第十三章：电测法简介..
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《电子测量原理》古天祥版-考试必备-本人通读全书-吐血整理
因考试需要,字体调整较小一、测量Ｐ3 测量是为获取被测对象量值而进行的实验过程。
意义:人们通过对客观事物大量的观察和测量，形成定性和定量的认识,归纳、建立起各种定理和定律,而后又要通过测量来验证这些认识、定理和定律是否符合实际情况,经过如此反复实践，逐步认识事物的客观规律,并用以解释和改造世界。
二、电子测量电子测量是泛指以电子技术为基本手段的一种测量技术。
它是测量学和电子学相互结合的产物。
包括以下几个含义: 1、被测对象为电量、电参数;２、更多的借助电子测量仪器进行；３、测量原理、方案基于电子技术原理。
电子测量的内容p59 5.利用各种敏感元件和传感装置将非电量如位移、速度、温度、压力、流量、物面高度、物质成分等变换成电信号,再利用电子测量设备进行测量。
电子测量的特点ｐ58 7．影响因素众多,误差处理复杂电子测量的一般方法ｐ６8一、按测量手续分类１.直接测量2．间接测量3.组合测量二、按测量方式分类p34l .偏差式测量法: ２.零位式测量法:又称零示法或平衡式测量法。
３.微差式测量法三、按被测量的性质分类ｐ7２１.时域测量: ２．频域测量: ３.数据域测量4.随机测量：又叫统计测量,主要是对各类噪声信号进行动态测量和统计分析四、测量方法的选择原则基本原则：1、不损害被测量;2、不损害测量仪器设备;3、满足测量要求。
具体原则：1、被测量本身的特性；２、所要求的测量准确度；3、测量环境；４、现有测量设备等。
电子测量仪器概述测量仪器是将被测量转换成可供直接观察的指示值或等效信息的器具,包括各类指示仪器、比较仪器、记录仪器、传感器和变送器等。
利用电子技术对各种待测量进行测量的设备,统称为电子测量仪器。
１.变换功能２．传输功能二、测量仪表的主要性能指标1．精度: （1）精密度(２)准确度(3)精确度批2.稳定性3.输入阻抗4.灵敏度5.线性度6.动态特性三、电子测量仪器的分类 1.电平测量仪器:各种模拟式电压表,毫伏表,数字式电压表,电压标准等。
1电测法简介
变片。
（1）半桥接线法
若在测量电桥中的AB和BC
臂上接应变片，而另外两臂CD 和DA接应变仪内部的固定电阻 R，则称为半桥接线法，如图 所示。由于CD和DA桥臂间接
固定电阻，不感受应变，即应变为零。由公式
εds =ε1－ε2+ε3－ε4
可得到应变仪的读数应变为
εds =ε1－ε2
（2）全桥接线法 在测量电桥的四个桥臂上 全部都接感受应变的工作片， 称为全桥接线法，如图所示。
电阻应变片的工作原理是把应变片牢固地粘贴 于试件上，使应变片与试件同步变形，金属丝电阻 值就发生变化。
2、应变片的工作原理 通过应变片的介绍而知， 应变片是由特殊金属电阻丝 所组成，由物理学可知，金 属丝的电阻R与其长度L成正比，与其截面积A成反比。并与电 阻率ρ 有关，它们的关系式为
L R A
的理想敏感元件。
此外，还有很多专用应变片，如剪切应变片，多轴应变 片（应变花）、高温应变片、残余应力应变片等。
三、电测法的工作原理: 电阻应变片粘贴在被测构件表面的被测点上， 当构件受外力作用产生变形时，应变片将随之产生 相应的变形，应变片的阻值发生变化，通过电阻应
变仪中的电桥将此电阻值变化转化为电压或电流的
此法既能提高灵敏度，实现
温度补偿（互补），又可消
除导线过长的影响、同时还降低接触电阻的影响。此时应
变仪的读数应变由公式（1）即可得出 εds =ε1－ε2+ε3－ε4
电桥的四个桥臂上都接感受应变的工作片，且 R1=R2=R3=R4，此时，温度应变可以互相补偿。若在构件 的受拉区粘贴R1、R3产生拉应变，在受压区粘贴R2、R4产 生压应变，即负值。由上式可得到 εds =ε1－(－ε2)+ε3－(－ε4 )=4 ε测
电子测量概论精选全文
输和测量结果的显示等三种最基本的功能。
第1章 电子测量概论 (1) 变换功能
对于电压、电流等电学量的测量，是通过测量各种 电效应来达到目的的。例如，作为模拟式仪表最基本构 成单元的动圈式检流计(电流表)，就是将流过线圈的电 流强度，转化成与之成正比的扭矩而使仪表指针偏转初 始位置一个角度，根据角度偏转大小(这可通过刻度盘上 的刻度获得)得到被测电流的大小，这就是一种很基本的 变换功能。对非电量的测量，如压力、位移、温度、湿 度、亮度、颜色、物质成份等，通过各种对之敏感的敏 感元件(通常称为传感器)，转换成与之相关的电压、电 流等，而后再通过对电压、电流的测量，得到被测物理 量的大小。
第1章 电子测量概论
1.1 电子测量的基本概念
1. 电子测量的定义 测量为确定被测对象的量值而进行的实验过程。 电子测量一般是指利用电子技术和电子设备对电量或
非电量进行测量的过程。
第1章 电子测量概论
2. 电子测量与计量 产品出厂前要经过严格的计量检定、仪器仪表在使用
过程中要定期进行检验和校准，以确保测量的准确性。 计量是为了保证量值的统一和准确一致的一种测量。 （主要特征：统一性、准确性和法制性）
Rx
R1 R2
R4
图1.3-1 惠斯登电桥测量电阻示意图
第1章 电子测量概论 (3) 微差式测量法 偏差式测量法和零位式测量法相结合，构成微差 式测量法。它通过测量待测量与标准量之差(通常该差 值很小)来得到待测量量值，如图1.3-2所示。
图1.3-2 微差式测量法示意图
第1章 电子测量概论 图1.3-3 用微差法测量直流稳压源的稳定度
(6) 易于实现测试智能化和测试自动化 随着电子计算机尤其是功耗低、体积小、处理速 度快、可靠性高的微型计算机的出现，给电子测量理 论、技术和设备带来了新的革命。比如微处理器出现 于1971年，而在1972年就出现了使用微处理器的自动 电容电桥。现在，已有大量商品化带微处理器的电子 测量仪器面世，许多仪器还带有GPB标准仪器接口， 可以方便地构成功能完善的自动测试系统。无疑，电 子测试技术与计算机技术的紧密结合与相互促进，为 测量领域带来了极为美好的前景.
