電阻應(yīng)變測量原理及方法

1、目錄電阻應(yīng)變測量原理及方法 31.概述 32.電阻應(yīng)變片的工作原理、構(gòu)造和分類 42.1 電阻應(yīng)變片的工作原理 42.2 電阻應(yīng)變片的構(gòu)造 52.3 電阻應(yīng)變片的分類 73.電阻應(yīng)變片的工作特性及標定 1. 03.1 電阻應(yīng)變片的工作特性 1. 03.2 電阻應(yīng)變片工作特性的標定 1. 54.電阻應(yīng)變片的選擇、安裝和防護 1. 94.1 電阻應(yīng)變片的選擇 1.94.2 電阻應(yīng)變片的安裝 2.04.3 電阻應(yīng)變片的防護 2.25.電阻應(yīng)變片的測量電路 2.25.1 直流電橋 2.35.2 電橋的平衡 2.65.3 測量電橋的基本特性 2.75.4 測量電橋的連接與測量靈敏度 2. 86.電阻應(yīng)變

2、儀 3.56.1 靜態(tài)電阻應(yīng)變儀 3.66.2 測量通道的切換 3.86.3 公共補償接線方法 4.17.應(yīng)變- 應(yīng)力換算關(guān)系 4.27.1 單向應(yīng)力狀態(tài) 4.27.2 已知主應(yīng)力方向的二向應(yīng)力狀態(tài) 4. 37.3 未知主應(yīng)力方向的二向應(yīng)力狀態(tài) 4. 38.測量電橋的應(yīng)用 4.58.1 拉壓應(yīng)變的測定 4.58.2 彎曲應(yīng)變的測定 4.98.3 彎曲切應(yīng)力的測定 5.18.4 扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力的測定 5.28.5 內(nèi)力分量的測定 5.3電阻應(yīng)變測量原理及方法1. 概述電阻應(yīng)變測量方法是實驗應(yīng)力分析方法中應(yīng)用最為廣泛的一種方法。該方法是用應(yīng)變敏感元件一一電阻應(yīng)變片測量構(gòu)件的表面應(yīng)變，再根據(jù)應(yīng)變一應(yīng)力關(guān)

3、系得到構(gòu)件表面的應(yīng)力狀態(tài)，從而對構(gòu)件進行應(yīng)力分析。電阻應(yīng)變片（簡稱應(yīng)變片）測量應(yīng)變的大致過程如下：將應(yīng)變片粘貼或安裝在被測構(gòu)件表面，然后接入測量電路（電橋或電位計式線路），隨著構(gòu)件受力變形，應(yīng)變片的敏感柵也隨之變形，致使其電阻值發(fā)生變化，此電阻值的變化與構(gòu)件表面應(yīng)變成比例，測量電電阻測量AU放大miAU*應(yīng)變片*電路電路*己錄上圖1用電阻應(yīng)變片測量應(yīng)變的過程路輸出應(yīng)變片電阻變化產(chǎn)生的信號，經(jīng)放大電路放大后，由指示儀表或記錄儀器指示或記錄。這是一種將機械應(yīng)變量轉(zhuǎn)換成電量的方法，其轉(zhuǎn)換過程如圖1所示。測量電路的輸出信號經(jīng)放大、模數(shù)轉(zhuǎn)換后可直接傳輸給計算機進行數(shù)據(jù)處理。電阻應(yīng)變測量方法又稱應(yīng)變電測法

4、，之所以得到廣泛應(yīng)用，是因為它具有下列優(yōu)點1 .測量靈敏度和精度高。其分辨率達1微應(yīng)變（卩）, 1微應(yīng)變=10 -6應(yīng)變（）2 .測量范圍廣?？蓮?1微應(yīng)變測量到2萬微應(yīng)變。3 .電阻應(yīng)變片尺寸小，最小的應(yīng)變片柵長為0.2毫米；重量輕、安裝方便，對構(gòu)件無附加力，不會影響構(gòu)件的應(yīng)力狀態(tài)，并可用于應(yīng)力梯度變化較大的應(yīng)變的測量。4 .頻率響應(yīng)好。可從靜態(tài)應(yīng)變測量到數(shù)十萬赫的動態(tài)應(yīng)變。5由于在測量過程中輸出的是電信號，易于實現(xiàn)數(shù)字化、自動化及無線電遙測。6 .可在高溫、低溫、高速旋轉(zhuǎn)及強磁場等環(huán)境下進行測量。7 .可制成各種高精度傳感器，測量力、位移、加速度等物理量。該方法的缺點是：1 .只能測量構(gòu)件

5、表面的應(yīng)變，而不能測構(gòu)件內(nèi)部的應(yīng)變。2.一個應(yīng)變片只能測定構(gòu)件表面一個點沿某一個方向的應(yīng)變，不能進行全域性的測量。3 .只能測得電阻應(yīng)變片柵長范圍內(nèi)的平均應(yīng)變值，因此對應(yīng)變梯度大的應(yīng)力場無法進行測量。2. 電阻應(yīng)變片的工作原理、構(gòu)造和分類2.1電阻應(yīng)變片的工作原理由物理學可知，金屬導(dǎo)線的電阻值 R與其長度L成正比，與其截面積A成反比，若金屬導(dǎo)線的電阻率為，則用公式表示為(1)當金屬導(dǎo)線沿其軸線方向受力而產(chǎn)生變形時，其電阻值也隨之發(fā)生變化，這一現(xiàn)象稱為應(yīng)變-電阻效應(yīng)。為了說明產(chǎn)生這一效應(yīng)的原因，可將式（1）取對數(shù)并微分，得(1a)dR dR-J I式中一為金屬導(dǎo)線長度的相對變化，可用應(yīng)變表示，即

6、dLL(1b)dA為導(dǎo)線截面積的相對變化，若導(dǎo)線直徑為D，則AdA 2dDA DdL(1c)式中為導(dǎo)線材料的泊松比。將式（1b）和（c）代入式（1a）即可得dR dR(1 2 )式（2）表明，金屬導(dǎo)線受力變形后，由于其幾何尺寸和電阻率發(fā)生變化，從而使其電阻發(fā)生變化?？梢栽O(shè)想，若將一根金屬絲粘貼在構(gòu)件表面上，當構(gòu)件產(chǎn)生變形時，金屬絲也將隨之變形，利用金屬絲的應(yīng)變-電阻效應(yīng)就可將構(gòu)件表面的應(yīng)變量直接轉(zhuǎn)換為電阻的相對變化量。電阻應(yīng)變片就是利用這一原理制成的應(yīng)變敏感元件。若令Ks(3)則式（2）寫成dRRKs(4)Ks為金屬導(dǎo)線（或稱金屬絲）的靈敏系數(shù)，它表示金屬導(dǎo)線對所承受的應(yīng)變量的靈敏 程度。由式

