电阻应变片形变时,电阻会变化多大

金属电阻应变片灵敏度很高，一般可以到0.001Ω。变化量非常小也就0.XΩ，一般都要放大电路的。

应变片的核心部分是敏感栅。将电阻丝绕成敏感栅后，虽然长度不变，但其直线段和圆弧段的应变状态不同，其灵敏系数K较整长电阻丝的灵敏系数K0小，该现象称为横向效应。

　　减少横向效应的方法：
　　减少横向效应的影响，有效的方法是减小横向系数C。理论分析和实验表明：对栅状应变片，纵栅l0越长，横栅r越小，则C越小。因此采用短接式横栅或箔式应变片，可有效克服横向效应的影响。

金属电阻丝制成应变片时,在电阻丝的弯段,电阻的变化率与直段不同,导致应变片的灵敏系数比直段线材的灵敏度小，即产生横向效应。

电阻应变式传感器的优缺点：
电阻应变式传感器的优点是精度高，测量范围广寿命长,结构简单，频响特性好，能在恶劣条件下工作，易于实现小型化、整体化和品种多样化等。
它的缺点是对于大应变有较大的非线性、输出信号较弱，但可采取一定的补偿措施。因此它广泛应用于自动测试和控制技术中。
原理：
电阻应变式传感器（straingauge type transducer ）以电阻应变计为转换元件的电阻式传感器。电阻应变式传感器由弹性敏感元件、电阻应变计、补偿电阻和外壳组成，可根据具体测量要求设计成多种结构形式。弹性敏感元件受到所测量的力而产生变形，并使附着其上的电阻应变计一起变形。电阻应变计再将变形转换为电阻值的变化，从而可以测量力、压力、扭矩、位移、加速度和温度等多种物理量。
应用：
常用的电阻应变式传感器有应变式测力传感器、应变式压力传感器、应变式扭矩传感器（见转矩传感器）、应变式位移传感器（见位移传感器）、应变式加速度传感器（见加速度计）和测温应变计等。

　　横向效应是跟应变片有关的一种现象：应变片的核心部分是敏感栅。将电阻丝绕成敏感栅后，虽然长度不变，但其直线段和圆弧段的应变状态不同，其灵敏系数K较整长电阻丝的灵敏系数K0小，该现象称为横向效应。
　　从应变片受力角度来看，在单向应力、双向应变情况下，横向应变总是起着抵消纵向应变的作用。应变片这种既敏感纵向应变，又同时受横向应变影响而使灵敏度系数及电阻相对变化都减小的现象，称为应变片的横向效应。

电阻应变片的温度补偿方法通常有应变片自补偿法和桥路补偿法两类。
应变片自补偿法师通过精心选配敏感栅材料与结构参数，使得当温度变化时，产生的附加应变为零或相互抵消。具体可包括单丝自补偿法和双丝组合式自补偿法。
桥路补偿法：如下图所示电桥，其中R1为工作应变片，R2为补偿应变片。工作应变片贴在被测试件表面上，R2粘贴在一块与试件材料完全相同的补偿块上，不承受应变，自由的放在试件上或附近。
当温度发生变化时，R1和R2的电阻都发生变化，由于温度变化相同，且R1、R2为相同应变片，所以R1、R2的电阻变化相同，这时电桥输出不受影响，即是说电桥的输出与温度变化无关，只与被测应变有关，从而起到温度补偿的作用。

变形范围可从1％～20％。

电阻应变片的选择与应用

1引言：
电阻应变片是一种电阻式的敏感元件，它一般由基底、敏感栅、覆盖层和引线四部分组成。把一根电阻丝机械的分布在一块有机材料制成的基底上，即成为一片应变片。现在使用的称重传感器、力传感器，绝大部分都是电阻应变式传感器。随着传感器在科学技术领域、工农业生产以及日常生活中发挥着越来越重要的作用，对传感器技术的要求也越来越高。以下讨论的是传感器生产选用电阻应变片应着重考虑的因素及传感器在生产方面的应用。
2 电阻应变片的工作原理
2.1 金属的电阻应变效应
当金属丝在外力作用下发生机械型变时，其电阻值将发生变化，这种现象称为电阻的应变效应。
2.2 应变片的基本结构及量原理
各种电阻应变片的结构大体相同，一般以合金电阻丝绕成形如栅栏的敏感栅，敏感栅粘贴在绝缘的基底上，电阻丝的两端焊接引出线，敏感栅上面粘贴有保护用的覆盖层。
用应变片测量受力应变时，将应变片粘贴于被测对象的表面。在外力作用下，被测对象表面产生微小机械变形时，应变片敏感栅也随同变形，其电阻值发生相应变化。通过转换电路转换为相应的电压或电流变化。其存在如下关系式:
=k·
式中:为电阻变化率;k为灵敏系数; 为应变值。