第1章 电子测量概论 (1) 变换功能
对于电压、电流等电学量的测量，是通过测量各种 电效应来达到目的的。例如，作为模拟式仪表最基本构 成单元的动圈式检流计(电流表)，就是将流过线圈的电 流强度，转化成与之成正比的扭矩而使仪表指针偏转初 始位置一个角度，根据角度偏转大小(这可通过刻度盘上 的刻度获得)得到被测电流的大小，这就是一种很基本的 变换功能。对非电量的测量，如压力、位移、温度、湿 度、亮度、颜色、物质成份等，通过各种对之敏感的敏 感元件(通常称为传感器)，转换成与之相关的电压、电 流等，而后再通过对电压、电流的测量，得到被测物理 量的大小。
第1章 电子测量概论
1.1 电子测量的基本概念
1. 电子测量的定义 测量为确定被测对象的量值而进行的实验过程。 电子测量一般是指利用电子技术和电子设备对电量或
非电量进行测量的过程。
第1章 电子测量概论
2. 电子测量与计量 产品出厂前要经过严格的计量检定、仪器仪表在使用
过程中要定期进行检验和校准，以确保测量的准确性。 计量是为了保证量值的统一和准确一致的一种测量。 （主要特征：统一性、准确性和法制性）
Rx
R1 R2
R4
图1.3-1 惠斯登电桥测量电阻示意图
第1章 电子测量概论 (3) 微差式测量法 偏差式测量法和零位式测量法相结合，构成微差 式测量法。它通过测量待测量与标准量之差(通常该差 值很小)来得到待测量量值，如图1.3-2所示。
图1.3-2 微差式测量法示意图
第1章 电子测量概论 图1.3-3 用微差法测量直流稳压源的稳定度
(6) 易于实现测试智能化和测试自动化 随着电子计算机尤其是功耗低、体积小、处理速 度快、可靠性高的微型计算机的出现，给电子测量理 论、技术和设备带来了新的革命。比如微处理器出现 于1971年，而在1972年就出现了使用微处理器的自动 电容电桥。现在，已有大量商品化带微处理器的电子 测量仪器面世，许多仪器还带有GPB标准仪器接口， 可以方便地构成功能完善的自动测试系统。无疑，电 子测试技术与计算机技术的紧密结合与相互促进，为 测量领域带来了极为美好的前景.
现代力学测试技术-电测部分
变设备抽样标定后，提供给使用者的。 （1） 电阻变化率 R 的测定
R
为了测量 ，就要测得 R ，而 R 是通过惠斯顿电桥测得的，电桥如图 1-2 所示。
R
R
B
R1
R2
C
UBD
I4
R4
R3
D
图 1-2 惠斯顿电桥
电阻 R1 、 R2 、 R3 、 R4 构成电桥的四个桥臂，它们可用应变片代替。在 AC 端输入稳定
而 dL 是电阻丝的长度变化率，即它的应变 ，则 L
dR R
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
K0
（1-8）
上式说明，电阻丝的电阻变化率与其应变成正比，比例系数 K 0 称为电阻丝的灵敏系数。
应变片的栅状电阻丝同样有这样关系：
用增量形式表示，则有
dR K R
R K R
（1-9）
K 为应变片的灵敏系数。 K 值与敏感栅的材料和几何形状等有关，是由制造厂家用标准应
5.防潮:将 705 硅橡胶粘合剂涂在应变计上,包括测量导线的焊接接头,作为防潮层,也 可以用松香、机油、石蜡的混合剂涂覆作为防潮层。再检查通路和绝缘值。
§1—3 电阻应变片的接桥方法
前面我们已经介绍了应变电测的基本原理和电阻应变片的粘帖方法。这一节介绍电阻应 变片的接桥及其简单应用，所使用的实验装置分别为等强度梁和弯扭组合变形实验装置各一 套。
于是，最后输出读数
dst t t t t 0
（1-23）
ds dsP dst m P 这样，就消除了温度影响，这种方法称温度自补偿。
（1-24）
还有一种利用补偿块的方法，在一块与测点材料相同、温度变化相同、但不受力的补
偿块上贴上补偿应变片。它输出的应变只有温度影响的 t ，且与测量片中的 t 相同。采用 全桥接法时，补偿片接入 R2，R4 位置，采用半桥接法时，补偿片接入 R2 位置，利用式（1-18） 的相减关系，用补偿片的 t 抵消了测量片中的 t 。这种方法称温度另补偿。
电学测量技术
— 0.059lgαCl-
Ag—AgCl电极电位决定于电极表面Ag+的活度αAg+大小，在 微溶盐AgCl存在下，αAg+又决定于溶液中Cl-的活度αCl-。
银-氯化银电极的电极电位（25℃）
名称 0.1mol/L AgAgCl电极 标准Ag-AgCl电极 KCl溶液浓度 0.1mol/L 1.0 mol/L 电极电位（V） +0.2880 +0.2223
电导的测量和仪器
测量待测溶液电导的方法称为电导分 析法。电导是电阻的倒数，因此电导值 的测量，实际上是通过电阻值的测量再 换算的，也就是说电导的测量方法应该 与电阻的测量方法相同。
电导的测量
在溶液电导的测定过程中，当电流通 过电极时，由于离子在电极上会发生放 电，产生极化引起误差，故测量电导时 要使用频率足够高的交流电，以防止电 解产物的产生。另外，所用的电极镀铂 黑是为了减少超电位，提高测量结果的 准确性。
实验测量时的注意事项
1.标准电池只能作为比较电动势大小的参考标准， 不能作为电源使用，不准短接或用电压表测量其 电动势，否则会影响标准电池的精度，甚至造成 永久性电动势衰落。 2.要防止标准电池受到强烈的震动，并且一定不能 将标准电池或被测电池的正负极接错。
实验测量时的注意事项