7、（3）看出，這一系數(shù)不僅與導(dǎo)線材料的泊松比有關(guān)，且與導(dǎo)線變形后電阻率 的相對變化有關(guān)。我們希望金屬導(dǎo)線電阻的相對變化與應(yīng)變量之間呈線性關(guān)系，即希望 Ks為常數(shù)。實驗表明，大多數(shù)金屬導(dǎo)線在彈性范圍內(nèi)電阻的相對變化與應(yīng)變量之間是呈線 性關(guān)系的，在金屬導(dǎo)線的彈性范圍內(nèi)（1+2）值一般在1.41.8之間。2.2電阻應(yīng)變片的構(gòu)造不同用途的電阻應(yīng)變片，其構(gòu)造不完全相同，但一般都由敏感柵、引線、基底、蓋層和粘結(jié)組劑成，其構(gòu)造簡圖如圖2所示。敏感柵是應(yīng)變片中將應(yīng)變量轉(zhuǎn)換成電量的敏感部分，是用金屬或 半導(dǎo)體材料制成的單絲或柵 狀體。敏感柵的形狀與尺寸直 接影響應(yīng)變片的性能。敏感柵 如圖3所示，其縱向中心線 稱為

8、縱向軸線，也是應(yīng)變片 的軸線。敏感柵的尺寸用柵引線蓋層圖2電阻應(yīng)變片的構(gòu)造圖3應(yīng)變片敏感柵尺寸長L和柵寬B來表示。柵長指敏感柵在其縱軸方向的長度，對于帶有圓弧端的敏 感柵，該長度為兩端圓弧內(nèi)側(cè)之間的距離，對于兩端直線的敏感柵，則為兩直線 內(nèi)側(cè)的距離；在與軸線垂直的方向上敏感柵外側(cè)之間的距離為柵寬。柵長與柵寬代表應(yīng)變片的標稱尺寸。一般應(yīng)變片柵長在0.2毫米至100毫米之間。引線用以從敏感柵引出電信號的鍍銀線狀或鍍銀帶狀導(dǎo)線，一般直徑在0.150.3毫米之間?；子靡员３置舾袞?、引線的幾何形狀和相對位置的部分，基底尺寸通常代表應(yīng)變片的外形尺寸。粘結(jié)劑 用以將敏感柵固定在基底上，或者將應(yīng)變片粘結(jié)在被

9、測構(gòu)件上，具有一定的電絕緣性能。蓋層用來保護敏感柵而覆蓋在敏感柵上的絕緣層。2.3電阻應(yīng)變片的分類1 .按應(yīng)變片敏感柵材料分類根據(jù)應(yīng)變片敏感柵所用的材料不同可分為金屬電阻應(yīng)變片和半導(dǎo)體應(yīng)變片。半導(dǎo)體應(yīng) 變片的敏感柵是由鍺或硅等半導(dǎo)體材料制成的；金屬電阻應(yīng)變片則又分為金屬絲式應(yīng)變 片、金屬箔式應(yīng)變片和金屬薄膜應(yīng)變片。a.金屬絲式應(yīng)變片金屬絲式應(yīng)變片的敏感柵是用 直徑為0.010.05毫米的鎳合金或 鎳鉻合金的金屬絲制成的，它有絲繞式和短接式兩種，見圖4。前者是用絲繞式棗接式圖4金屬絲式應(yīng)變片一根金屬絲繞制而成，敏感柵的端部呈圓弧形；后者則是用數(shù)根會屬絲排列成縱柵，再用 較粗的金屬絲與縱柵兩端交錯

10、焊接而成，敏感柵端部是平直的。絲繞式應(yīng)變片敏感柵的端部呈圓弧形，當被測構(gòu)件表面存在兩個方向應(yīng)變時（即平面應(yīng)變狀態(tài)）敏感柵不但感受軸線方向的應(yīng)變，同時還能感受到與軸線方向垂直的應(yīng)變，這 就是電阻應(yīng)變片的橫向效應(yīng)。絲繞式應(yīng)變片的橫向效應(yīng)較大，測量精度較低，且端部圓弧部分形狀不易保證，因此，絲繞式應(yīng)變片性能分散。短接式應(yīng)變片敏感柵的端部平直且較粗，電阻值很小，故其橫向效應(yīng)很小， 加之制造時敏感柵形狀較易保證，故測量精度較高。但由于敏感柵中焊點較多，容易損壞，疲勞壽命較低。b .金屬箔式應(yīng)變片度為0.0020.005毫米的金屬箔（銅鎳合金或鎳鉻合圖5金屬箔式應(yīng)變片 金）作為敏感柵的材料。該應(yīng)變片制作大

11、致分為刻圖、圖6金屬箔式應(yīng)變片制作流程制版、光刻、腐蝕等工藝過程，見圖6。箔式應(yīng)變片制造工藝易于實現(xiàn)自動化大量生產(chǎn)，易于根據(jù)測量要求制成任意圖形的敏感柵，制成小標距應(yīng)變片和傳感器用的特殊形狀的應(yīng)變片。箔式應(yīng)變片敏感柵端部的橫向部分可以做成比較寬的柵條，其橫向效應(yīng)很小；箔柵的厚度很薄，能較好的反映構(gòu)件表面的應(yīng)變，也易于粘貼在彎曲的表面上；箔式應(yīng)變片蠕變 小、散熱性能好、疲勞壽命長，測量精度高。由于箔式應(yīng)變片具有以上諸多優(yōu)點，故在各 個測量領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用。c.金屬薄膜應(yīng)變片金屬薄膜應(yīng)變片的敏感柵是用真空蒸鍍、沉積或濺射的方法將金屬材料在絕緣基底上 制成一定形狀的薄膜而形成的，膜的厚度由幾埃到

12、幾千埃不等， 有連續(xù)膜和不連續(xù)膜之分，其性能也不一樣。金屬薄膜應(yīng)變片易于制成高溫應(yīng)變片，直接將應(yīng)變片做在傳感器彈性元 件上。2.按應(yīng)變片敏感柵結(jié)構(gòu)形狀分金屬電阻應(yīng)變片按敏感柵的結(jié)構(gòu)形狀可分為a .單軸應(yīng)變片單軸應(yīng)變片一般是指具有一個敏感柵的應(yīng)變片，見圖4、圖5，這種應(yīng)變片可用來測量單向應(yīng)變。若把幾個單軸敏感柵做在HMI平行軸拿柵應(yīng)變片 同軸辜糊應(yīng)變片圖7單軸多柵應(yīng)變片同一個基底上，則稱為平行軸多柵應(yīng)變片或同軸多柵應(yīng)變片，如圖7所示，這類應(yīng)變片用來測量構(gòu)件表面的應(yīng)變梯度。b .應(yīng)變花（多軸應(yīng)變片）由兩個或兩個以上軸線相交成一定角度的敏感柵制成的應(yīng)變片稱為多軸應(yīng)變片，也稱圖8多軸應(yīng)變花為應(yīng)變花，用

