什么是应变效应

　　应变效应的定义如下：
　　金属导体的电阻值随着它受力所产生机械变形（拉伸或压缩）的大小而发生变化的现象称之为金属的电阻应变效应。
　　再简单点说，电阻值将发生变化这种现象称为“应变效应”。

“应变效应”的应用：
　　应变效应应用范围十分广泛，可测量应变、应力、力矩、位移、加速度、扭矩等物理参量。电阻式应变片应用模式有两种，一是将应变片粘贴于弹性刚体上组成平衡电桥，然后接到转换电路，构成专用应变传感器；二是将应变片粘贴于被测物体上，然后接到专用应变仪直接读取应变量。

金属电阻应变片的工作原理是吸附在基体材料上应变电阻随机械形变而产生阻值变化的现象，俗称为电阻应变效应。金属导体的电阻值可用下式表示：

式中：ρ——金属导体的电阻率（Ω·cm2/m）
S——导体的截面积（cm2）
L——导体的长度（m）

我们以金属丝应变电阻为例，当金属丝受外力作用时，其长度和截面积都会发生变化，从上式中可很容易看出，其电阻值即会发生改变，假如金属丝受外力作用而伸长时，其长度增加，而截面积减少，电阻值便会增大。当金属丝受外力作用而压缩时，长度减小而截面增加，电阻值则会减小。只要测出加在电阻的变化（通常是测量电阻两端的电压），即可获得应变金属丝的应变情况

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。

应变效应：金属导体的电阻值，随着它受力所产生机械变形（拉伸或压缩）的大小而发生变化的现象，称之为金属的电阻应变效应。

中文名
应变效应
外文名
response in; strain effect; response;
主要学者
陈曼娥 、王庆松 等
期刊
厦门大学学报等
快速
导航
应用

文献来源
学术解释
1、电阻值将发生变化这种现象称为“应变效应”.根据应变效应将应变片粘贴于被测材料上被测材料受到外界作用产生的应变就会传送到应变片上使应变片的电阻值发生变化通过测量应变片电阻值的变化就可得知被测机械量的大小。

反变效应
应用
应变效应应用范围十分广泛，可测量应变、应力、力矩、位移、加速度、扭矩等物理参量。电阻式应变片应用模式有两种，一是将应变片粘贴于弹性刚体上组成平衡电桥，然后接到转换电路，构成专用应变传感器；二是将应变片粘贴于被测物体上，然后接到专用应变仪直接读取应变量。
1.专用应变传感器的应用
1)应变式力传感器
应变式力传感器结构见图14-6。两种应变式力传感器均为一端固定，一端为自由的弹性敏感装置，当有力作用其上时，敏感装置受力发生蠕变。测量前平衡电桥的四组应变片已做调零处理。受力蠕变时平衡条件被破坏，使输出电压或电流产生跃变，其跃变值直接反映受力大小。
2)应变式加速度传感器
应变式加速度传感器结构如图14-7所示。将传感器固定于被测体上，当被测体发生水平加速度α时，因惯性质量块将产生与加速度方向相反的力F，该力使支撑梁弯曲，梁的表面发生蠕变，致使组成平衡电桥的应变片阻值发生变化。结果同力传感器一样，使输出电压或电流产生跃变，其跃变值直接反映加速度的大小。
3)应变式扭矩传感器
应变式扭矩传感器结构见图14-8。
使机械部件转动的力矩称为转动力矩，任何转动部件在转动力矩的作用下，都会产生不同程度的扭曲变形，尤其是表面蠕变，所以一般也称转动力矩为扭矩。图14-8中卷筒扭矩的大小用T=FD/2来表示。当转动轴表面产生蠕变时，也会使组成平衡电桥的电阻应变片阻值发生变化，同理输出电压或电流产生跃变，其跃变值直接反映扭矩的大小。
4)压阻式压力传感器
一体化压阻式压力传感器是利用半导体材料的压阻效应和集成工艺研发出的一种固态传感器，它没有可动部件。压变片采用硅片光刻制成，平衡电桥及输出放大电路均密封在保护壳体中，所以也称固态传感器。它在工业测量中多用于与应变有关的力、重力、压力、压差、液位、真空度等物理参数的测量。
压阻式压力传感器的结构见图14-9。方形虚线区为固态传感器的压力承受区，也是传感器的核心部分，它采用光刻技术在单晶硅膜片上制成四个等值电阻，并组成平衡全桥。压阻R2、R4距受压中心较近，且长边受压，它们所感受的应变应为正值(拉应变)；压阻R1、R3距受压中心较远，且短边受压，它们所感受的应变应为负值(压应变)。与上述原理一样，当固态传感器中心受压时，也会造成电桥平衡破坏，其输出电压直接反映受压值的大小。
压阻式固态传感器可以测量储罐液位见图14-10。
测量时将重锤落在基准板上，此时的液位视值应为PI=H1pg。p为被测介质混合密度；g为重力加速度；P1为所测介质重力。

