静态电阻应变仪的使用和应变片在电桥中的接桥方法

【关键字】实验实验一接桥方式和静态电阻应变仪的使用一、实验目的和要求⒈利用不同的电桥桥路组合进行应变测量，了解提高测量灵敏度和消除误差影响的方法，从而掌握用这种方法解决测量中的实际问题。

⒉了解温度效应，并懂得消除方法。

⒊熟悉静态应变仪的功能和使用。

二、实验仪器和设备DH-3815N 静态应变尝试系统1 套贴有应变片的等强度梁1 根砝码（40N）1 组电吹风1 只其他工具若干三、实验内容和步骤⒈准备⑴由指导教师介绍仪器的功能和使用方法。

⑵熟悉应变仪及其配套软件的使用方法（详见仪器使用说明书）。

⑶开机预热10 分钟。

注意：该仪器功能比较多，具体操作须由指导教师现场指导。

⒉静态应变测量（等强度梁的材料参数：b=4.58cm、h=0.378cm、L=30cm）图1-1图1-2 接桥方式根据图1-1 及图1-2 进行以下操作。

应变仪桥路方式为“方式二”。

（对于“DH-3815N 静态应变尝试系统”，可由设置不同的“桥路方式”来决定测量的类型。

如直接测出被测物的拉压应变或弯曲应变。

）⑴半桥测量具体联接形式见表1-4 的“方式二”或“方式三”的“与采集箱的连接”。

①按图1-2(a)进行接线：应变仪接线柱Eg、Vi+两点接上纵向片（即图1-1 上的1号片，下同），Vi+、0 接温度补偿片。

每级加载10N，每加一级荷载（包括0 荷载）记录一次读数（填于表1-1 中），分四级加载至40N。

再分四级卸载至零，同样每级记录读数，并看其回零否。

再重复二次。

将最后加载40N 的读数再记录于表1-2 的第一栏中。

②按图1-2(b)进行接线：应变仪接线柱+Eg、Vi+接上纵向片（1 号片），Vi+、-Eg 接上横向片（3 号片）。

一次加载40N，读取数据，记录于表1-2 中的第二栏。

③按图1-2(c)进行接线：应变仪接线柱+Eg、Vi+接上纵向片（1 号片），Vi+、-Eg 接下纵向片（4 号片）。

一次加载40N，读取数据，记录于表1-2 中的第三栏。

实验静态电阻应变仪的使用与桥路连接一、实验目的1．掌握在静载荷下，使用静态电阻应变仪单点应变和多点应变测量的方法。

2．熟悉电阻应变片半桥、全桥的接线方法并测定等强度梁逐级加载的应变值。

二、试验设备及仪器1．等强度梁2．静态电阻应变仪3．数字万用表、游表卡尺三、实验原理L等强度梁的应力等强度梁如图3—1所示，其截面为矩形；高为A；宽度6，随J的变化而变化，有效长度段的斜率为tgah——等强度梁截面高度；在等强度梁的上表面粘贴纵向电阻应变片，用电阻应仪可以测得在外力户作用下的应变值‘，根据虎克定律可得到应力实验值，即可将实验测得的应力值实与理论应力值dg加以比较分析。

四、电阻应变法电阻应变法测量主要由电阻应变片和电阻应变仪组成。

1，电阻应变片电阻应变片(简称应变片)是由很细的电阻丝绕成栅状或用很薄的金属箔腐蚀成栅状，并用胶水粘在两层绝缘薄片中制成的，如图2—1所示。

栅的两端各焊一小段引线，以供试验时与导线联接。

实验时，将应变片用专门的胶水牢固地粘贴在构件表面需测应变片。

当该部位沿应变片L方向产生线变形时，应变片亦随之一起变形，应变片的电阻值也产生了相应的变化。

其中R——应变片的初始电阻值；ΔR——应变片电阻变化值；K——应变片的灵敏系数，表示每单位应变所造成的相对电阻变化。

由制造厂家抽样标定给出的，一般K值在2．0左右。

2．电阻应变仪由电阻应变片将构件应变‘转换成电阻片的电阻变化AR，而应变片所产生的电阻变化是很微小的。

通常用惠斯顿电桥方法来测量，如图3—2所示。

电阻构成电桥的四个桥壁。

在对角节点AC上接上电桥工作电压正，另一对角点BD为电桥输出端，输出端电压Ueo。

当四个桥臂上电阻值满足一定关系时，电桥输出电压为零，此时，称电桥平衡。

由电工原理可知，电桥的平衡条件为(3-4)若电桥的四个桥臂为粘贴在构件上的四个应变片，其初始电阻都相等，即R1,R2,R3和R4构件受力前，电桥保持平衡，即U BD。

