电阻应变片

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电阻应变片范文第1篇

关键词： 应变式传感器；温度误差；补偿

中图分类号：TS3 文献标识码：A文章编号：1006-4311（2012）04-0011-020引言

应变式传感器以电阻应变片为转换元件，应变片粘贴在被测试件表面，由于被测试件的变形使其表面产生应变，从而引起电阻应变片的阻值变化，通过测量电阻的变化即反映了应变或应力的大小。电阻应变片不仅能够测量应变，而且对其他的物理量，只要能变为应变的相应变化，都可进行测量，如可以测量力、压力、位移、力矩、重量、温度和加速度等物理量。它结构简单、体积小、测量范围广、频率响应特性好、适合动态和静态测量、使用寿命长、性能稳定可靠，是目前应用最广泛的传感器之一[1-3]。

电阻应变片由于温度变化引起的电阻变化与试件应变所产生的电阻变化几乎有相同的数量级，如果不采取必要的措施克服温度的影响，测量的精度无法保证。

1温度误差产生的原因

1.1 电阻温度系数的影响应变片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+?琢0）?驻t（1）

式中:Rt——温度为t时的电阻值；R0——温度为t0时的电阻值；?琢0——温度为t0时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：

ΔR=Rt-R0=R0?琢0Δt（2）

1.2 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。

当试件与电阻丝材料的线膨胀系数不同时，由于环境温度的变化，电阻丝会产生附加变形，从而产生附加电阻变化。

设电阻丝和试件在温度为0℃时的长度均为l0，它们的线膨胀系数分别为βs和βg，若两者不粘贴，则它们的长度分别为

ls=l0（1+βsΔt），lg=l0（1+βgΔt） （3）

当两者粘贴在一起时，电阻丝产生的附加变形Δl、附加应变εβ和附加电阻变化ΔRβ分别为Δl=lg-ls=（βg-βs）l0Δt（4）

εβ=■=（βg-βs）Δt，ΔRt=K0R0εβ=K0R0（βg-βs）Δt（5）

那么由于温度变化而引起的应变片总电阻相对变化量为

■=■=[?琢0+K0（βg-βs）]Δt（6）

折合成附加应变量或虚假的应εt，有

εt=■=■+（βg-βs）Δt （7）

由式（6）和式（7）可知，因环境温度变化而引起的附加电阻的相对变化量，除了与环境温度有关外，还与应变片自身的性能参数（K0，?琢0，βs）以及被测试件线膨胀系数βg有关。

温度对应变特性的影响，除了上述两个方面，还将会影响粘合剂传递变形的能力等。但在常温下，上述两个方面是造成应变片温度误差的主要原因。

2温度补偿方法

温度补偿方法通常有线路补偿和应变片自补偿两大类。

2.1 线路补偿法电桥补偿是最常用且效果较好的线路补偿。 图1是电桥补偿法的原理图。电桥输出电压Uo与桥臂参数的关系为：Uo=A（R1R4-RBR3） （8）

式中，A为由桥臂电阻和电源电压决定的常数。由上式可知， 当R3和R4为常数时，R1和RB对电桥输出电压Uo的作用方向相反。 利用这一基本关系可实现对温度的补偿。

测量应变时，工作应变片R1粘贴在被测试件表面上，补偿应变片RB粘贴在与被测试件材料完全相同的补偿块上，且仅工作应变片承受应变，如图2所示。

当被测试件不承受应变时，R1和RB又处于同一环境温度为t的温度场中，调整电桥参数使之达到平衡，此时有

Uo=A（R1R4-RBR3）=0 （9）

工程上，一般按R1=RB=R3=R4选取桥臂电阻。

当温度升高或降低Δt=t-t0时，两个应变片因温度而引起的电阻变化量相等，电桥仍处于平衡状态， 即

Uo=A[（R1+ΔR1t）R4-（RB+ΔRBt）R3]=0 （10）

若此时被测试件有应变ε的作用，则工作应变片电阻R1又有新的增量ΔR1=R1Kε，而补偿片因不承受应变，故不产生新的增量， 此时电桥输出电压为Uo=AR1R4Kε （11）

