ΔRt=Rt- R0= R0α0Δt
2) 试件材料和电阻丝材料的线膨胀系数的影响
当试件与电阻丝材料的线膨胀系数相同时, 不论 环境温度如何变化, 电阻丝的变形仍和自由状态一样, 不会产生附加变形。 当试件和电阻丝膨胀系数不同 时, 由于环境温度的变化, 电阻丝会产生附加变形, 从 而产生附加电阻。
4.接引线
引出导线要用柔软、 不易老化的胶合物适 当地加以固定，以防 止导线摆动时折断应 变片的引线。然后在 应变片上涂一层柔软 的防护层，以防止大 气对应变片的侵蚀， 保证应变片长期工作 的稳定性。
应变片的应用——力及压力传感器
1 应变式力传感器
1. 柱（筒）式力传感器
2 环式力传感器 被压缩
2. 电阻应变片的温度补偿方法
电阻应变片的温度补偿方法通常有线路补 偿法和应变片自补偿两大类。
1) 线路补偿法
若实现完全补偿, 上述分析过程必须满足四个条件:
① 在应变片工作过程中, 保证R3 =R4。 ② R1和RB两个应变片应具有相同的电阻温度系 数α, 膨胀系数β, 应变灵敏度系数K和初始电阻值R0。 ③ 粘贴补偿片的补偿块材料和粘贴工作片的被 测试件材料必须一样, 两者线膨胀系数相同。 ④ 两应变片应处于同一温度场。
（4） 粘结剂
用于将敏感栅固定于基底上，并将盖片与基底粘贴在一起 。使用金属应变片时，也需用粘结剂将应变片基底粘贴在构 件表面某个方向和位置上。以便将构件受力后的表面应变传 递给应变计的基底和敏感栅。
常用的粘结剂分为有机和无机两大类。有机粘结剂用于低 温、常温和中温。常用的有聚丙烯酸酯、酚醛树脂、有机硅 树脂，聚酰亚胺等。无机粘结剂用于高温，常用的有磷酸盐 、硅酸、硼酸盐等。
（大m气m压Hg）”、（“a毫tm米）水、柱”“（巴mm”H（2O）ba、r“）标、准 “PSI” ）、“PSI”（“磅力每平方英寸 ）
1 kgf/cm2 = 0.9807×105Pa 1mmH2O = 0.9807×10Pa 1 mmHg = 1.332×102Pa 1atm = 1.01325×105Pa 1bar=105Pa 1 PSI=6.89×103Pa
斜拉桥上的斜拉绳应变测试
四、应变片的测量电路
金属应变片的电阻变 化范围很小，如果直接用 欧姆表测量其电阻值的变 化将十分困难，且误差很 大。常利用桥式测量转换 电路将R /R转换为输出 电压U0。
1、桥式测量转换电路工作方式
① 单臂电桥 双臂电桥 四臂全桥
单臂电桥
R1为应变片， R2 、 R3、R4为 固定电阻 。
2、压力的表示
绝对压力PJ
大气压力PD
表压力PB 1 PB= PJ －PD
真空度PZ（负压）
PZ＝ PD－ PJ
0
表压
绝对 压力
大气压力线
1
负压
真空度
绝对压力的零线
绝对 压力
二、应变式传感器
1、应变片的工作原理
我们可以做这样一个较简单的实验：取一根细电阻丝， 记下其初始阻值（图中为10.01）。当我们用力将该电 阻丝拉长时，会发现其阻值略有增加（增加到为 10.05）。测量应力、应变、力的传感器就是利用类似 的原理制作的。
双臂电桥
R1、 R2为应变片，R3、 R4为固定电阻 。应变 片R1 、R2 感受到的 应变1~2以及产生
的电阻增量正负号相 间，可以使输出电压
Uo成倍地增大。
试 件
四臂全桥
全桥的四个桥臂都为应变片， 如果设法使试件受力后，应变
片R1 ~ R4产生的电阻增量（或 感受到的应变1~4）正负号相 间，就可以使输出电压Uo成倍
地增大。上述三种工作方式中， 全桥四臂工作方式的灵敏度最 高，双臂半桥次之，单臂半桥 灵敏度最低。采用全桥（或双 臂半桥）还能实现温度自补偿。
3、 应变片的温度误差及补偿
a. 应变片的温度误差
由于测量现场环境温度的改变而给测量带来的附加误差, 称为应变片的温度ห้องสมุดไป่ตู้差。 产生应变片温度误差的主要因素有:
电阻温度系数的影响
应变片温度误差
材料与应变片 膨胀系数不同
1) 电阻温度系数的影响 敏感栅的电阻丝阻值随温度变化的关系可用下式
表示：
Rt=R0（1+α0Δt） 式中: Rt——温度为 t ℃时的电阻值;
R0——温度为t 0℃时的电阻值; α0——金属丝的电阻温度系数; Δt——温度变化值, Δt=t -t0。 当温度变化Δt时, 电阻丝电阻的变化值为
2
14
3
1—等 强 度 梁 ； 2—质 量 块 ； 3—壳 体 ； 4—电 阻 应 变 敏 感 元 体
图3-17 电阻应变式加速度传感器结构图