13、于測量平面應(yīng)變，圖 8所示是幾種比較典型的應(yīng)變花，也有應(yīng)變片軸線不等夾角和敏感柵重疊在一起的應(yīng)變花。3 .按應(yīng)變片的工作溫度分每種應(yīng)變片只能在一定的工作溫度范圍內(nèi)中使用，根據(jù)應(yīng)變片的工作溫度可分為: 常溫應(yīng)變片 其工作溫度為-30 C至+60 C。一般的常溫應(yīng)變片使用時溫度基本保持不變, 否則會有熱輸出，若使用時溫度變化大，則可使用常溫溫度自補償應(yīng)變片。中溫應(yīng)變片 其工作溫度為+60 C至+350 C。高溫應(yīng)變片 工作溫度高于+350 C時，均為高溫應(yīng)變片。低溫應(yīng)變片 工作溫度低于-30 C時，均為低溫應(yīng)變片。3. 電阻應(yīng)變片的工作特性及標定3.1電阻應(yīng)變片的工作特性用來表達應(yīng)變片的性能及特點

14、的數(shù)據(jù)或曲線，稱為應(yīng)變片的工作特性。應(yīng)變片使用范圍非常廣泛，使用條件差異甚大，對應(yīng)變片的性能要求不同，因此對不同條件下使用的應(yīng)變片，對其檢測的工作特性不同，下面僅介紹常溫應(yīng)變片的工作特性。1 .應(yīng)變片電阻（R）指應(yīng)變片在未經(jīng)安裝也不受力的情況下，室溫時測定的電阻值。根據(jù)測量對象和測量儀器的要求選擇應(yīng)變片的電阻值。在允許通過同樣工作電流的情況下，選用較大電阻值的 應(yīng)變片，這樣可提高應(yīng)變片的工作電壓，使輸出信號加大，提高測量靈敏度。用于測量構(gòu)件應(yīng)變的應(yīng)變片阻值一般為120歐姆，這與檢測儀器（電阻應(yīng)變儀）的設(shè)計有關(guān)；用于制作應(yīng)變式傳感器的應(yīng)變片阻值一般為350、500和1000歐姆。制造廠對應(yīng)變片的

15、電阻值逐個測量，按測量的應(yīng)變片阻值分裝成包，并注明每包應(yīng)變片電阻的平均值以及單個應(yīng)變片阻值與平均值的最大偏差。2 .應(yīng)變片靈敏系數(shù)（K）指在應(yīng)變片軸線方向的單向應(yīng)力作用下，應(yīng)變片電阻的相對變化R R與安裝應(yīng)變片的試件表面上軸向應(yīng)變的比值，即(5)應(yīng)變片的靈敏系數(shù)主要取決于敏感柵靈敏系數(shù)，但還與敏感柵的結(jié)構(gòu)型式和幾何尺寸有關(guān)；此外，試件表面的變形是通過基底和粘結(jié)劑傳遞給敏感柵的，所以應(yīng)變片的靈敏系 數(shù)還與基底和粘結(jié)劑的種類及厚度有關(guān)。因此應(yīng)變片的靈敏系數(shù)受到多種因素的影響，無 法由理論計算得到。應(yīng)變片靈敏系數(shù)是由制造廠按應(yīng)變片檢定標準，抽樣在專門的設(shè)備上進行標定的，并 將標定得到的靈敏系數(shù)在包裝

16、上注明。應(yīng)變片靈敏系數(shù)一般在1.802.50之間。f機掠應(yīng)變（號“圖9應(yīng)變片的機械滯后3 .機械滯后（Zj）指在恒定溫度下，對安裝有應(yīng)變片的試件加載和卸載，以試件的機械應(yīng)變（試件受力產(chǎn)生的應(yīng)變）為橫坐標、應(yīng)變片的指示應(yīng)變?yōu)榭v坐標繪成曲線， 見圖9，在增加或減少機械應(yīng)變過程中，對于同意一個機械應(yīng)變量，應(yīng)變片的指示應(yīng)變有一個差值，此差值即為機械滯后，即Zj = A機械滯后的產(chǎn)生主要是敏感柵、基底和粘結(jié)劑在承受機械應(yīng)變之后留下的殘余變形所 致。制造或安裝應(yīng)變片時，若敏感柵受到不適當?shù)淖冃危蛘辰Y(jié)劑固化不充分，都會產(chǎn)生 機械滯后量。為了減小機械滯后，可在正式測量前預(yù)先加載和卸載若干次。4 .零點漂移（

17、P）和蠕變（）對于已安裝在試件上的應(yīng)變片，當溫度恒定時，即使試件不受外力，不產(chǎn)生機械應(yīng)變,但應(yīng)變片指示應(yīng)變會隨著時間的增加而逐漸變化, 這一變化即稱之為零點漂移，簡稱零漂。若溫度恒定，試件產(chǎn)生恒定的機械應(yīng)變，這時應(yīng)變片指示應(yīng)變也會隨著時間的變化而變化，該變化稱為蠕變。零漂和蠕變反映了應(yīng)變片的性能隨時間的變化規(guī)律，只有當應(yīng)變片用于較長時間的測量時才起作用。實際上零漂和蠕變是同時存在的， 在蠕變值中包含著同一時間內(nèi)的零漂值。零漂主要由敏感柵通工作電流后的溫度效應(yīng)、應(yīng)變片制造和安裝過程中的內(nèi)應(yīng)力以及粘結(jié)劑固化不充分等所引起；蠕變則主要由粘結(jié)劑和基底在傳遞應(yīng)變時出現(xiàn)滑移所致。5 應(yīng)變極限（im ）指在

18、溫度恒定時，對安裝有應(yīng)變片的試件逐漸加載，直至應(yīng)變片的指示應(yīng)變與試件產(chǎn)生的應(yīng)變（機械應(yīng)變）的相對誤差達到10 %時，該機械應(yīng)變即為應(yīng)變片的應(yīng)變極限，見圖10。在圖3.10中實線2是應(yīng)變片的指示應(yīng)變隨試件機械應(yīng)變的變 化曲線，虛線1為規(guī)定的誤差限（10% ）,隨著機機械應(yīng)變圖10應(yīng)變片的應(yīng)變極限械應(yīng)變的變增加，曲線2由直線漸彎，直至曲線2與虛線1相交，相交點的機械應(yīng)變即為應(yīng)變片的應(yīng)變極限。制造廠按應(yīng)變片檢定標準，在一批應(yīng)變片中，按一定比例抽樣測定應(yīng)變片的應(yīng)變極限，取其中最小的應(yīng)變極限值作為該批應(yīng)變片的應(yīng)變 極限。6 .絕緣電阻（Rm ）應(yīng)變片的絕緣電阻是指應(yīng)變片的引線與被測試件之間的電阻值。絕緣

19、電阻愈小，由于 分流作用，使得流經(jīng)敏感柵的電流愈小，其中一部分電流會流經(jīng)被測試件，致使測量靈敏 度降低，直接影響測量靈敏度；絕緣電阻小，還會引起零點漂移。提高絕緣電阻的辦法主 要是選用絕緣性能好的粘結(jié)劑和基底材料。7 .橫向效應(yīng)系數(shù)（H ）前面指出，應(yīng)變片的敏感柵除有縱柵外，還有圓弧形或直線形的橫柵，橫柵主要感受垂直于應(yīng)變片軸線方向的橫向應(yīng)變，因而應(yīng)變片的指示應(yīng)變中包含有橫向應(yīng)變的影響，這H來衡量，H值愈小，表疥，垂直于軸線方向的橫向就是應(yīng)變片的橫向效應(yīng)。應(yīng)變片橫向效應(yīng)的大小用橫向效應(yīng)系數(shù) 示應(yīng)變片橫向效應(yīng)影響愈小。將應(yīng)變片置于平面應(yīng)變場中，沿應(yīng)變片軸線方向的應(yīng)變?yōu)?應(yīng)變?yōu)槊?，此時應(yīng)變片敏感柵