3.在使用电路进行测量时应先接通辅助回路，然后 再接通补偿电路，断开时必须先断开补偿电路， 再断开辅助回路，以防止标准电池作为电源放电 使用。 4.注意检流计的正确使用方法。 5.在用标准电池校准好滑线电阻丝的两端电压后， 辅助回路的限流电阻不能再发生改变。 6.实验操作完毕，一定要关掉电源，检查与整理好 实验仪器。
盐 桥
高浓度的酸、氨都会与琼脂作用，从而破 坏盐桥，污染溶液。若遇到这种情况，不能采 用琼脂盐桥。 盐桥内除用KCl外，也可用其他正负离子的 迁移数相接近的盐类，如KNO3、NH4NO3等。具 体选择时应防止盐桥中离子与原电池溶液中的 物质发生反应，如原电池溶液中含有能与Cl作用而产生沉淀的Ag+、Hg2+, Hg+离子或含有 能与K+离子作用的ClO- 离子，则不可使用KCl 盐桥，应选用KNO3或NH4NO3盐桥。
《电子测试技术》课件
示波器的种类繁多，按工作原理可分 为模拟示波器和数字示波器，按用途 可分为通用示波器和专用示波器。
示波器的主要功能包括信号的幅度、 频率、相位、时间等参数的测量，以 及信号的触发、存储和显示。
示波器的使用需要掌握基本的操作技 巧和测量方法，如信号的接入、调整 和数据分析等。
信号发生器
信号发生器是用于产生各种电 信号的仪器，广泛应用于电子
物联网与电子测试的结合： 物联网技术的发展将进一步 推动电子测试技术的应用范 围，实现大规模、分布式测 试和数据采集。
绿色环保与可持续发展：随 着环保意识的提高，未来电 子测试技术将更加注重绿色 环保和可持续发展，减少测 试过程中的环境污染和能源 消耗。
06
《电子测试技术》课程实验与实 践
《电子测试技术》课程实验安排
逻辑分析仪的主要功能是捕获数字信 号并进行分析，可以同时监测多个数 字信号线，并将它们转换为易于理解 的二进制代码。
逻辑分析仪的使用需要掌握基本的操 作技巧和测量方法，如信号的接入、 触发条件和数据分析等。
虚拟仪器
虚拟仪器的主要特点是灵活性和可扩展性，可 以根据实际需求进行定制和开发，实现各种复
杂的测试功能。
04
频谱分析仪的使用需要掌握基本的操作技巧和测量方法，如信号的接 入、调整和数据分析等。
逻辑分析仪
逻辑分析仪是用于分析和测试数字电 路的仪器，广泛应用于数字系统设计 、调试和故障排除等领域。
逻辑分析仪的种类繁多，按工作原理 可分为模拟逻辑分析仪和数字逻辑分 析仪，按用途可分为通用逻辑分析仪 和专用逻辑分析仪。
《电子测试技术》PPT课件
目 录
• 电子测试技术概述 • 电子测试的基本原理 • 电子测试的常用设备与仪器 • 电子测试技术在实际中的应用 • 电子测试技术的发展趋势与展望 • 《电子测试技术》课程实验与实践
示波器的主要功能包括信号的幅度、 频率、相位、时间等参数的测量，以 及信号的触发、存储和显示。
示波器的使用需要掌握基本的操作技 巧和测量方法，如信号的接入、调整 和数据分析等。
信号发生器
信号发生器是用于产生各种电 信号的仪器，广泛应用于电子
物联网与电子测试的结合： 物联网技术的发展将进一步 推动电子测试技术的应用范 围，实现大规模、分布式测 试和数据采集。
绿色环保与可持续发展：随 着环保意识的提高，未来电 子测试技术将更加注重绿色 环保和可持续发展，减少测 试过程中的环境污染和能源 消耗。
06
《电子测试技术》课程实验与实 践
《电子测试技术》课程实验安排
逻辑分析仪的主要功能是捕获数字信 号并进行分析，可以同时监测多个数 字信号线，并将它们转换为易于理解 的二进制代码。
逻辑分析仪的使用需要掌握基本的操 作技巧和测量方法，如信号的接入、 触发条件和数据分析等。
虚拟仪器
虚拟仪器的主要特点是灵活性和可扩展性，可 以根据实际需求进行定制和开发，实现各种复
杂的测试功能。
04
频谱分析仪的使用需要掌握基本的操作技巧和测量方法，如信号的接 入、调整和数据分析等。
逻辑分析仪
逻辑分析仪是用于分析和测试数字电 路的仪器，广泛应用于数字系统设计 、调试和故障排除等领域。
逻辑分析仪的种类繁多，按工作原理 可分为模拟逻辑分析仪和数字逻辑分 析仪，按用途可分为通用逻辑分析仪 和专用逻辑分析仪。
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目 录
• 电子测试技术概述 • 电子测试的基本原理 • 电子测试的常用设备与仪器 • 电子测试技术在实际中的应用 • 电子测试技术的发展趋势与展望 • 《电子测试技术》课程实验与实践
电测法的基本原理
电测法的基本原理一. 原理简介电测应力、应变实验方法（简称电测法），不仅用于验证材料力学的理论、测定材料的机械性能，而且作为一种重要的实验手段为解决工程问题及从事研究工作，提供良好的实验基础。
电测法就是将物理量、力学量、机械量等非电量，通过敏感元件感受下来并转换成电量，然后通过专门的应变测量设备（如电阻应变仪）进行测量的一种实验方法。
二.应变片原理敏感元件的种类很多，其中以电阻应变片（简称电阻片或应变片）最简单、应用最广泛。
1.电阻片的应变-电性能（图1、图2）电阻片分丝式和箔式两大类。
丝绕式电阻片是用0.003mm-0.01mm的合金丝绕成栅状制成的；箔式应变片则是用0.003mm-0.01mm厚的箔材经化学腐蚀制成栅状的，其主体敏感栅实际上是一个电阻。
金属丝的电阻随机械变形而发生变化的现象称为应变-电性能。
电阻片在感受构件的应变时（称做工作片），其电阻同时发生变化。
