1目录目录电阻应变测量原理及方法.3 1. 概述.3 2. 电阻应变片的工作原理、构造和分类.32.1 电阻应变片的工作原理.3 2.2 电阻应变片的构造.5 2.3 电阻应变片的分类.5 3. 电阻应变片的工作特性及标定.7 3.1 电阻应变片的工作特性.7 3.2 电阻应变片工作特性的标定.11 4. 电阻应变片的选择、安装和防护.13 4.1 电阻应变片的选择.13 4.2 电阻应变片的安装.14 4.3 电阻应变片的防护.15 5. 电阻应变片的测量电路.15 5.1 直流电桥.16 5.2 电桥的平衡.18 5.3 测量电桥的基本特性.19 5.4 测量电桥的连接与测量灵敏度.20 6. 电阻应变仪.25 6.1 静态电阻应变仪.25 6.2 测量通道的切换.27 6.3 公共补偿接线方法.28 7. 应变-应力换算关系.29 7.1 单向应力状态.29 7.2 已知主应力方向的二向应力状态.30 7.3 未知主应力方向的二向应力状态.30 8. 测量电桥的应用.32 8.1 拉压应变的测定.32 8.2 弯曲应变的测定.34 8.3 弯曲切应力的测定.36 8.4 扭转切应力的测定.37 8.5 内力分量的测定.372电阻应变测量原理及方法电阻应变测量原理及方法1. 概述概述电阻应变测量方法是实验应力分析方法中应用最为广泛的一种方法。该方法是用应 变敏感元件电阻应变片测量构件的表面应变，再根据应变应力关系得到构件表面 的应力状态，从而对构件进行应力分析。 电阻应变片（简称应变片）测量应变的大致过程如下：将应变片粘贴或安装在被测 构件表面，然后接入测量电路（电桥或电位计式线路） ，随着构件受力变形，应变片的敏 感栅也随之变形，致使其电阻值发生变化，此电阻值的变化与构件表面应变成比例，测 量电路输出应变片电阻变化产生的信号，经放大电路放大后，由指示仪表或记录仪器指 示或记录。这是一种将机械应变量转换成电量的方法，其转换过程如图 1 所示。测量电 路的输出信号经放大、模数转换后可直接传输给计算机进行数据处理。电阻应变测量方法又称应变电测法，之所以得到广泛应用，是因为它具有下列优点1测量灵敏度和精度高。其分辨率达 1 微应变（） ，1 微应变=10-6应变（） 。2测量范围广。可从 1 微应变测量到 2 万微应变。3电阻应变片尺寸小，最小的应变片栅长为 0.2 毫米；重量轻、安装方便，对构件无 附加力，不会影响构件的应力状态，并可用于应力梯度变化较大的应变的测量。4频率响应好。可从静态应变测量到数十万赫的动态应变。5由于在测量过程中输出的是电信号，易于实现数字化、自动化及无线电遥测。6可在高温、低温、高速旋转及强磁场等环境下进行测量。7可制成各种高精度传感器，测量力、位移、加速度等物理量。该方法的缺点是：1只能测量构件表面的应变，而不能测构件内部的应变。2一个应变片只能测定构件表面一个点沿某一个方向的应变，不能进行全域性的测 量。3只能测得电阻应变片栅长范围内的平均应变值，因此对应变梯度大的应力场无法 进行测量。2. 电阻应变片的工作原理、构造和分类电阻应变片的工作原理、构造和分类2 2.1 电阻应变片的工作原理电阻应变片的工作原理由物理学可知，金属导线的电阻值 R 与其长度 L 成正比，与其截面积 A 成反比，若图 1 用电阻应变片测量应变的过程3金属导线的电阻率为，则用公式表示为（1）ALR当金属导线沿其轴线方向受力而产生变形时，其电阻值也随之发生变化，这一现象 称为应变-电阻效应。为了说明产生这一效应的原因，可将式(1)取对数并微分，得（1a）ddddRLA RLA 式中为金属导线长度的相对变化，可用应变表示，即LdL（1b）LdL为导线截面积的相对变化，若导线直径为 D，则AdA（1c）222 LdL DdD AdA式中为导线材料的泊松比。将式(1b)和(c)代入式(1a)即可得)21 ( d RdR（2）式（2）表明，金属导线受力变形后，由于其几何尺寸和电阻率发生变化，从而使其 电阻发生变化。可以设想，若将一根金属丝粘贴在构件表面上，当构件产生变形时，金 属丝也将随之变形，利用金属丝的应变-电阻效应就可将构件表面的应变量直接转换为电 阻的相对变化量。电阻应变片就是利用这一原理制成的应变敏感元件。若令 (12 )SddRRK （3） 则式（2）写成（4）SKRdRKS为金属导线（或称金属丝）的灵敏系数，它表示金属导线对所承受的应变