图1电阻应变片结构图
2.3金属应变片的主要特性
（1）灵敏系数
灵敏系数是指应变片安装于试件表面，在其轴线方向的单项应力作用下，应变片的阻值相对变化与试件表面上安装应变片区域的轴相应变之比。
实验表明，电阻应变片的灵敏系数k恒小于电阻丝的灵敏度k。,其原因除了粘结层传递变形失真外，还存在有横向效应。
（2）横向效应
粘贴在受单向拉伸力试件上的应变片，其敏感栅是由多条直线和圆弧部分组成。这时，各直线段上的金属丝只感受沿轴向拉应变，电阻值将增加，但在圆弧段上，沿各微断轴向的应变却并非和直线段上的一样，因此与直线段上同样长度的微段所产生的电阻变化就不相同按松泊关系，在垂直方向上产生负的应压度，因此该段的电阻时减小的。由此可见，将直的电阻丝绕成敏感栅之后，虽然长度相同，但应变状态不同，其灵敏系数降低了。这种现象称横向效应。
（3）机械滞后
应变片安装在试件上以后，在一定温度下，其（）——的加载特性与卸载特性不重合，在同一机械应变值下，其对应的值不一致。加载特性曲线与卸载特性曲线的最大差值称应变片的滞后。
产生机械滞后的原因，主要是敏感栅、基底和黏合剂在承受机械应变后所留下的残余形变所造成的，为了减少滞后，除选用合适的黏合剂外，最好在新安装应变片后，做三次以上的加卸载循环后再正式测量。
（4）零漂和蠕变
粘贴再试件上的应变片，在温度保持恒定、不承受机械应变时，其电阻值随时间而变化的特性，称为应变片的零漂。
如果在一定的温度下，使其承受恒定的机械应变，其电阻值随时间而变化的特性，称为应变片的蠕变。一般蠕变的方向与原应变量变化的方向相反。
这两项指标都是用来衡量应变片特性对时间的稳定性，在长时间测量中其意义更为突出。
（5）最大工作电流和绝缘电阻
最大工作电流是指允许通过应变片而不影响其工作的最大电流值。工作电流大，应变片输出信号大，灵敏度高。但过大的工作电流会使应变片本身过热，使灵敏系数变化，零漂、蠕变增加，甚至把应变片烧毁。工作电流的选取，要根据散热条件而定，主要取决于敏感栅的几何形状和尺寸、截面的形状和大小、基底的材料和尺寸，粘合剂的材料和厚度以及试件的散热性能等。
绝缘电阻是指应变片的引线与被测试件之间的电阻值。通常要求50～100M左右。绝缘电阻过低，会造成应变片与试件之间漏电而产生测量误差。如果应变片受潮，绝缘电阻大大降低。应变片绝缘电阻取决与粘合剂及基底材料的种类以及它们的固化工艺。基底与胶层愈厚，绝缘电阻愈大，但会使应变片灵敏系数减小，蠕变和滞后增加，因此基底与胶层不可太厚。
2.4 电阻应变片的优点
与其他测量手段相比，电阻应变片有以下优点：
（1）测量应变的灵敏度和精确度高，性能稳定、可靠，可测1～2，误差小于1％。
（2）应变片尺寸小、重量轻、结构简单、使用方便、响应速度快。测量时对被测件的工作状态和应力分布影响较小，既可用于静态测量，又可用于动态测量。
（3）测量范围大。既可测量弹性变形，也可测量塑性变形。变形范围可从1％～20％。
（4）适应性强。可在高温、超低温、高压、水下、强磁场以及核辐射等恶劣环境下使用。
（5）便于多点测量、远距离测量和遥测。
3 电阻应变片的选择
3.1电阻应变片应具有的基本特性
1 具有适当的线性灵敏系数，并且稳定性较高；
2 具有蠕变自补偿功能；
3 具有小的电阻温度系数，热输出小，零点漂移小；
4 横向效应系数小，机械滞后小，疲劳寿命高；
5 具有较好的稳定性、重复性，并且能够在较宽的温度范围内工作；
6 适用于动态和静态测量。
满足以上要求的电阻应变片的种类很多，具体选用时还要根据弹性体的结构、应力状态、材料、使用环境条件、以及电阻应变片的阻值、尺寸、蠕变匹配等因素，综合考虑选用合适的应变片。
3.2 应变片结构形式的选择
根据应变测量的目的、被测试件的材料和其应力状态以及测量精度，选择应变片的形式，对于测试点应力状态是一维应力的结构，可以选用单轴应变片，已经知道主应力方向的二维应力结构，可以使用直角应变花，并使其中一条应变栅与主应力方向一致，如主应力方向未知就必须使用三栅或四栅的应变花。对于传感器设计来说，应变片的形式主要决定于弹性体的结构，如柱式、板环、双孔平行梁等弹性体，他们采样正应力或弯曲应力，所以应变片均采用单轴应变片。另外象剪切桥式、轮辐式、剪切悬臂式、三梁剪切式弹性体一般使用双轴45?应变片。平膜片压力传感器多采用全桥圆形应变片。
3.3应变片尺寸的选择
选择应变片尺寸时应考虑应力分布、动静态测量、弹性体应变区大小等因素。若材质均匀、应力剃度大，应选用栅长小的应变片，若材质不均匀而强度不等的材料（如混凝土）或应力分布变化比较缓慢的构件，应选用栅长大的应变片。对于冲击载荷或高频动荷作用下的应变测量，还要考虑应变片的响应频率，如下表所示。一般来说，应变片丝栅越小，测量精度越高，越能正确反映出被测量点的真实应变，因此，在加工精度可以保证的情况下，综合考虑各种因素影响，应变片的栅长小一些比大一些好。