实验表明，构件被测量部位的应变Δl/l与电阻变化率ΔR/R成正比关系，即：比例系数Ks称为电阻片的灵敏系数。
由于电阻片的敏感栅不是一根直丝，所以Ks不能直接计算，需要在标准应变梁上通过抽样标定来确定。
Ks的数值一般约在2.0 左右。
2.温度补偿片温度改变时，金属丝的长度也会发生变化，从而引起电阻的变化。
因此在温度环境下进行测量，应变片的电阻变化由两部分组成即：ΔR = ΔRε＋ΔRTΔRε-由构件机械变形引起的电阻变化。
ΔRT-由温度变化引起的电阻变化。
要准确地测量构件因变形引起的应变，就要排除温度对电阻变化的影响。
方法之一是，采用温度能够自己补偿的专用电阻片；另一种方法是，把普通应变片，贴在材质与构件相同、但不参与机械变形的一材料上，然后和工作片在同一温度条件下组桥。
电阻变化只与温度有关的电阻片称做温度补偿片。
利用电桥原理，让补偿片和工作片一起合理组桥，就可以消除温度给应力测量带来的影响。
3.应变花（图3）为同时测定一点几个方向的应变，常把几个不同方向的敏感栅固定在同一个基底上，这种应变片称做应变花。
第十三章--中子及中子探测
优点：中子能量单一； 优点：中子能量单一； 缺点：中子产额低，装置体积大。 缺点：中子产额低，装置体积大。
3) 自发裂变中子源 自发裂变中子源为超铀元素。 自发裂变中子源为超铀元素。以252Cf (锎) 锎 最常用。 克 发射中子率为2.31×1013个 最常用。1克252Cf 发射中子率为 ×
中子。半衰期： 自发裂变)＝ 中子。半衰期：T1/2(自发裂变 ＝85.5a，T1/2(α 自发裂变 ， α 衰变)＝ 衰变 ＝2.64a。中子平均能量为 。中子平均能量为2.2MeV。 。
13.3 中子与物质的相互作用
中子与物质的相互作用实质上是中子与 物质的靶核的相互作用。 物质的靶核的相互作用。 1. 中子的散射 1) 弹性散射 (n,n) 出射粒子仍为中子 剩余核仍为靶核 中子、 靶核。 出射粒子仍为中子、剩余核仍为靶核。 出射中子的动能： 出射中子的动能：
m2 Tn′ = Tn 2 ( M + m) cos θ + M2 2 − sin θ 2 m
4. 活化法
选用一些核素具有较高的活化截面， 选用一些核素具有较高的活化截面，活化 核素具有较高的活化截面 后放射性核素也具有较易测量的放射性。 后放射性核素也具有较易测量的放射性。
如：
n+ In→ In + γ
115 116 116
~ In→ Sn + β + v
116 −
测量β粒子的发射率可确定中子的注量率。 可确定中子的注量率 测量β粒子的发射率可确定中子的注量率。 一般，热中子的活化截面较高 此法适用于热 较高， 一般 ， 热中子 的 活化截面 较高 ， 此法适用于 热 中子的注量率的测量 的测量。 中子的注量率的测量。
3) 自发裂变中子源 自发裂变中子源为超铀元素。 自发裂变中子源为超铀元素。以252Cf (锎) 锎 最常用。 克 发射中子率为2.31×1013个 最常用。1克252Cf 发射中子率为 ×
中子。半衰期： 自发裂变)＝ 中子。半衰期：T1/2(自发裂变 ＝85.5a，T1/2(α 自发裂变 ， α 衰变)＝ 衰变 ＝2.64a。中子平均能量为 。中子平均能量为2.2MeV。 。
13.3 中子与物质的相互作用
中子与物质的相互作用实质上是中子与 物质的靶核的相互作用。 物质的靶核的相互作用。 1. 中子的散射 1) 弹性散射 (n,n) 出射粒子仍为中子 剩余核仍为靶核 中子、 靶核。 出射粒子仍为中子、剩余核仍为靶核。 出射中子的动能： 出射中子的动能：
m2 Tn′ = Tn 2 ( M + m) cos θ + M2 2 − sin θ 2 m
4. 活化法
选用一些核素具有较高的活化截面， 选用一些核素具有较高的活化截面，活化 核素具有较高的活化截面 后放射性核素也具有较易测量的放射性。 后放射性核素也具有较易测量的放射性。
如：
n+ In→ In + γ
115 116 116
~ In→ Sn + β + v
116 −
测量β粒子的发射率可确定中子的注量率。 可确定中子的注量率 测量β粒子的发射率可确定中子的注量率。 一般，热中子的活化截面较高 此法适用于热 较高， 一般 ， 热中子 的 活化截面 较高 ， 此法适用于 热 中子的注量率的测量 的测量。 中子的注量率的测量。
物理实验技术中的电子学测量与实验方法
物理实验技术中的电子学测量与实验方法概述：物理学作为一门自然科学，总是需要通过实验来验证理论。
而在实验过程中，准确的测量和精确的实验方法是非常关键的。
电子学测量技术作为物理实验中不可或缺的一环，为实验中的数据采集和测量提供了强大的工具。
本文将介绍电子学测量的基本原理和常用的实验方法。
一、电子学测量的基本原理电子学测量是利用电子器件进行测量和数据采集的技术。
电子学测量的基本原理可以归纳为电子信号的检测、放大和处理三个步骤。
1. 电子信号的检测电子信号的检测是指将待测电子信号转换成可测量的电压或电流形式。
常见的电子信号检测方法包括电压分压、电流分流、电阻比例等。
例如，在实验中测量电路中的电压时，可以采用示波器进行电压波形的检测。
2. 电子信号的放大电子信号在测量中通常非常微弱，需要经过放大才能被仪器测量或记录。
放大器是常用的电子器件，可以将微弱信号放大到可以读取或记录的范围。
根据信号类型的不同，常见的放大器有电压放大器、电流放大器和功率放大器等。