DH-3818静态应变测试仪使用方法一、概述DH-3818静态应变测试仪集数据采集箱、微型计算机及支持软、硬件构成。

可自动/手动、准确、可靠、快速进行静态应变测量。

广泛用于机械、土木、航空航天、国防、交通等领域。

若配接合适的应变式传感器，还可对压力、扭矩、位移、温度等物理量进行测量。

测试仪具有自动平衡功能，内置标准电阻，可方便实现全桥、半桥及1/4桥（公用补偿片）连接。

二、主要技术指标1．测量点数：每台静态应变测试仪有1——10个通道，最多可同时测10点。

每台计算机可控制10台静态应变测试仪；2．程控状态下采集速度：10测点/秒；3．测试应变范围：±19999με4．分辨率：1με5．系统不确定度：小于0.5％±3με（程控状态）6．零漂：≤4με/2h（程控状态）7．自动平衡范围：±15000με，灵敏度系数K＝2、120Ω应变计阻值误差的1.5％；8．电源电压：220V±10%，50Hz±1%三、工作原理1．WESTONE电桥测量原理现以1/4桥，120Ω桥臂电阻为例，加以阐述。

如图1所示：图1左侧为WESTONE电桥（Eg），C端系直流电源负极(O)。

B端、D端分别为输出信号的V i+、V i-端。

第一桥臂（AB）为测量片电阻R g（120Ω），第四桥臂（AD）为补偿片电阻R（120Ω），第二、三桥臂（BC、CD）为仪器内标准图1 测量原理电阻R （120Ω）。

由电桥原理，电桥的输出电压V i 为：εK E V g i 25.0= E g 为桥压（DC 2V ）、 K 为应变片灵敏系数、ε为输入应变量με，低漂移仪表放大器的输出电压V o 为：εK E K .V K V g F i F o 250==K F 为放大器的增益，故 Fg o KK E V 4=ε (1) 当E g ＝2 V K ＝2时，（1）式为：ε＝F K V 0 对于1/2桥（半桥）电路Fg o KK E V 2=ε (2) 对于全桥电路 Fg o KK E V =ε (3) 这样，测量结果由软件加以修正即可。

测量电桥的特性及应用一、测量电桥的基本特性和温度补偿在结构强度的实验分析中，构件表面的应变测量主要是使用应变电测法，即将电阻应变计粘贴在构件表面，并正确地接入测量电路，从而得到构件表面的应变。

应变电测法的基本测量电路是电桥。

测量电桥是由应变计作为桥臂，作用是将应变计的电阻变化转化为电压或电流信号。

在测量时，将应变计粘贴在各种被测试件上，组成电桥，并利用电桥的特性提高读数应变的数值，或从复杂的受力构件中测出某一内力分量(如轴力、弯矩等)。

1. 测量电桥的基本特性设电桥的四个桥臂接上应变计,电阻分别为1234R R R R R ====(见图一)，如果桥臂电阻改变1234R R R R ∆∆∆∆、、、,则输出电压为： 0312412344i u R R R R u R R R R ⎛⎫∆∆∆∆=--+ ⎪⎝⎭(1)式中：0u 为电桥的桥压，i u 为电桥的输出电压。

若四个桥臂上的应变计的灵敏系数均为K ，即ii R K Rε∆=，则输出电压： ()012344i uu K εεεε=--+ (2)式中：1234εεεε、、、分别为应变计1234R R R R 、、、所感受的应变值。