20、的電阻相對變化可表示為Kx xKy y(6)式中-RR x和-R y分別為由x和y引起的敏感柵電阻的相對變化；Kx和Ky分別為應(yīng)變片軸向和橫向靈敏系數(shù)，它們可表示為KxKyxRR y(6a)橫向靈敏系數(shù)與軸向靈敏系數(shù)的比值取百分數(shù)，定義為橫向效應(yīng)系數(shù)H，即0 100%Kx應(yīng)變片橫向效應(yīng)系數(shù)主要與敏感柵的型式和幾何尺寸有關(guān)，還受到應(yīng)變片基底和粘結(jié) 劑質(zhì)量的影響。因此，應(yīng)變片的橫向效應(yīng)系數(shù)應(yīng)在專門的裝置上進行標定。不同種類的應(yīng)變片，其橫向效應(yīng)的影響也不同，絲繞式應(yīng)變片的橫向效應(yīng)系數(shù)最大，箔式應(yīng)變片次之， 短接式應(yīng)變片的H值最小，常在0.1 %以下，故可忽略不計。近年來，由于箔式應(yīng)變片設(shè)計的合理性以

21、及箔材質(zhì)量的提高、制造工藝的先進性，使得橫向效應(yīng)的誤差非常小，均優(yōu)于0.1%，因此箔式應(yīng)變片的橫向效應(yīng)亦可忽略不計。8 熱輸出（g）應(yīng)變片安裝在可以自由膨脹的試件上，試件不受外力作用，當環(huán)境溫度發(fā)生變化時， 應(yīng)變片的指示應(yīng)變會隨著環(huán)境溫度的變化而變化，該變化稱之為熱輸出（g）,即這時應(yīng)變片的指示應(yīng)變值的變化不是由于試件內(nèi)存在的應(yīng)力所至，而是由于環(huán)境溫度變化所產(chǎn)生的。敏感柵材料的電阻溫度系數(shù)、敏感柵材料與試件材料之間線膨脹系數(shù)的差異，是應(yīng)變 片產(chǎn)生熱輸出的主要原因。若敏感柵材料的電阻溫度系數(shù)為a,當溫度變化t時，應(yīng)變片電阻的相對變化為 Rrt,以指示應(yīng)變表示為t/ 丄 t（8）K若試件和敏感柵的

22、線膨脹系數(shù)分別為Bm、険，當Bm工伍且溫度變化 t時，由此產(chǎn)/t生的應(yīng)變?yōu)?9)將以上兩項相加，則得應(yīng)變片的熱輸出為(10 )Kms表1常溫應(yīng)變片工作特性的質(zhì)量等級工作特性說明質(zhì)量等級ABC應(yīng)變片電阻對標稱值的偏差（%）136對平均值的公差（%）0.20.40.8靈敏系數(shù)對平均值的標準誤差（）123機械滯后室溫下（卩$51020蠕變室溫下（1滄小時）51525應(yīng)變極限室溫下（1 $1000080006000絕緣電阻室溫下（M Q）1000500500橫向效應(yīng)系數(shù)(%)124疲勞壽命循環(huán)次數(shù)1061061059 .疲勞壽命（N ）在幅值恒定的交變應(yīng)力作用下，應(yīng)變片連續(xù)工作，直至產(chǎn)生疲勞損壞時的循

23、環(huán)次數(shù)，稱為應(yīng)變片的疲勞壽命。當應(yīng)變片出現(xiàn)以下任何一種情況時，即認為是疲勞損壞：1）.敏感柵或引線發(fā)生斷路；2 ）.應(yīng)變片輸出幅值變化 10 %;3 ）.應(yīng)變片輸出波形上出現(xiàn)尖峰。疲勞壽命是反映應(yīng)變片對動態(tài)應(yīng)變適應(yīng)能力的參數(shù)。表1中列出了不同質(zhì)量等級的常溫應(yīng)變片各項工作性能的要求。3.2電阻應(yīng)變片工作特性的標定應(yīng)變片的各項工作特性需在專門的設(shè)備上抽樣標定。在有關(guān)的技術(shù)標準中，規(guī)定了應(yīng) 變片工作特性的標定設(shè)備和標定方法等。下面僅介紹應(yīng)變片靈敏系數(shù)和橫向效應(yīng)系數(shù)的標 定方法。1 .靈敏系數(shù)的標定按照應(yīng)變片靈敏系數(shù)的定義，在進行標定時，應(yīng)采用一單向應(yīng)力狀態(tài)的試件，通常用純彎曲梁，如圖11（ a）所示

24、。載荷P通過加載橫梁施加在標定梁的Ci、C2兩點，使得圖11應(yīng)變片靈敏系數(shù)標定C1C2段為純彎曲區(qū)，因此，C1C2區(qū)段內(nèi)沿其長度方向為單向應(yīng)力狀態(tài)，其上下表面的應(yīng)變大小相等、方向相反。將被標定應(yīng)變片安裝在梁的純彎曲區(qū)段內(nèi)的上下表面，且應(yīng)變片的軸線與梁的軸線方向一致。在C1C2段中間安裝一個三點撓度儀。當梁彎曲時，由撓度儀上的千分表可讀出測得的撓度f （即梁在三點撓度儀長度 a范圍內(nèi)的撓度），如圖11（b）所示。再根據(jù)材料hf力學公式和幾何關(guān)系，即可求得梁純彎曲區(qū)段上下表面的軸向應(yīng)變，其值為(11)2 hf式中h為標定梁截面高度。如果再由惠斯頓電橋直接測量出在該載荷作用下應(yīng)變片電阻的 相對變化

25、耆值，則可由公式（5）計算得到應(yīng)變片的靈敏系數(shù)K。RR值的測定一般都采用電阻應(yīng)變儀。若電阻應(yīng)變儀的靈敏系數(shù)和讀數(shù)應(yīng)變分別以Ko和d表示，則 R值可由下式求得Ko d（ 12）應(yīng)變片的靈敏系數(shù) K則由下式計算RK IE Ko djjKo設(shè)置為2 。般在標定應(yīng)變片靈敏系數(shù)時，應(yīng)變儀的靈敏系應(yīng)該指出，當應(yīng)變片使用環(huán)境與應(yīng)變片標定環(huán)境不同時，會產(chǎn)生誤差，對于高精度的 測量，應(yīng)進行相應(yīng)的修正。2 .橫向效應(yīng)系數(shù)的標定應(yīng)變片橫向效應(yīng)系，對于早期的應(yīng)變片制作工藝，這項指標顯得非常重要，它直接影響應(yīng)變測量精度。但隨著應(yīng)變片制作工藝水平的提高，應(yīng)變片幾何形狀的改變，包括對敏感柵材料的處理以及制作工藝自動化程度的