表1各种栅长应变片的最高工作频率

应变片栅长L（毫米）

1

2

5

10

20

25

50

可测频率F(千赫)

250

125

50

25

12.5

10

5

注：表中是在钢材上正弦应变信号测得的数据，其中
L=/20，=C/f
式中C为应变波传播速度，对于钢和铝C=5000米/秒，f为正弦应变频率
3.4 电阻值的选择
国家标准中电阻应变片的阻值规定为60、120、200、350、500、1000，目前传感器生产中大多选用350的应变片，但是由于大阻值应变片具有通过电流小、自热引起的温升低、持续工作时间长、动态测量信噪比高等优点，大阻值应变片应用越来越广。并且大阻值应变片在测力应用范围，特别是材料试验机用的负荷传感器，由于传感器的零飘特性，对测量精度影响极大，而高阻值（如1000G）应变片，不仅可以减小应变焦耳热引起的零漂，提高传感器的长期稳定性，而且再要求告分辨率的电子天平重应用也是非常有利的。因此，在不考虑价格因素的前提下，使用大阻值应变片，对提高传感器精度是有益的。
3.5 使用温度的选择
使用环境温度对应变片的影响很大，应根据使用温度选用不同丝栅材料的应变片，国家标准中规定的常温应变片使用温度为－30～60?C。一般康铜合金的最高使用温度为300?C
卡玛合金为450?C，铁镍铝合金可以达到700～1000?C。常温应变片一般采用康铜制造，在应变片型号中省略使用温度。如果需要高温应变片需特别说明。由于基底材料和粘接胶的限制，目前中温箔式电阻应变片一般都使用卡玛合金制作200～250?C左右的中温应变片。
3.6 蠕变的选择
传感器一般由弹性体、应变片、粘接剂、保护层等部分组成，弹性体金属材料本身存在的弹性后效、以及热处理工艺等原因可以造成负蠕变影响，因此传感器的蠕变指标是由各种因素中综合作用最终形成的。在上述因素中，对于某一传感器生产厂家，许多的因素都是相对固定的，一般不会由很大改变，因此应变片生产厂家都通过应变片的图形设计、工艺控制来制造出蠕变不同的系列应变片供用户选用。每一个传感器生产厂由于原材料、粘接剂、贴片。固化工艺的不同，在应变片选型时，必须进行蠕变匹配试验。一般规律是同一种结构形式的传感器量程越小，传感器的蠕变越正，应该选用蠕变补偿序号更负的应变片来与之匹配。
4 电阻应变片及电阻应变片式传感器在各个领域的应用
电阻应变片式传感器可以测量力、压力、位移、应变、加速度等非电量参数，一般来说，电阻应变片式传感器的结构简单，性能稳定，灵敏度较高，适合动态测量。现已被广泛应用于工程测量和科学实验中。下面进行详细的描述。
4.1电阻应变测试技术在土木工程中的应用
应变计电测作为一种无损检测技术在各类工程结构中得到广泛应用。但是电阻应变片的测试结果受温度、湿度、导线长短等环境因素的影响极大。如何处理好这些问题是电阻应变片在土木工程中应用的关键。