3. 电子信号的处理电子信号的处理是指对放大后的信号进行滤波、采样和数字化等处理。
滤波可以去除噪声等干扰信号，采样可以将连续的信号转换为离散的数据点，数字化可以将信号转换为数字形式以便存储、处理和分析。
二、常用的电子学测量方法1. 电压测量电压是电子学测量中最常见的量，也是最基本的物理量之一。
在实验中，电压测量可以通过示波器、电压表或电压计等仪器进行。
示波器是一种常用的电子仪器，可以直观地显示电压波形，并提供测量功能，适用于对电压波形的瞬时变化进行实时观测和记录。
2. 电流测量电流是指电荷单位时间通过导体的数量，是电子学测量中另一个常见的物理量。
电流的测量通常通过电流表或万用表等仪器进行。
电流表的接入电路一般是串联于被测电路中，通过衡量通过电流表的电流来测量被测电路中的电流。
3. 阻值测量阻值是电子学测量中非常重要的一种物理量，常用于分析电路中的电阻、电感和电容等。
第13章非电量的测量(传感器)简介
第13章 非电量的测量（传感器）简介
13.1 传感器概述
13.1.1传感器 传感器是一种能感受规定的被测量，并以一 定的精度按照一定规律将被测量转换为易于处理 和测量的某种输出信号（一般为电信号）的器件 或装置。 有人把计算机比喻为人的大脑的延续，称之 为“电脑”；而把传感器比喻为人的五官的延续， 称之为“电五官”。传感器是自动控制系统的感 受器官，是实现自动控制、自动调节的关键环节。
图13-2 等截面轴弹性元件
第13章 非电量的测量（传感器）简介
梁式弹性是一端固定另一端自由的弹性元件， 又称悬臂梁。按其截面形状又可分为等截面悬臂 梁和变截面悬臂梁。如图13-3所示。其主要特点 是结构简单，灵敏度高，适用于小载荷(1103N） 测量。
F
F
(a)
(b)
图13-3 悬臂梁式弹性敏感元件
第13章 非电量的测量（传感器）简介
２．测温方法 测温方法一般分为两大类：接触测温法和非接触 测温法。接触测温法是将测温传感器与被测对象接触， 两者充分热交换，最后达到热平衡后，两者温度相同， 由仪表将温度示出。非接触测量就是利用特制的透镜 将被测物体发出的热辐射能量积聚，再将它转换成电 量，从而来测量被测物体的温度。 目前对温度的测量仍主要在于对平衡状态的接触 测量，对于流体温度、动态介质温度的非接触测量技 术有待进一步研究和发展。
第13章 非电量的测量（传感器）简介
13.3.2 霍尔式传感器 1.霍尔效应 霍尔式传感器是一种应用比较广泛的半导体磁 电传感器，其工作原理基于霍尔效应。什么是霍尔效 应呢？将半导体薄片置于磁感应强度为B的磁场中， 如图13.3.2所示，当片内沿L方向有电流I流过时，在 垂直于I和B的方向便会产生电压UH(称霍尔电压)，这 种物理现象称为霍尔效应。霍尔电压UH的大小为： UH=KHIB 式中：KH——霍尔元件的灵敏度
13.1 传感器概述
13.1.1传感器 传感器是一种能感受规定的被测量，并以一 定的精度按照一定规律将被测量转换为易于处理 和测量的某种输出信号（一般为电信号）的器件 或装置。 有人把计算机比喻为人的大脑的延续，称之 为“电脑”；而把传感器比喻为人的五官的延续， 称之为“电五官”。传感器是自动控制系统的感 受器官，是实现自动控制、自动调节的关键环节。
图13-2 等截面轴弹性元件
第13章 非电量的测量（传感器）简介
梁式弹性是一端固定另一端自由的弹性元件， 又称悬臂梁。按其截面形状又可分为等截面悬臂 梁和变截面悬臂梁。如图13-3所示。其主要特点 是结构简单，灵敏度高，适用于小载荷(1103N） 测量。
F
F
(a)
(b)
图13-3 悬臂梁式弹性敏感元件
第13章 非电量的测量（传感器）简介
２．测温方法 测温方法一般分为两大类：接触测温法和非接触 测温法。接触测温法是将测温传感器与被测对象接触， 两者充分热交换，最后达到热平衡后，两者温度相同， 由仪表将温度示出。非接触测量就是利用特制的透镜 将被测物体发出的热辐射能量积聚，再将它转换成电 量，从而来测量被测物体的温度。 目前对温度的测量仍主要在于对平衡状态的接触 测量，对于流体温度、动态介质温度的非接触测量技 术有待进一步研究和发展。
第13章 非电量的测量（传感器）简介
13.3.2 霍尔式传感器 1.霍尔效应 霍尔式传感器是一种应用比较广泛的半导体磁 电传感器，其工作原理基于霍尔效应。什么是霍尔效 应呢？将半导体薄片置于磁感应强度为B的磁场中， 如图13.3.2所示，当片内沿L方向有电流I流过时，在 垂直于I和B的方向便会产生电压UH(称霍尔电压)，这 种物理现象称为霍尔效应。霍尔电压UH的大小为： UH=KHIB 式中：KH——霍尔元件的灵敏度
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于是，应 Nhomakorabea仪的读数应变
R 1 2 3 4 21
根据广义胡克定律，有
电测法简介
1 1 1 1 max E E
从而得最大切应力 max 与应变仪读数应变 R 之间的关 系为
max
E R 2 1
EWz M R 4
R1
R4
M
R1
R2
R2
R3 b)
R3
R4
电测法简介
[例13-3] 下图所示立柱承受偏心拉伸，试用电测法测定 载荷 F 和偏心距 e 。 要求提供测试方案，并给出载荷 F、 已知材料 偏心距 e与应变仪读数应变 R 之间的关系。 的弹性模量为 E ；立柱的横截面面积为 A 、抗弯截面 系数为 Wz 。 解：（1）测定载荷 F 立柱为拉弯组合变形，其中 轴力 FN F、 弯矩 M Fe。 布片方案如图a所示。采用 全桥接线， 其中 R1 、R4 为 R2 、R3 为温度补偿片。 工作片，