26、提高,這項指標對于應(yīng)變測量精度的影響已微乎其微。標定應(yīng)變片橫向效應(yīng)系數(shù)時，一般采用圖12所示的單向應(yīng)變場標定裝置。其標定區(qū)的截面形 狀為n,中間薄壁部分的厚度僅為5毫米左右，而兩邊尺寸較大。兩側(cè)邊用許多螺釘與側(cè)板連接。 通過加載手柄對標定區(qū)施加力矩，標定區(qū)產(chǎn)生彎 曲變形時。由于標定區(qū)沿y方向的剛度很大，當x方向產(chǎn)生很大變形時，y方向的應(yīng)變接近于零 （通常要求x方向的應(yīng)變達到 1000 50微應(yīng)變 時，y方向的應(yīng)變小于2微應(yīng)變），可以認為是單 向應(yīng)變場。在單向應(yīng)變場中，可以精確地標定出 應(yīng)變片的橫向效應(yīng)系數(shù)。將被標定應(yīng)變片粘貼在 標定區(qū)的表面，并使應(yīng)變片的軸線分別平行和垂 直于單向應(yīng)變方向。軸線

27、平行于x方向的應(yīng)變片， 其軸向應(yīng)變?yōu)?&0、橫向應(yīng)變則為零；而軸線垂直于圖12橫向效應(yīng)系數(shù)標定x方向、平行于y方向的應(yīng)變片，其軸向應(yīng)變?yōu)榱恪M向應(yīng)變?yōu)?&0。由公式（6）可得平行于x方向的應(yīng)變片的電阻變化為Kx x0Kxx0平行于y方向的應(yīng)變片的電阻變化為Ky xOKyx0根據(jù)公式（7）,標定得到應(yīng)變片橫向效應(yīng)系數(shù)為100%(14)_RRy另由公式（12 ）得到以下關(guān)系_RK0 xdR xRRKoyyd(15)式中應(yīng)變儀的靈敏系數(shù) Ko 一般設(shè)置為xd和yd分別為由應(yīng)變儀讀出的軸線為x方向和y方向應(yīng)變片的應(yīng)變。將公式（15 ）代入公式（14），標定得到應(yīng)變片橫向效應(yīng)系數(shù)為yd(16)100%x

28、d3 .熱輸出的標定由于熱輸出的大小與標定試件材料的線膨脹系數(shù)有關(guān)，制造者只能針對幾種比較典型2 C。標定試件尺寸通常的材料標定應(yīng)變片的熱輸出，例如，鈦合金、碳素結(jié)構(gòu)鋼、不銹鋼、鋁合金、鎂合金等， 它們的線膨脹系數(shù)分別為 9、11、17、23、27 （X10-6/C）。當被側(cè)構(gòu)件的材料與上述材 料不同時，需根據(jù)測量精度要求，確定是否重新標定。標定熱輸出應(yīng)在均勻溫度場內(nèi)進行，溫度不均勻度不大于土 取寬度約為50毫米，長度約為100毫米，厚度為23毫米。標定試件太薄， 升溫時易變 形，標定試件太大則易造成溫度不均勻。標定熱輸出時，試件在溫度場中應(yīng)能自由膨脹，不致產(chǎn)生附加應(yīng)力。應(yīng)變片與測量儀器的連接

29、要采用三線接線法，以消除導(dǎo)線對熱輸出的影響。升溫速率為35 C /分。4. 電阻應(yīng)變片的選擇、安裝和防護在應(yīng)變測量時，只有正確選擇和安裝使用應(yīng)變片，才能保證測量精度和可靠性，達到 預(yù)期的測試目的。4.1電阻應(yīng)變片的選擇應(yīng)變片的選擇，應(yīng)根據(jù)試驗環(huán)境、應(yīng)變性質(zhì)、應(yīng)變梯度及測量精度等因素來決定。1 測量環(huán)境測量時應(yīng)根據(jù)構(gòu)件的工作環(huán)境溫度選擇合適的應(yīng)變片，使得在給定的試驗溫度范圍內(nèi)，應(yīng)變片能正常工作。潮濕對應(yīng)變片性能影響影響極大，會出現(xiàn)絕緣電阻降低、粘結(jié)強度下降等現(xiàn)象，嚴重時將無法進行測量。為此，在潮濕環(huán)境中，應(yīng)選用防潮性能好的膠膜 應(yīng)變片，如酚醛一縮醛、聚脂膠膜應(yīng)變片等，并采取有效的防潮措施。應(yīng)變片

30、在強磁場作用下，敏感柵會伸長或縮短，使應(yīng)變片產(chǎn)生輸出。因此，敏感柵材料應(yīng)采用磁致伸縮效應(yīng)小的鎳鉻合金或鉑鎢合金。2 .應(yīng)變性質(zhì)對于靜態(tài)應(yīng)變測量，溫度變化是產(chǎn)生誤差的重要原因，如有條件，可針對具體試件材 料選用溫度自補償應(yīng)變片。 對于動態(tài)應(yīng)變測量， 應(yīng)選用頻率響應(yīng)快、 疲勞壽命高的應(yīng)變片, 如箔式應(yīng)變片。3 應(yīng)變梯度應(yīng)變片測出的應(yīng)變值是應(yīng)變片柵長范圍內(nèi)分布應(yīng)變的平均值， 要使這一平均值接近于 測點的真實應(yīng)變， 在均勻應(yīng)變場中， 可以選用任意柵長的應(yīng)變片， 對測試結(jié)果無直接影響； 在應(yīng)變梯度大的應(yīng)變場中，應(yīng)盡量選用柵長比較短的應(yīng)變片；當大應(yīng)變梯度垂直于所貼應(yīng) 變片的軸線時，應(yīng)選用柵寬窄的應(yīng)變片。4

31、 測量精度 一般認為以膠膜為基底、以銅鎳合金和鎳鉻合金材料為敏感柵的應(yīng)變片性能較好，它 具有精度高、長時間穩(wěn)定性好以及防潮性能好等優(yōu)點。4.2 電阻應(yīng)變片的安裝常溫應(yīng)變片的安裝采用粘貼方法。應(yīng)變片粘貼操作過程如下：1 檢查和分選應(yīng)變片 應(yīng)變片粘貼前應(yīng)對應(yīng)變片進行外觀檢查和阻值測量。檢查應(yīng)變片敏感柵有無銹斑、基 底和蓋層有無破損，引線是否牢固等。阻值測量的目的是檢查應(yīng)變片是否有斷路、短路情 況，并按阻值進行分選，以保證使用同一溫度補償片的一組應(yīng)變片的阻值相差不超過 0.1 歐姆。2 粘貼表面的準備 首先除去構(gòu)件（或試件）粘貼表面的油污、漆、銹斑、電鍍層等，用砂布交叉打磨出細紋以增加粘結(jié)力，接著用

