靈敏度係數
學校： 閩江學院
專業： 12電子資訊工程（1）班
姓名李0
學號： 120081003157
完成日期： 2012.12.8
電阻應變計的工作原理
關鍵字： 電阻應變片靈敏係數金屬絲
電阻應變計習慣稱為電阻應變片，簡稱應變計或應變片。出現於第二次世界大戰結束的
前後，已經有六十多年的歷史。電阻應變計的應用範圍十分廣泛，適用的結構包括航空、航
天器、原子能反應堆、橋梁、道路、大壩以及各種機械裝置、建築物等；適用的材料包括鋼
鐵、鋁、木材、塑料、玻璃、土石、複合材料等各種金屬及非金屬材料。並且，它不僅適用
於室內實驗、模型實驗，還可以在現場對實際結構或部件進行測量，這些特點是任何一種傳
感元件或感測器所不能比擬的。另外，它在對結構和裝置的安全監測方面也有廣泛的應用前
景。 電阻應變計是一種用途廣泛的高精度力學量感測元件，其基本任務就是把構件表面的
變形量轉變為電訊號，輸入相關的儀器儀表進行分析。在自然界中，除超導外的所有物體都
有電阻，不同的物體導電能力不同。物體電阻的大小與物體的材料效能和幾何形狀有關，電
阻應變計正是利用了導體電阻的這一特點。
電阻應變計的最主要組成部分是敏感柵。敏感柵可以看成為一根電阻絲，其材料效能
和幾何形狀的改變會引起柵絲的阻值變化。
設一根金屬電阻絲，其材料的電阻率為 ρ，原始長度為 l。不失一般性，假設其橫截面
是直徑為 d的圓形，面積為 a，初始時該電阻絲的電阻值為 r；
r = ρl/a2-1）
在外力作用下，電阻絲會產生變形。假設電阻絲沿軸向伸長，其橫向尺寸會相應縮小，
橫截面的半徑減少導致橫截面面積發生變化。導線的橫截面原面積為，其相對變
化為 2-2）
其中μ為金屬絲材料的泊松比。dl/l 為金屬導線長度的相對變化，用應變表示，即：
2-3 )
在電阻絲伸長的過程中所產生的電阻值的變化成為：
在式中，前一項是由金屬絲變形後電阻率發生變化所引起的；後一項是由金屬絲變形後
幾何尺寸發生變化所引起的。在常溫下，許多金屬材料在一定的應變範圍內，電阻絲的相對
電阻變化與絲的軸向長度的相對變化成正比。即：
5式中，ks為單根金屬絲的靈敏係數。表示金屬絲的電阻變化率與它的軸向應變成線性關
系。根據這一規律，採用能夠較好地在變形過程中產生電阻變化的材料，製造將應變訊號轉
換為電訊號的電阻應變計。
2.2 電阻應變計的結構
電阻應變計主要由敏感柵、基底、覆蓋層及引出線所組成，敏感柵用粘合劑粘在基底和
覆蓋層之間。一種絲繞式應變計的典型結構如圖 2-1 所示。
2.2.1 敏感柵
敏感柵是用合金絲或合金箔製成的柵。它能將被測構件表面的應變轉換為電阻相對變
化。由於它非常靈敏，故稱為敏感柵。它由縱柵與橫柵兩部分組成，縱柵的中心線稱為應變
計的軸線。敏感柵的尺寸用柵長 l（橫柵為圓弧形時，指兩端圓弧內側之間的距離；橫柵為
直線形時，則為兩端橫柵內側之間的距離）和柵寬 b（在與縱軸垂直的方向上，敏感柵外側
之間的距離）表示，參見圖 2-2。柵長尺寸一般為 0.2~100 公釐。
敏感柵是電阻應變計的核心組成部分，它的特性對於電阻應變計的效能有決定性的影
響。為了改善電阻應變計的效能，人們探索了多種材料的應變－電阻特性，從而發展了敏感
柵材料，包括金屬、半導體和金屬氧化物等。目前常用的金屬敏感柵材料主要有銅鎳合金、
鎳鉻合金、鎳鉬合金、鐵基合金、鉑基合金、鈀基合金等。以金屬材料為敏感柵的電阻應變
計的靈敏係數大都在 2.0 ～4.0 間。矽、鍺等半導體材料由於具有壓阻效應，所有也被人們
用作敏感柵的材料，以半導體材料為敏感柵的電阻應變計的靈敏係數大都在 150 左右，遠高
於以金屬材料為敏感柵的電阻應變計。
應變計的靈敏係數
應變計的靈敏係數是指：當應變計貼上在處於單向應力狀態的試件表面上，且其縱向(敏
感柵縱線方向)與應力方向平行時，應變計的電阻變化率與試件表面貼片處沿應力方向的應
變(即沿應變計縱向的應變) 的比值，即
式中，k 為應變計的靈敏係數；ε 為試件表面測點處與應變計敏感柵縱線方向平行的應變；
δ rr 為由ε 所引起的應變計電阻的相對變化。
應變計的靈敏係數主要取決於敏感柵材料的靈敏係數，但兩者又不相等，這主要有兩個
原因：以絲式應變計為例，由於橫柵的存在，使製成敏感柵之後的靈敏係數小於絲材的靈敏
係數，差別的大小與敏感柵的結構型式和幾何尺寸有關；試件表面的變形是通過基底和粘結
劑傳遞給敏感柵，由於端部過渡區的影響又使應變計的靈敏係數小於敏感柵的靈敏係數，此
差數不僅與基底和粘結劑的種類及其厚度有關，還受粘結劑的固化程度以及應變計安裝質量
的影響。因此，應變計的靈敏係數是受多種因素影響的綜合性指標，它不能通過理論計算得
到，而是由生產廠家經抽樣在專門的裝置上進行標定試驗來確定的。並於包裝上註明其平均
名義值和標準誤差。常用的應變計靈敏係數為 2.0~2.4。
電阻應變片的工作原理和訊號調理電路
電阻應變片是電阻應變式感測器的核心元件，它是一種將應變變化轉換成電阻變化的變換元件。將應變片貼上在被測構件表面上，接入測量電路，隨著構件的受力變形，應變片敏感柵也相應變形，從而使其電阻發生變化。電阻變化與構件表面應變成比例，應用適當的測量電路和儀表就能測得構件的應變或應力。應變片不僅能測量應變，而且...
應變片貼上方法
阻值檢測，確保應變片質量，挑選能組成溫度補償的應變片 阻值相差小於0.1 應變片定位，在選定位置劃出十字線，劃線深度要適中。結構表面打磨 先用粗砂紙打磨結構表面再用細砂紙精磨 45度交叉紋 結構表面清潔 用棉紗或脫脂棉花沾丙酮清潔結構表面，擦洗2 3遍後，表面不可再用手接觸 塗膠貼上 在應變片背面塗...
電阻應變片實驗報告
實驗報告格式 一 實驗名稱 設計與測試電阻應變式力感測器 二 實驗目的 設計能夠承載60噸載荷的圓柱式電阻應變力感測器 在壓力機上對上述感測器施加標準載荷，並與計算結果進行對比分析 三 實驗裝置 儀器 工具 ye2532靜態應變儀 ye290應變資料採集箱 電子計算機各一台 60噸拉伸實驗機 電烙鐵...