a) e
F
e R1
F
R2
R4
R1 R3 R4
M 表示由弯矩引起的 若用 F 表示由轴力引起的应变， T 表示由温度变化引起的应变，则四个桥臂的 应变，
感受应变分别为
电测法简介
2 3 T 、 4 F M T 1 F M T 、
R3
R4
1 F T 、 2 F T 、 3 4 0
R 1 2 3 4 1 F 再根据胡克定律，即得应力 与读数应变 R 之间的关
系为
E R 1
电测法简介
◆注意：方案二中，尽管没有专门布置温度补偿片，但温
电测法简介
数应变 R 之间的关系。已知材料的弹性模量为 E 、泊松 比为 。
F F
[例13-1] 用电测法测定如下图所示轴向拉杆横截面上的 正应力 。试确定测试方案，并给出应力 与应变仪读
解：在测量过程中，被测构件环境温度的变化，将会影 响应变片的读数应变，因此，必须设法在测试结果中消 除温度的影响。
R 1 2 3 4 2
根据胡克定律与梁的正应力计算公式，
M E EWz 将下式代入上式，即得弯矩 M 与应变仪读数应变 R 之
间的关系为
EWz M R 2
电测法简介
（2）方案二 布片方案如图b所示，采用全桥接线。请大家自行证明， 此时灵敏度增加1倍，弯矩 M 与应变仪读数应变 R 之间 的关系为
两层绝缘薄膜中制作而成的。应变片中的栅状金属丝或 金属箔称为敏感栅。
电测法简介
试验表明，在一定条件下，应变片敏感栅的电阻变化率 R R 与敏感栅沿长度方向的线应变 成正比，即有
R K R
式中，比例系数 K 称为应变片的灵敏系数，其值与敏感 栅的材料以及应变片构造有关，可通过试验测定。常用 应变片的灵敏系数 K 为1.7 ~ 3.6 。 由上式知，只要测出应变片的电阻变化率 R R ，即可 确定相应的线应变 。
金属电阻应变片——电阻应变效应
电阻应变片，简称应变片，是电测法的传感元件。 实际测量时，将应变片粘贴在被测构件的表面，使 其随同构件变形，将构件测点处的应变转换为应变 片的电阻变化；然后，通过专门的测量仪器，如电 阻应变仪，测出构件测点处的实际应变；最后再由 胡克定律，即得到构件测点处的实际应力。
电测法简介
电测法简介
（1）方案一 采用半桥接线：如图a所示， R1 为用于实际测量的应变片，
R2 为用于消除温度 简称工作片，沿轴向粘贴在杆件上；
影响的应变片，简称温度补偿片，粘贴在不受载荷作用 R1、 的温度补偿块上； R3 与 R4 为应变仪内部的固定电阻。 R2 与 R3 、 R4 的电阻值相同。温度补偿块与杆件的材料相 同，并处同一温度环境中。
度的影响已自动消除；同时，方案二的读数应变是实际 应变的 1 倍，从而提高了测量的灵敏度。
电测法简介
[例13-2] 用电测法测定下图所示纯弯曲梁所受弯矩 M 。 试确定测试方案，并给出弯矩 M 与应变仪读数应变 R
之间的关系。已知材料的弹性模量为 E ；梁的抗弯截 面系数为 Wz 。
电阻改变量分别为 R1 、R2 、R3 和 R4 ，则可得，此 时电桥的输出电压为
U R1 R2 R3 R4 U 4 R R R R
电测法简介
式中，R 为应变片的初始电阻。 再变换上式，即得电桥输出电压 U 与应变片感受应变 i 之间的关系
R1 R1
F
F
R2
R2
R3
R4
a)
电测法简介
T 表示由温度变化引 用 F 表示由载荷引起的轴向应变， 起的应变，则四个桥臂的感受应变分别为
1 F T 、 2 T 、 3 4 0
即得应变仪的读数应变
R 1 2 3 4 F
EWz
b)
电测法简介
[例13-4] 用电测法测定下图所示扭转圆轴的最大切应力
max 。试确定测试方案，并给出最大切应力 max 与应变 仪读数应变 R 之间的关系。已知材料的弹性模量为E 、 泊松比为 。
Me Me
a)
b)
解：圆轴扭转时，外表面任一点处于纯剪切应力状态
（见图b）。其中，切应力 即为最大切应力 max ；主
KU U 1 2 3 4 4
由于KU 4 为常数，故可以将应变仪的输出按照应变来 标定，从而直接得到应变读数为
4U R 1 2 3 4 KU
◆应变仪的读数应变
R为各应变片感受应变 i 的线性叠
加，其中，相邻桥臂的应变异号，相对桥臂的应变同号。 这一特性十分重要，利用它，通过适当的组桥接线，可 以解决电测实验中的许多实际问题。
电测法简介
第十三章：电测法简介
余 辉 yuh@
电测法简介
§13-1 引
言
解决工程实际问题的常见方法：
理论分析的方法；
实验分析的方法；
数值分析的方法。
电测法简介
一、实验应力分析的概念：
实验应力分析就是通过实验来研究和分析受力构 件中应力大小及其分布规律的方法
二、常见实验应力分析的方法：
电测法——点测量； 光测法； 全息光弹性法——可测得应力场的全貌； 云文法；
涂层法。
电测法简介
三、电测法的优点：
灵敏度高；
传感元件小； 适应性强； 此外还有：可进行远距离测量；便于模拟或数 值记录等优点。
电测法简介
§13-2 电测法的基本原理
电测法又称为电阻应变量测技术，是通过贴在构
若再粘贴两个应变片，采用全桥接线，则其测量灵敏度 可提高一倍，请大家自行证明。
电测法简介
Questions/Comments？
电测法简介
That’s all for today!