应变仪的输出应变为：123404id u u Kεεεεε==--+ (3) 由式(3)可见，电桥有下列特性：(1)两相邻桥臂上应变计的应变相减。

即应变同号时，输出应变为两邻桥臂应变之图一 电桥差；异号时为两相邻桥臂应变之和。

(2) 两相对桥臂上应变计的应变相加。

即应变同号时，输出应变为两相对桥臂应变之和；异号时为两相对桥臂应变之差。

应变仪的输出应变实际上就是读数应变，所以合理地、巧妙地利用电桥特性，可以增大读数应变，并且可测出复杂受力杆件中的内力分量。

2. 温度的影响与补偿在测量时，被测构件和所粘贴的应变计的工作环境是具有一定温度的。

当温度发生变化时，应变计将产生热输出t ε。

显然，热输出t ε不包含结构因受载而产生的应变，即使结构处在不承载且无约束状态,t ε仍然存在。

静态电阻应变仪的使用及桥路连接实验报告实验目的：1.了解静态电阻应变仪的基本原理和使用方法；2.掌握应变桥的连接方法；3.进行应变桥连接实验，探究不同桥路连接对测量结果的影响。

实验器材：1.静态电阻应变仪；2.应变传感器；3.应变片；4.桥路连接器；5.电源；6.数字示波器或多用表；7.平行导轨；8.弹簧片。

实验原理：静态电阻应变仪通过测量材料的电阻变化来获取应变信息。

它将应变传感器与一个标准电阻连接成一个电阻桥。

当材料受到应变时，应变传感器的电阻产生变化，进而改变整个电阻桥的平衡状态，此时通过测量电桥的平衡电压来间接测量应变大小。

实验步骤：1.将应变片粘贴在平行导轨上，确保应变片与导轨平行；2.将应变传感器连接到静态电阻应变仪的输入端口；3.将导轨连接到静态电阻应变仪的输出端口；4.选择合适的电源电压，并将电源接入静态电阻应变仪；5.设置示波器或多用表，选择合适的测量模式；6.开始实验前，对静态电阻应变仪进行调零操作，将平衡电压调整到零；7.进行不同桥路连接实验：a.选择合适的应变桥连接方式（如全桥、半桥、四分之一桥等）；b.分别进行相应的调零操作，确保平衡电压为零；c.施加不同大小的应变，记录相应的平衡电压；d.根据平衡电压和已知应变的关系，计算材料的应变值。

8.将数据整理成表格，进行结果分析。

实验数据记录与分析：桥路连接方式，施加应变（με），平衡电压（mV）----------，-------------，-------------全桥，1000，3.2半桥，500，1.6四分之一桥，250，0.8根据实验数据可以得出以下结论：1.当应变传感器与电阻桥连接时，不同的桥路连接方式会影响测量结果的灵敏度和测量范围；2.全桥连接方式具有最大的灵敏度和测量范围，能够检测到较小的应变；3.半桥和四分之一桥连接方式适用于应变较大的情况，能够提高测量精度。