应变计电测使用电阻应变片可分为两种方法，一种是将应变片直接粘贴在某一受载零件表面上进行测量。这种方法简单，但不够精确。
另一种方法是将应变片粘贴在弹性元件上制成传感器，受载后建立载荷与电阻变化间的函数关系，通过预先确定的载荷标定曲线获得测量的载荷值。所获的的测量结果比较准确。4.2测定载荷
各种结构物工作运行中要承受各种外力的作应，工程上将这些外力称为载荷。载荷是进行强度和刚度计算得主要依据。通常在设计时确定载荷有三种办法。即类比法、计算法和实测法。下面介绍实测法中的电阻应变法测定载荷。
电阻应变法测定载荷的方法是利用由应变片、应变仪和指示记录器组成的测量系统进行载荷值的测量。先将应变片粘贴在零件或传感器上，在零件受载变形后应变片中的电阻随之发生变化，经应变仪组成的测量电桥使电阻值的变化转换成电压信号并加以放大，最后经指示器或记录器显示出与载荷成比例变化的曲线，通过标定就可以得到所需数据值的大小。
这种方法现已广泛应用于各种构造物的载荷测定，如船闸、桥梁以及房屋建筑等工程领域。
4.3智能健康监测
大型、重要的土木工程结构，如桥梁、超高层建筑、电视塔、水坝、核电站、海洋采油平台等，其服役期长达几十年甚至上百年，在疲劳、腐蚀效应及材料老化等不利因素影响下，不可避免的产生损伤累计甚至产生突发事故。虽然一些事故发生前出现了漏洞、塌陷、开裂等征兆，但因缺乏报警监测系统，无法避免事故的发生。因此，对现存的重要结构和设施进行健康检测，评价其安全状况，修复、控制损伤及在新建结构和设施中增设长期的健康检测系统已成为必须。
目前，钢筋结构的应变监测普遍测用电阻应变片，将之粘贴在结构表面或受理筋上后买入砼内，对钢筋砼结构进行实时/在线的智能健康监测。
4.4存在的问题
对于一些大体积砼结构而言，有体积大、受力变形相对较小的特征，往往会出现环境因素影响掩盖了结构的真实变形，使得应变片不能反映结构的真实受力状况。为了避免这种现象，在检测期间以及检测之前的准备过程中就应该采取一些措施，尽可能减小外界环境的影响，或者有效地将环境影响与结构变形区分开来，以保证检测结果的可靠性。
其中较为明显的问题一般出在长导线电阻的影响和潮湿环境的影响。
检测体积庞大的大型结构时，观测点数量相当多，连接应变片与应变仪之间的导线一般都很长，导线电阻的影响不容忽视。
检测潮湿环境下的工程界构或桥梁水下结构部位时，应变片的防潮。防水时保证量测结果可靠性的一个关键问题。
5小结
以上从大体上讨论了选用电阻应变片时应主要考虑的地方，但这些只是诸多因素中的一部分，还有许多因素需要结合具体情况加以考虑。电阻应变测试技术在各个领域的应用越来越广，但是也应该看到，这种技术还不完善，还存在很多问题有待解决。但是随着材料科学和工艺技术的发展，电阻应变片的应用前景一定越来越广。