32、浸有酒精（或丙酮 ）的脫脂棉球擦洗，并用鋼劃針劃出貼片定位線，再用細砂布輕輕磨去劃線毛刺，然后再進行擦洗，直至棉球上不見污跡為止3 貼片粘結(jié)劑不同，應(yīng)變片粘貼的過程也不同。以氰基丙稀酸酯粘結(jié)劑502膠為例，在應(yīng)變片基底底面涂上 502膠（擠上一小滴502膠即可），立即將應(yīng)變片底面向下放在被測位 置上，并使應(yīng)變片軸線對準定位線，然后將氟塑料薄膜蓋在應(yīng)變片上，用手指柔和滾壓擠 出多余的膠，然后手指靜壓一分鐘，使應(yīng)變片與被測件完全粘合后再放開，從應(yīng)變片無引 線的一端向有引線的一端揭掉氟塑料薄膜。（注意：502膠不能用的過多或過少，過多使膠層太厚影響應(yīng)變片測試性能，過少則粘結(jié)不牢不能準確傳遞應(yīng)變，也影

33、響應(yīng)變片測試性能。此外小心不要被502膠粘住手指,如被粘住用丙酮泡洗）4 固化貼片時最常用的是氰基丙稀酸酯粘結(jié)劑（如5 02膠水、5 0 1膠水）。用它貼片后，只要在室溫下放置數(shù)小時即可充分固化，而具有較強的粘結(jié)能力。對于需要加溫加壓固化 的粘結(jié)劑，應(yīng)嚴格按粘結(jié)劑的固化規(guī)范進行。5 測量導(dǎo)線的焊接與固定待粘結(jié)劑初步固化以后，即可焊接導(dǎo)線。常溫靜態(tài)應(yīng)變測量時，導(dǎo)線可采用0.10.3毫米的單絲包銅線或多股銅芯塑料軟線。應(yīng)孌片接強說子片圖13應(yīng)變片引線和接線端子的連接導(dǎo)線與應(yīng)變片引線之間最好使用接線端子片，如圖13所示。接線端子片是用敷銅板腐蝕而成的。接線端子片 應(yīng)粘貼在應(yīng)變片引線端的附近，將應(yīng)變片

34、引線與導(dǎo)線都焊在端子片上。常溫應(yīng)變片均用錫 焊。為了防止虛焊，必須除盡焊接端的氧化皮、絕緣物，再用酒精等溶劑清洗，并且焊接 要準確迅速，焊點要豐滿光滑，不帶毛刺。已焊好的導(dǎo)線應(yīng)在試件上沿途固定。固定的方法有用膠布或用膠（如用 502 膠） 等。6檢查 對已充分固化并已聯(lián)接好導(dǎo)線的應(yīng)變片，在正式使用前必須進行質(zhì)量檢查。除對應(yīng)變 片作外觀檢查外，尚應(yīng)檢查應(yīng)變片是否粘貼良好、貼片方位是否正確、有無短路和斷路、 絕緣電阻是否符合要求等。4.3 電阻應(yīng)變片的防護對安裝后的應(yīng)變片，應(yīng)采取有效的防潮措施。 防潮劑應(yīng)具有良好的防潮性，對被測件表面和導(dǎo)線有良好的粘結(jié)力；彈性模量低，不 影響被測件的變形；對粘結(jié)劑

35、無損壞作用，對應(yīng)變片無腐蝕作用；使用工藝簡單。防護方法的選擇取決于應(yīng)變片的工作條件、 工作期限及所要求的測量精度。 對于常溫 應(yīng)變片，常采用硅橡膠密封防護方法。這種方法是用硅橡膠直接涂在經(jīng)清潔處理過的應(yīng)變 片及其周圍，在室溫下經(jīng)1224小時固化，放置時間越長， 固化越好。硅橡膠使用方便、 防潮性能好、附著力強、儲存期長、耐高低溫、對應(yīng)變片無腐蝕作用，但粘結(jié)強度較低。5. 電阻應(yīng)變片的測量電路通過應(yīng)變片可以將被測件的應(yīng)變轉(zhuǎn)換為應(yīng)變片的電阻變化。但通常這種電阻變化是很（或電流 ） 信號，再通過放大器將小的。為了便于測量，需將應(yīng)變片的電阻變化轉(zhuǎn)換成電壓信號放大，然后由指示儀或記錄儀器指示或記錄應(yīng)變數(shù)

36、值。這一任務(wù)是由電阻應(yīng)變儀來完成的。而電阻應(yīng)變儀中將應(yīng)變片的電阻變化轉(zhuǎn)換成電壓（或電流）變化是由應(yīng)變電橋（即惠斯頓電橋）來完成的。應(yīng)變電測早期，由于受電子技術(shù)的限制，電阻應(yīng)變儀在比較長的一段時間內(nèi)都選用交流電橋。但從20世紀八十年代以后，由于電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，直流放大器性能越來越 好，高精度直流放大器愈來愈多，選擇的范圍愈來愈廣，現(xiàn)在，已很難見到交流電橋的電 阻應(yīng)變儀了，因此，本書中只講述直流電橋在應(yīng)變電測中的應(yīng)用。5.1直流電橋B11%圖14惠斯頓電橋電橋即惠斯頓電橋，如圖3.14所示。設(shè)電橋各橋臂電阻分 別為Ri、R2、R3、R4，其中的任一個橋臂電阻都可以是應(yīng)變片 電阻。電橋的A、C為

37、輸入端，接直流電源，輸入電壓為Uac ； 而B、D為輸出端，輸出電壓為Ubd。下面分析當Ri、R2、R3、 R4變化時，輸出電壓 Ubd的大小。從ABC半個電橋來看，AC間的電壓為Uac，流經(jīng)Ri的電流為ACRiR2由此得出Ri兩端的電壓降為AB11 RiRiAC同理，R3兩端的電壓降為ADR3AC故可得到電橋輸出電壓為U 0 u AB U adRiU ACR3R4ACr1 r4R2 R3RiR2R3R4AC(17 )由公式（3.17 ）可知，要使電橋平衡，即要使電橋輸出電壓 U0為零，則橋臂電阻必須滿足R-i R4R2 R3(18)若電橋初始處于平衡狀態(tài)，即滿足公式（18 ）。當各橋臂電阻發(fā)

38、生變化時,電橋就有輸出電壓。設(shè)各橋臂電阻相應(yīng)發(fā)生了 R1 AR2AR3AR4的變化，則由公式（17）可計算得到電橋的輸出電壓為UoR1R1 R4R4 R2R2 R3R3 -U acR1R1R2R2 R3R3R4R4(19)將公式（18 ）代入上式，且由于RiRi，可略去高階微量，故得到UoR R2R1R2 2R1R2R3R1R2R3R4 -U ACR4AC(20)公式（19 ）和（20 ）分別為電橋輸出電壓的精確計算公式和近似計算公式。用直流電橋進 行應(yīng)變測量時，電橋有等臂電橋、臥式電橋或立式電橋三種應(yīng)用狀態(tài)，這三種電橋狀態(tài)其 橋臂電阻與電橋輸出電壓之間的關(guān)系分析如下:1 等臂電橋四個橋臂電阻

