的校准是保证测量准确性的重要环节，主要包括电阻校准和应变校准。

电阻校准是通过比对已知电阻值的标准电阻器和待测电阻片的电阻值来获得电阻片的准确数值；应变校准则是通过施加已知应力或应变来验证应变片的输出信号，从而检验其是否符合预期。

校准方法除了传统的静态校准外，还包括动态校准和多点校准等多种技术，以应对不同的测量场景和要求。

四、环境因素的影响应变片在测量过程中受到多种环境因素的影响，包括温度、湿度、电磁场等。

温度的影响主要表现在温度导致电阻值的变化，因此需要进行温度补偿以减小误差；湿度会使传感材料A和VH之间发生变化，进而影响应变片的输出信号；而电磁场则可能对应变片的电路造成干扰，导致测量结果的误差。

因此需要对应变片进行环境适应性测试，考虑在实际测量场景中的环境因素。

自动检测实验指导书实验一 电阻应变片性能测试及应用一、实验目的：1． 观察了解应变片的结构及粘贴方式。

2． 测试应变梁变形的应变输出，比较各桥路间的输出关系。

二、实验原理：应变片是最常用的测力传感元件。

当用应变片测试时，应变片要牢固地粘贴在测试体表面，当测件受力发生形变，应变片的敏感栅随同变形，其电阻值也随之发生相应的变化。

通过测量电路，转换成电信号输出显示。

电桥电路是最常用的非电量电测电路中的一种，当电桥平衡时，桥路对臂电阻乘积相等，电桥输出为零，在桥臂四个电阻R 1、R 2、R 3、R 4中，电阻的相对变化率分别为△R 1／R 1、△R 2／R 2、△R 3／R 3、△R 4／R 4，当使用一个应变片时，R R R ∆=∑；当二个应变片组成差动状态工作，则有RR R Δ2=∑；用四个应变片组成二个差动对工作，且R 1＝R 2＝R 3＝R 4＝R ，RR R Δ4=∑。

由此可知，单臂，半桥，全桥电路的灵敏度依次增大。

三、实验设备：应变式传感器实验模板、应变式传感器、砝码（每只约20g ）、实验装置9000型（数显表、±15V 电源、±4V 电源）、万用表(自备)。

四、实验步骤：（一） 金属箔式应变片单臂电桥性能实验1、观察应变片。

根据图1,应变式传感器已装于应变传感器模板上。

传感器中各应变片已接入模板左上方的R1、R2、R3、R4标志端。

加热丝也接于模板上，可用万用表进行测量判别，R1=R2=R3=R4=350Ω，加热丝阻值约为50Ω左右。

2、实验模板放大电路调零，方法为:①接入模板电源±15V(从主控箱引入)，检查无误后，合上主控箱电源开关，将实验模板增益调节电位器Rw3顺时针调节到大致中间位置，②将差放的正、负输入端与地短接，输出端与主控箱面板上数显电压表输入端Vi 相连，调节实验模板上调零电位器RW4，使数显表显示为零(数显表的切换开关打到2V 档)，完毕关闭主控箱电源。