结论：通过静态电阻应变仪的使用及桥路连接实验，我们了解了静态电阻应变仪的基本原理和使用方法，并掌握了应变桥的连接方法。

一、电阻应变片粘贴技术一、实验目的1.了解电阻应变片的结构、规格、用途等。

2.学会设计布片方案。

3.掌握选片、打磨、粘贴、接线、固定、防护等操作工艺和技术。

二、实验设备及器材1.YD－88便携式超级应变仪。

2.QJ23型电桥。

3.试件、应变片、砂布、镊子、丙酮、药棉、502胶水、玻璃纸等。

4.试件见图1-5。

三、实验原理应变片的构造很简单。

把一条很细具有高电阻率的金属丝，在制片机上排绕后，用胶水粘在两片薄纸之间，再焊上较粗的引出线，就成了早期常用的丝绕式应变片。

应变片一般由敏感栅（即金属丝）、粘结剂、基底、引线及覆盖层五部分组成。

如将应变片固定在被测构件表面上，金属丝随构件一起变形，其电阻值也随之发生变化，而且，这电阻变化与构件应变有确定的线性关系。

应变片已有多种类型，若按敏感栅所用材料来分，有丝绕式应变片、箔式应变片和半导体应变片。

前两种的敏感栅是以金属丝或箔制成，可统称为金属式应变片，工作原理是基于金属丝的电阻应变效应；半导体应变片则是一类较新品种，具有一些独特的优点。

无论何类应变片，其构成不外基底、敏感栅和引线三大部分。

引线是从敏感栅到测量导线之间的过渡部分，用以将敏感栅接入测量电路。

基底用来保持敏感栅及其与引线接头部的几何形状，在应变片安装以后，由它将构件变形传递给敏感栅，并在金属构件与敏感栅之间起绝缘作用。

目前常见的电阻片有以下几种：（1）丝绕式用电阻丝盘绕电阻片称为丝绕式电阻片（见图1-1和图1-2a），目前广泛使用的有半圆弯头平绕式，这种电阻片多用纸底和纸盖，价格低廉，适于实验室广泛使用，缺点是精度较差，横肉向效应系数较大。

（2）短接式这种电阻片的制作比较容易，在一排拉直的电阻丝之间，在预定的标距上用较粗的导线相间地造成短路，这种电阻片有用纸底的，也有用胶底的（见图1-2b）。

短路接式电阻片的优点是几何形状比容易于保证，而且横向效应系数近于零。

图1-2（3）箔式电阻片它是在合金箔（康铜箔或镍铬箔）的一面涂胶形成胶底，然后在箔面上用照相腐蚀成形法制成的(见图1-2c)，所以几何形状和尺寸非常精密，而且由于电阻丝部分是平而薄的矩形截面，所以粘贴牢固，丝的散热性能好，横向效应系数也较低，和丝绕式应变片相比，箔式片有下列优点：a.随着光刻技术的发展，箔式片能保证尺寸准确、线条均匀，故灵敏系数分散性小。

实验四 电阻应变片在电桥中的接法应变片感受的是构件表面某点的拉应变或压应变。

在实际构件中，这个应变可能是由多种内力因素造成的。

有时，只需测出由某种内力因素造成的应变，而要求把其余部分的应变从结果中排除掉。

诚然，应变片本身不会分辩它示值中的各应变成分，但只要合理选择贴片位置，方位把应变片合理地接入电桥，就能利用电桥的性质，从比较复杂的组合应变中测出指定成分而排除其它成分。

一、实验目的1、掌握在静载荷下使用电阻应变仪的单点测量方法。

2、学会应变电桥的半桥，全桥接法。

3、测定弯扭组合构件中的弯矩M 及扭矩T 并与理论值对照。

二、仪器和设备1、弯扭组合装置2、静态电阻应变仪三、实验原理与方法电阻应变仪的电桥输出电压U 与各桥臂应变片的指示应变1e 有下列关系1234()4EK U e e e e =-+- 其中1e 、2e 、3e 、4e 分别为各桥臂应变片的指示应变，K 为应变片灵敏系数，E 为桥压。

对于弯扭组合构件，(见图4-1)我们根据材料力学中组合变形知识，可得出各点的应力为弯曲与扭转的组合M T s s s =+，那么，我们可以通过电桥的不同连接，把其分离，从而分别测出其e 弯、e 扭算出其弯矩及扭矩。

图4-1四、实验步骤1、利用I-I 截面上、下两个直角应变花设计出分别用电桥的全桥、半桥连接方法。

测量弯矩e 弯、扭矩e 扭2、按设计连接方法接入电阻应变仪。

3、分级加载50N P =、100N 、150N 、200N(P ∆=50N)加卸载三次测量出e 弯、e 扭。

五、实验报告要求1、画出电桥连接方法图。

2、画出测试结果表。

3、计算出弯矩M 及扭转T 值。

4、分析引起误差的主要因素。

实验5静态电阻应变仪的使用与桥路连接静态电阻应变仪（Static strain gauge）是一种用于测量材料应变的传感器，常用于材料力学实验和工程应变测量领域。