39、值均相等的電橋稱為等臂電橋。即R-iR2R3R4R，此時公式（20）可寫為UoU ACRi4RiR2R3R4R4（21）如果四個橋臂電阻都是應(yīng)變片，它們的靈敏系數(shù) K均相同，則將關(guān)系式R R K 代入公式（21），便可得到等臂電橋的輸出電壓為U acKUo 1234（ 22）4式中1、 2、 3、 4分別為電阻應(yīng)變片 Ri、R2、R3、R4所感受的應(yīng)變。如果只有橋臂 AB接應(yīng)變片，即僅 R1有一增量厶R,即感受應(yīng)變，則由公式（21 ）和 （22 ）得到輸出電壓為(23)Uac R4 R上式表明：應(yīng)用電橋電壓輸出近似計算公式，得到的電橋輸出電壓與應(yīng)變成線性關(guān)系。若 應(yīng)用精確公式（19）,則得到電

40、橋輸出電壓為UoUac R 14 R 11_R2 R將上式與公式（23 ）比較可知，在上式中增加了一個系數(shù)（括號部分），該系數(shù)稱為非線性 系數(shù)。它愈接近于1，說明電橋的非線性愈小，即按近似公式計算與精確公式計算得到的輸出電壓數(shù)值愈接近。通常應(yīng)變片的靈敏系數(shù) K=2，若應(yīng)變 為1000微應(yīng)變，則由 R R K可得到公式 （24 ）中的非線性系數(shù)等于 0.999，非常接近于I。因此一般應(yīng)變測量按近似公式計 算輸出電壓，所產(chǎn)生的誤差是很小的，通常可以忽略不計。2 臥式電橋若電橋中R1= R2= R, R3= R4= R，貝y稱為臥式橋，見圖15。假設(shè)僅橋臂AB接應(yīng) 變片，即R1有一增量厶R,此時由近

41、似計算公式（20 ）及精確計算公式（19 ）得到的輸出電壓表達式分別與公式（23 ）及（24）完全相同，說明當臥 式橋與等臂電橋的 R R值相等時，它們的非線性系數(shù)也相 等。3 .立式電橋當電橋中Rl= R3= R , R2= R4= R時稱為立式橋，見圖16。同樣，僅設(shè)橋臂AB接應(yīng)變片，即僅Ri有一增量厶R,由 近似公式（20 ）得到輸出電壓為RU 0 U ACR 1（ 25 ）m 2m圖15臥式電橋U ACR12 m1m R 11 m R(26)將上式與公式（25 ）比較可知，上式中括號部分即為非線性系數(shù)。當m 1時，括號中分母 R R前面的系數(shù)m / （1+m） I / 2，而公式（24

42、 ）中 R R前的系數(shù)卻等于1 2。因此，在立式橋 m1的情況下，當立式橋與等臂電橋 的 R R值相等時，立式橋的非線性系數(shù)比等臂電橋??；而當m v 1時，則其結(jié)果相反。根據(jù)以上分析，立式橋的非線性系數(shù)是不確定的，因此,在應(yīng)變測量中，只應(yīng)用等臂電橋和臥式電橋。5.2電橋的平衡對于一個測量電橋，希望它在測量前處于平衡狀態(tài)，使電橋輸出Uo為零，即滿足 R1 R4= R2R3。但是，由于應(yīng)變片阻值的偏差，以及接觸電阻和導(dǎo)線電阻等的影響，往U址圖17電橋平衡調(diào)整電路26式中m R R，由精確公式（3.19 ）計算得到輸出電壓為往R1R4 MR2R3,因此需要在測量電橋中增加平衡電路，即在電橋中增加電阻

43、R5和電位器R6,見圖17。分析平衡電路，見圖3.18(a).將R6分為R6和Re兩部分，見圖18 （ b），使Re厲 Re ，Re% Re并且 m n21。計算圖18(b)的星形連接轉(zhuǎn)換成圖 18（c）的三角形連接，得R21m ReR51n2 R6 R5n1(27)而R和R2分別是并聯(lián)在R1和R1 R4= R2R3?？紤]到電橋測量精度, 值不大于0.30.5歐姆，而R5和上的，通過調(diào)節(jié) &和Re，可使電橋平衡，即滿足平衡調(diào)節(jié)范圍不宜過大，因此要求四個橋臂的電阻差Re 一般取100千歐姆和10千歐姆。R2圖18電橋平衡調(diào)整電路的等效電路5.3測量電橋的基本特性測量電橋的應(yīng)用，即為直流電橋（惠斯

44、頓電橋）的應(yīng)用。直流電橋的橋臂電阻與電橋輸出電壓之間的關(guān)系見公式（21 ），為U AC R1U0 1R2R3尺4R1R2R3R4若四個橋臂電阻均為電阻應(yīng)變片，則根據(jù)R R K得到公式（22），為UoUacK(28)Uou acK4(29)稱為讀數(shù)應(yīng)變。由公式（28 ）和（29 ）可得讀數(shù)應(yīng)變4UoU acK1234(30 )分析公式（30 ）,可總結(jié)測量電橋具有以下基本特性：1 兩相鄰橋臂電阻應(yīng)變片所感受的 應(yīng)變，代數(shù)值相減；2 .兩相對橋臂電阻應(yīng)變片所感受的 應(yīng)變，代數(shù)值相加在應(yīng)變電測中，合理地利用電橋特性，可實現(xiàn)如下測量:1 消除測量時環(huán)境溫度變化引起的誤差；2 .增加讀數(shù)應(yīng)變（d）,提高

45、測量靈敏度；3 .在復(fù)雜應(yīng)力作用下，測出某一內(nèi)力分量引起的應(yīng)變。 要實現(xiàn)電橋特性的合理利用，關(guān)鍵在于測量電橋的連接。5.4測量電橋的連接與測量靈敏度根據(jù)電橋橋臂接入應(yīng)變片的情況，測量電橋的連接方式可分為半橋接線法、全橋接線法和串并聯(lián)接線法幾種連接方式。1 .半橋接線法測量電橋中R1、R2兩橋臂電阻為電阻應(yīng)變片，R3、R4兩橋臂電阻為固定電阻，見圖 19，該連接方式稱為半橋接線法。在半橋接線法中，根據(jù)兩應(yīng)變片工作情況的不同，又分為單R1、R2為電阻應(yīng)變片R3、R4為固定電阻圖19半橋接線法臂半橋接線法和雙臂半橋接線法。a.單臂半橋接線法在兩電阻應(yīng)變片中，一片應(yīng)變片粘貼在被測件上（被測件包括試件、

46、零件或構(gòu)件） 一片應(yīng)變片粘貼在與被測件材料相同、但不受任何外力的補償塊上。粘貼在被測件上的應(yīng)變片稱為工作應(yīng)變片，粘貼在補償塊上 的應(yīng)變片稱為補償應(yīng)變片，也稱為溫度補償應(yīng)變片。粘貼在被測件上的電阻應(yīng)變片，其敏感柵的電阻值一方面隨被測件的應(yīng)變而變化，另 一方面，當環(huán)境溫度變化時，敏感柵的電阻值還將隨溫度改變而變化，同時，由于敏感柵 材料和被測件材料的線膨脹系數(shù)不同，敏感柵有被迫拉長或縮短的趨勢，也會使其電阻值 發(fā)生變化。這樣，通過應(yīng)變片測量出的應(yīng)變值中包含了環(huán)境溫度變化而引起的應(yīng)變，造成 測量誤差。應(yīng)用單臂半橋接線法可消除測量時環(huán)境溫度變化引起的誤差。如圖20（a）所示構(gòu)件，要測定構(gòu)件上某一點（A