方向为 45 方向；主应力 1 3 max ；主应变
1 3 。布片方案如图a所示，采用半桥接线（见图c），
Me
R2 R1
R1 R2
电测法简介
45
Me
R3 R4 c)
45
a)
b)
R3 与 R4 为应变仪内部的固定电阻。此时，四个桥臂的
感受应变分别为
1 1 T 、 2 3 T 1 T 、3 4 0
常用的电阻应变片有丝绕式 和箔式两种。
绝缘薄膜 敏感栅 引线 绝缘薄膜 敏感栅 引线
丝绕式应变片是用直径为 0.02mm ~ 0.05mm 的康铜 （镍铜合金）丝或镍铬合金丝绕成栅状，粘贴在两层绝 缘薄膜中制作而成；箔式应变片则是用厚度为 0.003mm
~ 0.01mm 的康铜箔或镍铬合金箔腐蚀成栅状，粘贴在
再根据胡克定律，即得横截面上的正应力
E R
电测法简介
（2）方案二 采用半桥接线：如图所示， R1 、R2 分别沿杆件的轴向、 横向粘贴； R3 与 R4 为应变仪内部的固定电阻。R1 、R2 与
R3 、R4 的电阻值相同。
F
R1 R2
R1
R2
F
此时，四个桥臂的感受应变分别为
即得应变仪的读数应变
电测法简介
工作片
R1 A R3 D E B
R1 RT RT E U BD ( ) 4 R1 R2 R2 E K ( 1 T T ) 4 温度补偿片 E C K 1 固定电阻 4 R4 总结：温度补偿的三原则：
1、工作片和补偿片为等种应 变片；
相同应变片R1、R2，R1贴在构 件受力处，R2贴在附近不受力 处，环境温度对R1、R2引起的 阻值变化相同，为RT，则：
U
电测法简介
当桥臂电阻满足
R1R4 R2 R3
时，则电桥的输出电压 U 0 ，称为电桥平衡。 在进行电测实验时，若将粘贴在构件上的初始电阻完全 相同的四个应变片组成电桥的四个桥臂，则在构件受力 变形前，电桥平衡，没有输出。当构件受力变形后，设 2、 3 和 4 ，相应的 四个应变片感受的应变分别为 1、
即得应变仪的读数应变
R 1 2 3 4 2 F
根据胡克定律，
F F E EA 联立上两式，得载荷 F 与应变仪读数应变 R 之间的关 EA 系为 F R 2
F
电测法简介
（2）测定偏心距 e 布片方案如图b所示。采用半桥接线，其中 R1 、 R2 为工作片， R3 、R4 为应变仪内部的固定电阻。此时，四 个桥臂的感受应变分别为
电测法简介
三、电桥接法及温度补偿
R 1 2 3 4 21
根据广义胡克定律，有
电测法简介
1 1 1 1 max E E
从而得最大切应力 max 与应变仪读数应变 R 之间的关 系为
max
E R 2 1
EWz M R 4
R1
R4
M
R1
R2
R2
R3 b)
R3
R4
电测法简介
[例13-3] 下图所示立柱承受偏心拉伸，试用电测法测定 载荷 F 和偏心距 e 。 要求提供测试方案，并给出载荷 F、 已知材料 偏心距 e与应变仪读数应变 R 之间的关系。 的弹性模量为 E ；立柱的横截面面积为 A 、抗弯截面 系数为 Wz 。 解：（1）测定载荷 F 立柱为拉弯组合变形，其中 轴力 FN F、 弯矩 M Fe。 布片方案如图a所示。采用 全桥接线， 其中 R1 、R4 为 R2 、R3 为温度补偿片。 工作片，
a) e
F
e R1
F
R2
R4
R1 R3 R4
M 表示由弯矩引起的 若用 F 表示由轴力引起的应变， T 表示由温度变化引起的应变，则四个桥臂的 应变，
感受应变分别为
电测法简介
2 3 T 、 4 F M T 1 F M T 、
R3
R4
1 F T 、 2 F T 、 3 4 0
R 1 2 3 4 1 F 再根据胡克定律，即得应力 与读数应变 R 之间的关
系为
E R 1
电测法简介
◆注意：方案二中，尽管没有专门布置温度补偿片，但温
电测法简介
数应变 R 之间的关系。已知材料的弹性模量为 E 、泊松 比为 。
F F
[例13-1] 用电测法测定如下图所示轴向拉杆横截面上的 正应力 。试确定测试方案，并给出应力 与应变仪读
解：在测量过程中，被测构件环境温度的变化，将会影 响应变片的读数应变，因此，必须设法在测试结果中消 除温度的影响。
R 1 2 3 4 2
根据胡克定律与梁的正应力计算公式，
M E EWz 将下式代入上式，即得弯矩 M 与应变仪读数应变 R 之
间的关系为
EWz M R 2
电测法简介
（2）方案二 布片方案如图b所示，采用全桥接线。请大家自行证明， 此时灵敏度增加1倍，弯矩 M 与应变仪读数应变 R 之间 的关系为
两层绝缘薄膜中制作而成的。应变片中的栅状金属丝或 金属箔称为敏感栅。
电测法简介
试验表明，在一定条件下，应变片敏感栅的电阻变化率 R R 与敏感栅沿长度方向的线应变 成正比，即有
R K R
式中，比例系数 K 称为应变片的灵敏系数，其值与敏感 栅的材料以及应变片构造有关，可通过试验测定。常用 应变片的灵敏系数 K 为1.7 ~ 3.6 。 由上式知，只要测出应变片的电阻变化率 R R ，即可 确定相应的线应变 。
金属电阻应变片——电阻应变效应
电阻应变片，简称应变片，是电测法的传感元件。 实际测量时，将应变片粘贴在被测构件的表面，使 其随同构件变形，将构件测点处的应变转换为应变 片的电阻变化；然后，通过专门的测量仪器，如电 阻应变仪，测出构件测点处的实际应变；最后再由 胡克定律，即得到构件测点处的实际应力。
电测法简介
电测法简介
