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应变片的工作原理 精品文档 精品文档 收集于网络，如有侵权请联系管理员删除 收集于网络，如有侵权请联系管理员删除 应变片的工作原理 将应变片贴在被测定物上，使其随着被测定物的应变一起伸缩，这样里面的金属箔材就随着应变伸 长或缩短。很多金属在机械性地伸长或缩短时其电阻会随之变化。应变片就是应用这个原理，通过 测量电阻的变化而对应变进行测定。一般应变片的敏感栅使用的是铜铬合金，其电阻变化率为常 数，与应变成正比例关系。 即 △ R/R= KX￡ 在这里R:应变片的原电阻值 Q △ R:伸长或压缩所引起的电阻变化 Q K :比例常数（应变片常数） ￡：应变 不同的金属材料有不同的比例常数 K。铜铬合金的K值约为2。这样，应变的测量就通过应变片转 换为对电阻变化的测量。但是由于应变是相当微小的变化，所以产生的电阻变化也是极其微小的。 例如我们来计算1000X 10 -6的应变产生的电阻的变化。应变片的电阻值一般来说是 120欧姆，即 △ R/120=2 X 1000 X 103 △ R=120 X 2 X 1000 X 1-06= 0.24 Q 电阻变化率为 △ R/R=0.24/120=0.002 f 0.2% 要精确地测量这么微小的电阻变化是非常困难的，一般的电阻计无法达到要求。为了对这种微小电 阻变化进行测量，我们使用带有韦斯通电桥回路的专用应变测量仪。应变片本身的追随能力可以达 到数百kHz，通过组合的测定装置可以对冲击现象进行测量。行驶中的车辆，飞行中的飞机等各部 位的变动应力可以通过应变片和测定装置进行初步的测量。 测量电路：惠斯通电桥 惠斯通电桥适用于检测电阻的微小变化，应变片的电阻变化也可以用这个电路来测量。如图 5所 示，惠斯通电桥由四个电阻组合而成。 图5 图6 女口果 R1 =R2 =R3 =R4 或 R1 XR2 =R3X R4 则无论输入多大电压，输岀电压 e总为0，这种状态称为平衡状态。如果平衡被破坏，就会产生与 电阻变化相对应的输岀电压。如图 6所示，将这个电路中的 R1用应变片相连，有应变产生时，记 应变片电阻的变化量为 AR,则输岀电压e的计算公式如下所示。 e=(1/4)*( △ R/R)*E 即 e =(1/4)*K* ￡ *E 上式中除了 均为已知量，所以如果测岀电桥的输岀电压就可以计算岀应变的大小。上例电路中只 联入了一枚应变片，所以称为单一应变片法(1/4桥)。除此之外，还有双应变片半桥法及四应变 片全桥法。 如图7所示，在电桥中联入了四枚应变片(全桥)。四应变片法是桥路的四边全部联入应变片，在 一般的应变测量中不经常使用，但常用于应变片式的变换器中。如图 7所示，当四条边上的应变片 的电阻分别引起如 R1+A R1 ，R2+A R2 ，R3+A R3，R4+A R4 的变化时 若四枚应变片完全相同，比例常数为 K,且应变分别为￡ 1, ￡ 2, ￡ 3,。则上面的式子可写成下面的形 式。 也就是说，应变测量时，邻臂上的应变相减，对臂上的应变相加 。 E E 图7 图8 如图8所示，四边的电阻中只有 R1用应变片相连时，所以输岀电压可写成: e=(1/4)*( △ R1/R1)*E 即 e =(1/4)*K* ￡ *E 一般的应变测量大部分都使用单应变片法 如图9所示，在电桥中联入了两枚应变片，共有两种联入方法，即半桥邻边法( a)和半桥对边法 (b)。四条边中有两条边的电阻发生变化，根据上面的四应变片法的输岀电压式可得， 联入方式如图9 (a )所示时, 联入方式如图9 联入方式如图9 ( b )所示时, F = — K (+ 盹)E ? 4 也就是说当联入两枚 应变片时，根据联入方式的不同，两枚应变片上产生的应变或加或减 O 图9半桥：（a）邻边和（b）对边