47、點）的應(yīng)變，只需在該點粘貼一片機翼補償應(yīng)變片(a)工柞補償應(yīng)變片 B應(yīng)變片(b)圖20單臂半橋接線法應(yīng)變測量應(yīng)變片，并在與構(gòu)件相同材料的 補償塊上粘貼一片應(yīng)變片，組成 圖20（ b）所示的測量電橋。構(gòu)件上應(yīng)變片為工作應(yīng)變片Ri,接入AB橋臂，它將直接感受構(gòu)件受力后產(chǎn)生的應(yīng)變和環(huán)境溫度變化產(chǎn)生的應(yīng)變t ；補償塊不受外力，并放置在構(gòu)件附近與構(gòu)件同溫度場中，補償塊上應(yīng)變片為溫度補償應(yīng)變片R2，接入BC橋臂，它將只感受環(huán)境溫度變化產(chǎn)生的應(yīng)變t。由公式（28 ）可得讀數(shù)應(yīng)變 dd 12t t讀數(shù)應(yīng)變d就等于構(gòu)件上被測點的應(yīng)變。單臂半橋接線法實現(xiàn)了消除測量時環(huán)境溫度變化引起的應(yīng)變。b .雙臂半橋接線法兩電

48、阻應(yīng)變片均為工作應(yīng)變片，均粘貼在被測試件上， 當被測件受外力作用產(chǎn)生應(yīng)變時，應(yīng)變片敏感柵電阻隨之變化，當然，當環(huán)境溫度發(fā)生變化時，應(yīng)變片電阻也會發(fā)生變化，應(yīng)用雙臂半橋接線法，一方面可消除環(huán)境溫度變化引起的誤差，另一方面還可以增 加讀數(shù)應(yīng)變，提高測量靈敏度。如圖21 (a)所示一懸臂梁，要測定懸臂梁在F力作用下，1 - I截面處的應(yīng)變&梁彎(b)所示測量電橋。兩橋臂應(yīng)變片感受梁在F力作用下的分別為曲時，同一截面的上表面纖維產(chǎn)生拉應(yīng)變，下表面產(chǎn)生壓應(yīng)變，拉壓應(yīng)變值相等。因此， I I截面上、下表面的應(yīng)變 次小相等，符號相反。在I - I截面上、下表面各粘貼一片應(yīng)變片， 并用雙臂半橋接線法組成圖21

49、應(yīng)變s和環(huán)境溫度變化產(chǎn)生的應(yīng)變由公式(3.28 )得讀數(shù)應(yīng)變讀數(shù)應(yīng)變應(yīng)變的兩倍，即d是懸臂梁I - I截面處雙臂半橋接線法，消除了環(huán)境溫2圖21雙臂半橋接線法應(yīng)變測量111(a)度變化引起的誤差， 也增加了讀數(shù)應(yīng)變，提高了測量靈敏度。(測量靈敏 度，指測量電橋橋臂中應(yīng)變片感受被測件真實應(yīng)變的敏感程度，亦指測量電橋讀數(shù)應(yīng)變值 的大小。)2 .全橋接線法測量電橋中 Ri、R2、R3、R4四橋臂電阻均為電阻應(yīng)變片。根據(jù)四個應(yīng)變片工作情況 的不同，又分為對臂全橋接線法和四臂全橋接線法。a.對臂全橋接線法測量電橋中Ri、R2、R3、R4四橋臂應(yīng)變片中Ri、R4為工作應(yīng)變片，R2、R3為補償應(yīng)變片，即R1

50、、R4應(yīng)變片粘貼在被測構(gòu)件上，R2、R3應(yīng)變片粘貼在補償塊上（反之 R2、R3作為工作應(yīng)變片，Ri、R4應(yīng)變片作為補償應(yīng)變片也可以）。F。如圖22（ a）所示一板試件，要測定在一對軸力 F作用下板試件上產(chǎn)生的軸向應(yīng)變在板試件同一截面的正、反兩面各粘貼一片應(yīng)變片，同時在與板試件相同材料的補償(a)F補償塊補償應(yīng)變片*F(b)B補償 應(yīng)變片工作應(yīng)變片工作 應(yīng)變片R1(c)22對臂全橋接線法應(yīng)變測量塊上也粘貼兩片應(yīng)變片，見圖22（b），并用對臂全橋接線法組成圖22（ c）所示測量電橋。四橋臂應(yīng)變片感受的應(yīng)變分別為23 t由公式(28 )可得讀數(shù)應(yīng)變 dd 1234 F t t t Ft2 F板試件的

51、軸向應(yīng)變 F為用對臂全橋接線法組成的測量電橋,同樣消除了環(huán)境溫度變化引起的誤差，也增加了讀數(shù)應(yīng)變，提高了測量靈敏度。b .四臂全橋接線法測量電橋中Ri、R2、R3、R4四橋臂應(yīng)變片均為工作應(yīng)變片。測量圖22 (a)所示板試件在F力作用下的軸向應(yīng)變 f,也可以在板試件的同一截面 正、反兩面，沿軸線方向和垂直軸線方向各粘貼一片應(yīng)變片，見圖23 (a),并用四臂全橋接線法組成圖23 (b )所示測量電橋。四橋臂應(yīng)變片感受的應(yīng)變分別為由公式(28 )可得讀數(shù)應(yīng)變4 pt(pt)(pt)p2(1板試件的軸向應(yīng)變F 2(1 ) d尺廠瓦塩為工作應(yīng)變片Itftf(b)3(a)(b)圖24串、并聯(lián)接線法圖23

52、四臂全橋接線法應(yīng)變測量用四臂全橋接線法組成的測量電橋，不但消除了(a)環(huán)境溫度變化引起的誤差，而且增加了讀數(shù)應(yīng)變，提 高了測量靈敏度。3 串并聯(lián)接線法在應(yīng)變測量中，也可以將應(yīng)變片串聯(lián)或并聯(lián)起來接入測量橋臂，如圖24所示。圖24(a)為串聯(lián)半橋接線法，圖 24 ( b)為并聯(lián)半橋接線法。串、并聯(lián)也可以用全橋接線法。串、并聯(lián)時的讀數(shù)應(yīng)變?nèi)钥梢杂霉?28)計算，各橋臂中的應(yīng)變?nèi)詾?、於、S3、a .串聯(lián)時橋臂應(yīng)變計算設(shè)AB橋臂中串聯(lián)了 n個阻值為R的電阻應(yīng)變片，則該橋臂的總阻值為nR。當每個應(yīng)變片的電阻變化分別為 Ri AR2、ARn時，貝U1 R 1R,R2K R KnR/、(31 )12nn串聯(lián)接線后橋臂感受的應(yīng)變?yōu)楦鱾€應(yīng)變片感受應(yīng)變的算術(shù)平均值。當每個橋臂中串聯(lián)的各個應(yīng)變片感受的應(yīng)變相同時，即12n 時，則1它表明，串聯(lián)接線法不