---

15734512560：何为电阻应变效应?怎样利用这种效应制成应变片
尚妻歪 ：答：1、电阻值将发生变化这种现象称为“应变效应”.根据应变效应将应变片粘贴于被测材料上被测材料受到外界作用产生的应变就会传送到应变片上使应变片的电阻值发生变化通过测量应变片电阻值的变化就可得知被测机械量的大小。反变效应 应用 应变效应应用范围十分广泛，可测量应变、应力、力矩、位移、加速度、扭...

15734512560：何为电阻应变效应?怎样利用这种效应制成应变片?
尚妻歪 ：答：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，...

15734512560：电阻应变效应的原理是什么?
尚妻歪 ：答：电阻的应变效应实际上是一种热效应。当外力作用于电阻材料时，它会发生形变，这会导致材料内部的电子结构发生变化，电子的平均自由程会减小，电子与原子的碰撞频率增加，从而产生更多的热能。这些热能会导致电阻材料的温度升高，使其电阻值发生变化。具体来说，电阻的应变效应可以分为两种类型:正应变效应和负...

15734512560：什么叫应变效应?利用应变效应解释金属电阻
尚妻歪 ：答：应变效应是物理学术语，指金属导体的电阻值，随着它受力所产生机械变形（拉伸或压缩）的大小而发生变化的现象，称之为金属的电阻应变效应。1、金属电阻率与温度的关系：金属材料在温度不高，温度变化不大的范围内：几乎所有金属的电阻率随温度作线性变化，即ρ与温度t(℃)的关系是ρt=ρ0(1+at)，式...

15734512560：如何利用电桥电路实现电阻应变效应?如何提高转换灵敏度
尚妻歪 ：答：=1.6mV 当输出U0降至1mv时,根据Uo= U(△R/R)/4可求得 △R/R=4Uo/U=4×1mV/4V=1mΩ/Ω,此时应变值△R= R×1mΩ/Ω=120Ω×1mΩ/Ω=0.12Ω 电桥灵敏度为:Ku=Uo/△R/R ——电阻单位相对变化所引起的电桥输出电压值,此值越大说明电桥越灵敏,可以理解为应变电阻很微小的变化引起...

15734512560：利用应变效应解释金属电阻应变片的工作原理
尚妻歪 ：答：首先，我们要了解应变效应的基础。当金属导体受到外力作用发生形变时，其内部的晶格结构会发生变化，导致电子在导体中流动的路径受到影响。这种形变会引起导体电阻率的变化，进而使电阻值发生变化。这种现象就被称为应变效应。接下来，我们来看金属电阻应变片是如何利用这一效应的。金属电阻应变片通常由一根...

15734512560：什么叫做应变效应?
尚妻歪 ：答：我们以金属丝应变电阻为例，当金属丝受外力作用时，其长度和截面积都会发生变化，从上式中可很容易看出，其电阻值即会发生改变，假如金属丝受外力作用而伸长时，其长度增加，而截面积减少，电阻值便会增大。当金属丝受外力作用而压缩时，长度减小而截面增加，电阻值则会减小。只要测出加在电阻的变化（...

15734512560：简述电阻应变效应和半导体的压阻效应
尚妻歪 ：答：电阻应变效应是指导体在受到机械外力作用时，其电阻值会发生变化的现象。这种现象是由于导体中的电子在外力作用下，被迫移动，导致导体的电阻发生变化。这种电阻应变效应被广泛应用于各种传感器的设计中，如应变计、压力传感器等。压阻效应，又称塞曼效应，是指处于谐振状态的非线性磁性材料受到外部压力时，其...

15734512560：电阻应变效应的工作原理
尚妻歪 ：答：其物理意义是单位应变的电阻变化率，标志着该类丝材电阻应变片效应显著与否。ε为测点处应变，为无量纲的量，但习惯上仍给以单位微应变，常用符号με表示。 由此可知，金属丝在产生应变效应时，应变ε与电阻变化率dR/R成线性关系，这就是利用金属应变片来测量构件应变的理论基础。

15734512560：什么是电阻应变效应
尚妻歪 ：答：1、正电阻应变效应（PHE）：当外部应变引起金属电阻器的长度增加（或者横截面积变小）时，电阻器内的电阻也会增加，这种现象就称为正电阻应变效应。2、负电阻应变效应（NHE）：相对于正电阻应变效应，当外部应变引起金属电阻器的长度缩短（或者横截面积增大）时，电阻器内的电阻会下降，产生负电阻应变效应...