（1）方案一 采用半桥接线：如图a所示， R1 为用于实际测量的应变片，
R2 为用于消除温度 简称工作片，沿轴向粘贴在杆件上；
影响的应变片，简称温度补偿片，粘贴在不受载荷作用 R1、 的温度补偿块上； R3 与 R4 为应变仪内部的固定电阻。 R2 与 R3 、 R4 的电阻值相同。温度补偿块与杆件的材料相 同，并处同一温度环境中。
度的影响已自动消除；同时，方案二的读数应变是实际 应变的 1 倍，从而提高了测量的灵敏度。
电测法简介
[例13-2] 用电测法测定下图所示纯弯曲梁所受弯矩 M 。 试确定测试方案，并给出弯矩 M 与应变仪读数应变 R
之间的关系。已知材料的弹性模量为 E ；梁的抗弯截 面系数为 Wz 。
电阻改变量分别为 R1 、R2 、R3 和 R4 ，则可得，此 时电桥的输出电压为
U R1 R2 R3 R4 U 4 R R R R
电测法简介
式中，R 为应变片的初始电阻。 再变换上式，即得电桥输出电压 U 与应变片感受应变 i 之间的关系
R1 R1
F
F
R2
R2
R3
R4
a)
电测法简介
T 表示由温度变化引 用 F 表示由载荷引起的轴向应变， 起的应变，则四个桥臂的感受应变分别为
1 F T 、 2 T 、 3 4 0
即得应变仪的读数应变
R 1 2 3 4 F
EWz
b)
电测法简介
[例13-4] 用电测法测定下图所示扭转圆轴的最大切应力
max 。试确定测试方案，并给出最大切应力 max 与应变 仪读数应变 R 之间的关系。已知材料的弹性模量为E 、 泊松比为 。
Me Me
a)
b)
解：圆轴扭转时，外表面任一点处于纯剪切应力状态
（见图b）。其中，切应力 即为最大切应力 max ；主
KU U 1 2 3 4 4
由于KU 4 为常数，故可以将应变仪的输出按照应变来 标定，从而直接得到应变读数为
4U R 1 2 3 4 KU
◆应变仪的读数应变
R为各应变片感受应变 i 的线性叠
加，其中，相邻桥臂的应变异号，相对桥臂的应变同号。 这一特性十分重要，利用它，通过适当的组桥接线，可 以解决电测实验中的许多实际问题。
电测法简介
第十三章：电测法简介
余 辉 yuh@
电测法简介
§13-1 引
言
解决工程实际问题的常见方法：
理论分析的方法；
实验分析的方法；
数值分析的方法。
电测法简介
一、实验应力分析的概念：
实验应力分析就是通过实验来研究和分析受力构 件中应力大小及其分布规律的方法
二、常见实验应力分析的方法：
电测法——点测量； 光测法； 全息光弹性法——可测得应力场的全貌； 云文法；
涂层法。
电测法简介
三、电测法的优点：
灵敏度高；
传感元件小； 适应性强； 此外还有：可进行远距离测量；便于模拟或数 值记录等优点。
电测法简介
§13-2 电测法的基本原理
电测法又称为电阻应变量测技术，是通过贴在构
若再粘贴两个应变片，采用全桥接线，则其测量灵敏度 可提高一倍，请大家自行证明。
电测法简介
Questions/Comments？
电测法简介
That’s all for today!
方向为 45 方向；主应力 1 3 max ；主应变
1 3 。布片方案如图a所示，采用半桥接线（见图c），
Me
R2 R1
R1 R2
电测法简介
45
Me
R3 R4 c)
45
a)
b)
R3 与 R4 为应变仪内部的固定电阻。此时，四个桥臂的
感受应变分别为
1 1 T 、 2 3 T 1 T 、3 4 0
常用的电阻应变片有丝绕式 和箔式两种。
绝缘薄膜 敏感栅 引线 绝缘薄膜 敏感栅 引线
丝绕式应变片是用直径为 0.02mm ~ 0.05mm 的康铜 （镍铜合金）丝或镍铬合金丝绕成栅状，粘贴在两层绝 缘薄膜中制作而成；箔式应变片则是用厚度为 0.003mm
~ 0.01mm 的康铜箔或镍铬合金箔腐蚀成栅状，粘贴在
再根据胡克定律，即得横截面上的正应力
E R
电测法简介
（2）方案二 采用半桥接线：如图所示， R1 、R2 分别沿杆件的轴向、 横向粘贴； R3 与 R4 为应变仪内部的固定电阻。R1 、R2 与
R3 、R4 的电阻值相同。
F
R1 R2
R1
R2
F
此时，四个桥臂的感受应变分别为
即得应变仪的读数应变
电测法简介
工作片
R1 A R3 D E B
R1 RT RT E U BD ( ) 4 R1 R2 R2 E K ( 1 T T ) 4 温度补偿片 E C K 1 固定电阻 4 R4 总结：温度补偿的三原则：
1、工作片和补偿片为等种应 变片；
相同应变片R1、R2，R1贴在构 件受力处，R2贴在附近不受力 处，环境温度对R1、R2引起的 阻值变化相同，为RT，则：
U
电测法简介
当桥臂电阻满足
R1R4 R2 R3
时，则电桥的输出电压 U 0 ，称为电桥平衡。 在进行电测实验时，若将粘贴在构件上的初始电阻完全 相同的四个应变片组成电桥的四个桥臂，则在构件受力 变形前，电桥平衡，没有输出。当构件受力变形后，设 2、 3 和 4 ，相应的 四个应变片感受的应变分别为 1、
即得应变仪的读数应变
R 1 2 3 4 2 F
根据胡克定律，
F F E EA 联立上两式，得载荷 F 与应变仪读数应变 R 之间的关 EA 系为 F R 2
F
电测法简介
（2）测定偏心距 e 布片方案如图b所示。采用半桥接线，其中 R1 、 R2 为工作片， R3 、R4 为应变仪内部的固定电阻。此时，四 个桥臂的感受应变分别为
电测法简介
三、电桥接法及温度补偿