应变片实验报告引言：应变片是一种常见的用于测量物体应变的传感器。

它们可以在各种领域中应用，如结构工程、材料研究和机械设计等。

本实验旨在通过进行一系列实验，探究应变片的基本原理、测量方法以及应用前景。

实验一：应变片的基本原理应变片是一种金属薄膜传感器，利用金属材料在受力作用下发生应变的特性来进行测量。

在实验中我们选取了常见的金属材料，如铜和铝，制备了应变片，并在实验设备中对其施加压力，观察应变片的变化。

实验结果显示，当应变片受到受力作用时，其形状发生微小变化，从而引起电阻值的变化。

这是因为金属材料的应变会改变其电阻值，进而反映在应变片中，我们可以通过测量电阻值的变化来间接获取物体的应变情况。

实验二：应变片的测量方法在实验二中，我们探究了应变片的测量方法，并尝试使用应变片测量不同物体在受力情况下的应变程度。

实验中我们选取了不同形状和材质的物体，如横梁和钢筋，通过将应变片粘贴在物体的特定位置，再施加一定的受力，以模拟真实工况。

实验结果表明，应变片对物体的应变情况具有高度的灵敏度和准确性。

通过测量应变片的电阻变化，我们可以获取物体在受力作用下的应变变化情况。

同时，不同形状和材质的物体在受力情况下会有不同的应变响应，这为我们在实际工程中的应用提供了一定的参考。

实验三：应变片的应用前景应变片因其高灵敏度和广泛的应用领域，在工程和科研中有着广泛的前景。

在实验三中，我们重点探讨了应变片在结构工程中的应用。

实验结果显示，通过将应变片粘贴到各种结构物上，我们可以实时监测物体在受力情况下的应变情况，从而评估结构物的稳定性和安全性。

这对于桥梁、建筑物和航天器等关键设施的设计和维护具有重要意义。

同时，应变片还可用于材料研究和机械设计中，帮助科学家和工程师更好地了解材料的变形行为和机械受力情况。

结论：本实验通过一系列的实验研究，系统探究了应变片的基本原理、测量方法以及应用前景。

实验结果表明，应变片是一种准确、灵敏且广泛应用于工程和科研领域的传感器。

实验一 直流电桥实验一、实验目的：了解金属箔式应变片的应变效应，熟悉单臂、半桥、全桥测量电路工作原理、性能。

二、实验仪器：应变传感器实验模块、托盘、砝码、实验台（数显电压表、正负15V 直流电源、正负4V 电源）。

三、实验原理：电阻丝在外力作用下发生形变，阻值发生转变，这就是电阻应变效应，关系式： ε•=∆k RR式中R R ∆为电阻丝电阻的相对转变；k 为灵敏系数；LL∆=ε为电阻丝长度相对转变。

金属箔式应变片就是通过光刻侵蚀等工艺制成的应变敏感元件。

将应变片贴在悬臂梁上下双侧，当悬臂梁受压发生形变时，应变片随之被拉伸或紧缩，通过这些应变片转换弹性体被测部位受力转变，电桥完成电阻到电压的比例转变。

(1)单臂电桥：固定电阻与应变片一路组成一个单臂电桥，其输出电压RR211R /R 4E U 0∆•+∆•=E 为电桥电压；上式表明单臂电桥输出为非线性，非线性误差为%100R R 21-L •∆•=。

(2)半桥：不同受力方向的两只应变片接入电桥作为邻边，电桥灵敏度提高，非线性取得改善，当两只应变片的阻值相同、应变数也相同时，半桥的输入电压为 RRE ∆•=••=22k E U 0ε式中R R ∆为电阻丝电阻的相对转变；k 为灵敏系数；LL∆=ε为电阻丝长度相对转变；E 为电桥电源电压。

上式表明，半桥输出与应变片阻值转变率呈线性关系。

（3）全桥：全桥测量电路中，将受力性质相同的两只应变片接到电路的对边，不同的接入邻边，当应变片初始值相同，转变量也相同时，其桥路输出RRE ∆•=0U式中RR∆为电阻丝电阻的相对转变，E 为电桥电源电压。

上式表明，全桥的输出灵敏度比半桥又提高了一倍，非线性误差取得进一步改善。

（4）比较以上三种电桥的输出能够看出，在受力性质相同的情形下，单臂电桥电路的输出只有全桥电路的1/4，而且输出与应变片阻值转变率存在线性误差；半桥电路的输出为全桥的1/2。

半桥电路和全桥电路输出与应变片阻值转变率成线性关系。

应变片介绍一、应变片的选择：应变片是由排列成栅状的高阻金属丝、高阻金属箔或半导体粘贴在绝缘的基片上构成。

上面贴有覆盖片(即保护片),电阻丝两端焊有较粗的铜丝作引线,以便与测量电路连接。

如图1—1所示。

图1-1 应变片应变片种类丰富,在不同的实验条件需选择不同的应变片.下面介绍几种典型的应变片:用于残余应力测量的应变片高延伸率金属线应变片用于复合材料用的应变片高温箔金属应变片低温箔金属应变片带温度传感器的箔金属应变片防水型箔金属应变片测量螺栓轴向拉力的应变片二、电阻应变计型号的编排规则：1、类别 (B:箔式;T:特殊用途;Z:专用(特指卡玛箔))；2、基底材料种类 (B:玻璃纤维增强合成树脂;F:改性酚醛;A:聚酰亚胺;E:酚醛-缩醛;Q:纸浸胶;J:聚氨酯)；3、标准电阻值（单位）；4、敏感栅长度（单位为mm）；5、敏感栅结构形式6、极限工作温度（单位℃）；7、温度自补偿或弹性模量自补偿代号（9:用于钛合金; M23:用于铝合金;11:用于合金钢、马氏体不锈钢和沉淀硬化型不锈钢;16:用于奥氏体不锈钢和铜基材料;23:用于铝合金;27:用于镁合金;)；8、接线方式 (X:标准引线焊接方式;D:点焊点;C:焊端敞开式;U:完全敞开式，焊引线;F:完全敞开式，不焊引线；X**:特殊要求焊圆引线，**表示引线长度；BX**：特殊要求焊扁引线，**表示引线长度；Q**: 焊接漆包线，**表示引线长度；G**:焊接高温引线，**表示引线长度)如BF350--3AA80(23)X6的含义是：该应变片是箔式的，基底材料为改性酚醛，标准电阻值为350，敏感栅结构为AA型且其长度为3mm，应变片的极限工作温度为80℃，用于铝合金的温度自补偿,采用标准引线焊接方式，其引线长度为6mm。

三、应变计的自动补偿及其选用1) 温度补偿及选用应变计安装在具有某一线膨胀系数的试件上，试件可以自由膨胀并不受外力作用，在缓慢升（或降）温的均匀温度场内，由温度变化引起的指示应变称为热输出。