由上式可知，电桥的输出电压Uo仅与被测试件的应变ε有关， 而与环境温度无关。

线路补偿法的优点是简单方便，补偿效果好。其缺点是在温度变化梯度较大的情况下，很难做到工作片与补偿片处于温度完全一致的情况，因而影响补偿效果。

2.2 应变片的自补偿法这种温度补偿法是利用自身具有温度补偿作用的应变片（称之为温度自补偿应变片）来补偿的。根据温度自补偿应变片的工作原理，可由式（7）得出，要实现温度自补偿，必须有：?琢0＝-K0（?茁g-?茁s） （12）

上式表明，当被测试件的线膨胀系数βg已知时，如果合理选择敏感栅材料，即其电阻温度系数α0、灵敏系数K0以及线膨胀系数βs，满足式（12），则不论温度如何变化，均有ΔRt/R0=0，从而达到温度自补偿的目的。

3结束语

通常情况下，由于电阻应变式传感器设置的场所并非理想，在温度、湿度、压力等的因素影响下，可引起传感器灵敏度的变化和零点漂移现象，成为传感器使用过程中非常严重的问题。虽然在传感器制作过程中已经采取了相应的措施，使存在的问题得到了很好的解决。但是，应变式传感器还与应变片和粘接剂的性能、粘贴工艺的制定、结构设置、安装方法都有非常密切的关系，任何一方面都需要精心设计和制作[4-6]。

参考文献：

[1]郁有文等.传感器原理及工程应用[M].西安：电子科技大学出版社，2008.

[2]康昌鹤等.气温敏感器件及其应用[M].北京：科学出版社，1987.

[3]周继明等.传感技术与应用[M].长沙：中南大学出版社，2005.

[4]孙艳梅.压力传感器温度补偿的一种新方法[J].光通信研究，2011，（01）62-64.

电阻应变片范文第2篇

关键词：应变仪；电阻式；桥路；教学

中图分类号：TU311 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）46-0174-02

静态电阻应变仪为结构表面应变测量技术的重要手段之一，对于土木工程专业大专院校学生而言，掌握静态电阻应变仪的理论知识及具体操作应用是土木工程检测技术必要的基本技能。

一、教学目的

1.利用不同的桥路组合方式进行应变测量，了解提高测试灵敏度以及消除温度影响的方法，从而掌握这种方法解决测量中的实际问题。

2.学习和理解温度补偿的原理和方法。

3.熟悉静态电阻应变仪的功能和基本操作方法；

4.熟悉应变式位移传感器与应变仪的配套使用以及位移的测试方法。

二、教学仪表器材和设备

1.YE2539静态电阻应变仪和计算机采集系统。

2.电阻式应变片。

3.悬臂梁模型。

三、教学方法和步骤

1.试件尺寸测量。用铅笔在应变片布置部位画一条与悬臂梁轴线垂直的横线，分别测量和记录该线段到加载点（加载刀口的中线）的距离（l）以及该截面梁的宽度（b）和高度（h）。梁的几何尺寸（特别是高度参数）测量结果对计算有很大影响，一定要进行反复多次测量，保证精度，尺寸长度精确到0.05mm。悬臂梁材料的弹性模量Eg=2.05×1011N/m2。

2.应变计算公式为：

3.应变片的粘贴。应变片选用电阻式应变片，根据图1所示粘贴完成，选择4片应变片，其位置为图2所示，粘贴于悬臂梁同一断面，其中上下缘各2片。

4.半桥温度共用补偿接法应变测试。

（1）将悬臂梁上4个纵向应变片作编号（①～④），要特别注意不能混淆上缘和下缘的应变测点。

（2）按照半桥共用补偿接法（图3）将4个纵向应变片接入应变仪的相应测点（0～9测点可任意选择），悬臂梁上的工作片分别接A、B两接线柱，将一粘贴在矩形金属块上的补偿片接入带有“补偿”标记的两接线柱上。要特别注意拧紧接线柱，保证连接部位的良好接触，同时检查应变仪上所有测点（0～9测点）的B、B’是否可靠短接，温度共用补偿是用过B、B’短接来实现的。