测量原理：将传感器壳体与被测对象刚性连接，当被 测物体以加速度a 运动时，质量块受到一个与加速度方向 相反的惯性力作用， 使悬臂梁变形，该变形被粘贴在悬臂 梁上的应变片感受到并随之产生应变，从而使应变片的电 阻发生变化。 电阻的变化引起应变片组成的桥路出现不平 衡，从而输出电压， 即可得出加速度a值的大小。
• 用应变片测试应变时，将应变片粘 贴在试件表面。当试件受力变形后， 应变片上的电阻丝也随之变形，从 而使应变片电阻值发生变化，通过 测量转换电路最终转换成电压或电 流的变化。
三、应变片的种类
1、金属应变片（应变式压力传感器） （1）金属丝式 （2）箔式 （3）薄膜式 2、半导体应变片（压阻式压力传感器）
设有一长度为、截面积为A、半径为r、电阻率为 的金属单丝，它的电阻值R可表示为
R


l A


l
r2
当沿金属丝的长度方向作用均匀拉力（或压力）时
，上式中、r、l都将发生变化，从而导致电阻值R发生
变化。
例如
（1）金属丝受拉时，l将变长、r变小，均导致R变大； （2）某些半导体受拉时,将变大，导致R变大。
由金属细丝绕成栅形。电阻应变片的电阻值为60Ω、120Ω、 200Ω等多种规格，以120Ω最为常用。
对敏感栅的材料的要求： ①应变灵敏系数大，并在所测应变范围内保持为常数； ②电阻率高而稳定，以便于制造小栅长的应变片； ③电阻温度系数要小； ④抗氧化能力高，耐腐蚀性能强； ⑤在工作温度范围内能保持足够的抗拉强度； ⑥加工性能良好,易于拉制成丝或轧压成箔材； ⑦易于焊接，对引线材料的热电势小。 对应变片要求必须根据实际使用情况，合理选择。
应变式荷重传感器的
外形及应变片的粘贴 F
位置
R4
R
R1
2
应变式荷重传感器外形及受力位
置F F
应变式荷重传感器外形及受力位置
F
F
荷重传感器原理演示
荷重传感器 上的应变片 在重力作用 下产生变形。 轴向变短， 径向变长。
汽车衡
汽车衡称重系统
电子秤
远距离 显示
磅秤
超市打印秤
电子天平
电子天平的精度 可达十万分之一
料而言，由于其感受到应变时，电阻率 会产生很大的变化，所以灵敏
度比金属材料大几十倍。
二、应变片的结构
与材料
由敏感栅1、基底2、盖片3、引线4和粘结剂等组成。 这些部分所选用的材料将直接影响应变片的性能。因 此，应根据使用条件和要求合理地加以选择。
43
b
2
l
栅宽
1 电阻应变片结构示意图 栅长
（1） 敏感栅
• 半导体应变片是用半导体材料制成的, 其工 作原理是基于半导体材料的压阻效应。所 谓压阻效应，是指半导体材料在某一轴向 受外力作用时, 其电阻率ρ发生变化的现象。
•
• 半导体应变片的灵敏度特别高，但是对温 度敏感.
应变片具有体积小、价格便宜、精度高、频率响应好等 优点，被广泛应用于工程测量及科学实验中。
适用范围：不适用于频率较高的振动和冲击场合， 一 般适用频率为10~60 Hz范围。
1、应变片测量力的原理是什么？
2、应变片有哪几种类型？
3、单臂、半桥和全桥电路的灵敏度有怎样的倍数关系？谁的灵 敏度最大？
4、如右下图是一个圆柱体弹性元件，A、B、C、D是四个应变 片，观察他们粘贴的位置后判断四个应变片在电桥中应怎样连接？ 画出电桥电路来说明.
2、 应变式压力传感器
应变式压力传感器主要用来测量流动介质的动态或静态压 力。如动力管道设备的进出口气体或液体的压力、发动机内部 的压力变化, 枪管及炮管内部的压力、内燃机管道压力等。 应 变片压力传感器大多采用膜片式或筒式弹性元件。
应变式力传感器
F
F
F
F
各种悬臂梁
F
F
固定点
固定点
电缆
人体 秤
吊钩秤
便携式
应变式数显扭矩扳 手
可用于汽车、摩托车、飞机、内燃机、机械 制造和家用电器等领域，准确控制紧固螺纹的 装配扭矩。量程2~500N.m，耗电量≤10mA， 有公制/英制单位转换、峰值保持、自动断电等 功能。
3.4.4 应变式加速度传感器 用于物体加速度的测量。
依据：a=F/m。
1.什么是压力
垂直作用在单位面积上的力称压力。 在国际单位制（SI）和我国法定计量单位 中，压力的单位是“帕斯卡”，简称 “帕”，符号为“Pa”。
1Pa
1N / m2
kgm 1 m2s2
1kgm1s2
即1N的力垂直均匀作用在1m2的面积上所 形成的压力值为1Pa。
其他压力单位： “工程大气压力”（kgf/cm2）、“毫米汞柱”
（2） 基底和盖片
基底用于保持敏感栅、引线的几何形状和相对位置，盖片 既保持敏感栅和引线的形状和相对位置，还可保护敏感栅。基 底的全长称为基底长，其宽度称为基底宽。
（3） 引线
是从应变片的敏感栅中引出的细金属线。对引线材料的性 能要求：电阻率低、电阻温度系数小、抗氧化性能好、易于焊 接。大多数敏感栅材料都可制作引线。