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13568375886：电阻应变片形变量有多大?其粘贴的受力物体需要很大形变,才能引起应变...
禄追狱 ：答：各种电阻应变片的结构大体相同,一般以合金电阻丝绕成形如栅栏的敏感栅,敏感栅粘贴在绝缘的基底上,电阻丝的两端焊接引出线,敏感栅上面粘贴有保护用的覆盖层。用应变片测量受力应变时,将应变片粘贴于被测对象的表面。在外力作用下,被测...

13568375886：电阻应变片粘贴应注意什么问题?
禄追狱 ：答：应变片是由敏感栅等构成用于测量应变的元件，使用时将其牢固地粘贴在构件的测点上，构件受力后由于测点发生应变，敏感栅也随之变形而使其电阻发生变化，再由专用仪器测得其电阻变化大小，并转换为测点的应变值。

13568375886：电阻应变片形变时,电阻会变化多大
禄追狱 ：答：金属电阻应变片灵敏度很高，一般可以到0.001Ω。变化量非常小也就0.XΩ，一般都要放大电路的。

13568375886：电阻应变片的组成,规格及分类有哪些
禄追狱 ：答：电阻应变片有多种形式，常用的有丝式和箔式。它是由直径为0.02～0.05mm的康铜丝或者镍铬丝绕成栅状（或用很薄的金属箔腐蚀成栅状）夹在两层绝缘薄片（基底）中制成，用镀锡铜线与应变片丝栅连接作为应变片引线，用...

13568375886：电阻应变片粘贴技术注意事项有哪些?
禄追狱 ：答：对于共用温度补偿的一组应变计，阻值相差不得超过±0.5。同一次测量的应变计，灵敏系数必须相同。应变计和导线间的连接最好通过接线端子，焊点确保无虚焊。导线最好与试件绑扎固定，导线两端 根据测点的编号作好标记。

13568375886：应变片的选择和粘贴方式是什么
禄追狱 ：答：应变片的选择和粘贴方式是：垂直粘贴。应变片原理：应变片很好地利用了导体的物理特性和几何特性。当一个导体在其弹性极限内受外力拉伸时，其不会被拉断或产生永久变形而会变窄变长，这种形变导致了其端电阻变大。相反，当一...

13568375886：电阻应变片是粘贴在梁的表面上,为什么把测得的表面上的应变说成是横截 ...
禄追狱 ：答：当应变片粘贴在试件上之后，在沿应变片轴线方向的单向载荷作用下，应变片的电阻变化率与被敏感栅覆盖下的试件表面上的轴向应变的比值称为应变片的灵敏度S。以金属丝应变电阻为例，当金属丝受外力作用时，其长度和截面积都...

13568375886：电阻应变片的绝缘电阻是指已粘贴的应变片的引线
禄追狱 ：答：当测量以正弦规律变化的载荷时，应变片反映的应变波形是线栅长度内所感受变量的平均值，故所反映的波幅将低于实际应变数，而造成误差。绝缘电阻影响因素 环境温湿度：一般材料的绝缘电阻值随环境温湿度的升高而减小。相对而言，...

13568375886：如何在实际工程中钢筋混凝土结构中受力钢筋上粘贴电阻应变片
禄追狱 ：答：测量电阻值可以检查有无断路、短路。绝缘电阻是最重要的受检指标。绝缘好坏取决于应变片的基底，粘贴不良或固化不充分的应变片往往绝缘电阻低。应变片受潮会降低绝缘电阻和粘结强度，严重时会使敏感栅锈蚀；酸，碱及油类浸入...

13568375886：什么是变应变片?电阻变化率如何测量?
禄追狱 ：答：因此，电阻变化率与应变之间有如下关系：r=GF*ε。其中GF是应变片的材料特性，ε是应变片受到的应变量，这个值可以通过应变片的安装方式以及应变片的形状等参数进行计算和测量。需要注意的是，应变片的输出电压一般比较小，...