在实验中，将静态电阻应变仪与桥路连接可以提高测量的精确度和可靠性。

以下将详细介绍静态电阻应变仪的使用和桥路连接方法。

一、静态电阻应变仪的使用1.静态电阻应变仪的构造静态电阻应变仪由一个金属箔片和一根细导线组成。

金属箔片有很高的电阻，当受到应变时，箔片的长度和宽度会发生微小的变化，导致电阻值发生改变。

细导线起到连接箔片和测量仪器的作用。

2.安装静态电阻应变仪将静态电阻应变仪粘贴到需要测量应变的材料表面，确保箔片与表面紧密贴合，以保证准确测量应变。

箔片的方向可以根据需要选择。

3.静态电阻应变仪的连接将细导线连接到测量仪器的相应引脚上。

4.调零和校准在进行测量之前，需要进行调零和校准操作。

调零是将测量仪器的零点调整到零位，以消除仪器本身的误差。

校准是将已知应变值施加到静态电阻应变仪上，根据测量结果调整仪器读数，以提高测量精度。

二、桥路连接1.桥路概述桥路是一种常用的电路连接方式，可以通过比较电阻的变化来测量应变。

常见的桥路连接有全桥、半桥和四分之一桥。

2.全桥连接全桥连接是将四个静态电阻应变仪组成一个平衡桥路。

一般情况下，两个电阻应变仪位于测量区域两侧，另外两个电阻应变仪位于参考区域两侧。

当受力施加到测量区域时，测量区域两个电阻应变仪的电阻值发生改变，从而引起电桥失去平衡。

通过调整电桥的平衡能够测量出应变值。

3.半桥连接半桥连接是将两个静态电阻应变仪组成一个平衡桥路。

一般情况下，一个电阻应变仪位于测量区域，另一个电阻应变仪位于参考区域。

当受力施加到测量区域时，测量区域电阻应变仪的电阻值发生改变，从而引起电桥失去平衡。

通过调整电桥的平衡能够测量出应变值。

4.四分之一桥连接四分之一桥连接是将一个静态电阻应变仪连接到电桥的一个侧臂，另一个侧臂为零电阻或恒定电阻。

YJ-4501A静态数字电阻应变仪使用说明书上海疆海工贸有限公司南京航空航天大学监制一． 概述电阻应变仪是实验应力分析中电测法所必需的测试仪器。

随着科学技术不断发展，测试仪器也在日新月异地发展。

我们集多年应变电测技术的实践工作经验，并总结了电测实验教学、力学实验教学以及科研、生产、现场测试等实践工作中的经验，研究开发了适用于现代教学、科研、生产及应变测试的新一代的测试仪器——YJ-4501A 静态数字电阻应变仪。

YJ-4501A 静态数字电阻应变仪采用直流电桥、低漂移高精度放大器、大规模集成电路、A/D 转换器及微计算机技术并带有RS-232接口。

具有4 1/ 2 位数字显示，测量简便精度高、准确可靠稳定性好、易于组成测试网络、便于维修等优点。

本机带有12个通道，并可扩展测量通道。

YJ-4501A 静态数字电阻应变仪适用于航空航天、机械制造、土木建筑、水力发电、机车车辆、铁路运输、汽车结构、矿井设备、船舶、桥梁等研究、制造机构中的应变测试。

如配接相应的传感器，可测量重力、压力、扭矩、位移、温度等物理量。

二．主要技术指标1． 应变测量范围 0~±19999με2． 分辨率 1με/ 每个字3． 测量精度 小于测量值±（0.2%±2个字）4． 稳定性 ±2με/H5． 灵敏系数 1.8~2.56． 电阻平衡范围 0.6Ω7． 电桥电压 直流2V8． 测量通道 12个通道9． 电源电压 交流220V 50HZ10．外形尺寸 370×250×9011．重量 3 KG三．基本工作原理YJ-4501A 静态数字电阻应变仪的基本原理方框图如图1所示：应变测量时，欲测试件或构件表面某点的相对变化量ΔL/L 即应变ε，将阻值为R 的电阻应变片粘贴在试件或构件被测处，当试件或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，根据金属丝的应变-电阻效应，应变片阻值发生变化，在一定范围内，应变片电阻的相对变化量ΔR/ R 与试件或构件的相对变化量成线性关系，即εK LL K R R =Δ=Δ （1） 式中K 称为应变片的灵敏系数。