（3）应变片接桥完毕后，进入应变仪“测点参数设置”界面，如见图4所示。参数设置包括：a.测点选择：在“测点开关”选项中关闭未连接应变片的测点。b.灵敏系数设置：该参数设置必须与应变片的标称灵敏系数相同。c.桥路模式设置：在“连接形式”中选择“应变1-1”模式。

（4）参数设置正确无误后，确认进入测试界面，进行应变测试操作：a.将加载刀口和挂钩悬挂在悬臂梁上，做好加载准备。b.平衡（调零）：由于工作片与补偿片阻值存在微小差异，测量电桥处于不平衡状态，即初始输出应变不等于零，平衡的目的是将初始应变值扣除，以便测量活载应变增量。用“采样”功能栏中的“自动平衡”进行调零，然后用“扫描采样”进行数据采集，如4个测点的显示数据均为“0”（小于±3范围内也属正常），说明测试系统正常。如有测点显示值偏大，说明系统存在故障，此时应检查测点连接是否可靠；如显示为“19999”，则应检查“连接形式”设置、测点连接等环节，直至故障排除。c.加载测试：分4级加载，数据“扫描采样”，将4个测点的数据与计算应变进行比较，如两者差异较大，则应进行必要的分析检查（包括复核计算应变的正确性）。

四、记录表格

电阻应变片范文第3篇

一、 联系生活实际，关注科技和社会热点

例1 （2011年・中考题）今年5月10日，盐城市实施了人工降雨．气象部门用火箭将碘化银洒向云层，碘化银吸附水汽，加速水蒸气____成小水滴，或加速水蒸气____成冰晶（均填物态变化名称）．水蒸气变成冰晶的过程中____热量．

例2（2011年・中考题）2011年3月11日，日本仙台以东海域发生大地震并引发海啸．海浪具有巨大的____能，致使岛核电站冷却系统受损，反应堆温度升高．用海水冷却反应堆是利用____方式来改变反应堆的内能．岛附近的空气中检测到核电站泄漏的放射性物质，说明分子是____的．

评析 热点问题既有国际性的、也有国内的、还有地方热点，选编热点问题对学生的心理作用往往大于实际知识的传授。 万变不离其宗，热点问题只是素材“新鲜”，考查的知识能力还是学生应该掌握的.

二、 精设探究情景，在运用中检测探究水平

例3 （2010年・中考题）同样的一杯热水，室温高时冷却得慢，室温低时冷却得快．老师要求同学们针对这一现象，提出一个问题．下面是四位同学的发言，其中较有价值且可探究的问题是（ ）

A. “热水在室温低时比室温高时冷却得快吗？”

B. “热水冷却的快慢与它的质量、它与环境的温差有什么关系？”

C. “为什么热水在室温低时比室温高时冷却得快呢？”

D. “为什么热水的质量越大冷却得越慢？”

评析 本题根据日常生活中司空见惯的物理现象，要求学生具有提出有探究价值的物理问题的能力，学生这方面的能力需要在日常学习生活中培养，解这道题要求学生有较高的物理素养，该题较好体现了物理学科的特点．本题侧重于考查科学探究的发现并提出问题环节.

例4 （2011年・中考题）小明想比较阻燃型保温材料和普通保温材料的保温性能．他用厚度相同的两种材料的板材制成大小相同的两只盒子，盒盖上开有插温度计的小孔．首先在阻燃型材料的盒内放一烧杯，烧杯中倒入适量的热水，盖上盖子，测得温度如图所示，并记录温度计示数下降10℃所用的时间t1．然后将烧杯移至普通保温材料的盒内，盖上盖子，记录温度下降10℃所用的时间t2．上述实验再重复做两次．

（1） 图示温度计示数为____℃．

（2）下面是小明设计的实验数据记录表格．表格中A处填写的物理量是____，其单位是____.

（3） 小明实验方案中存在明显问题，请你帮他指出来．答：____．

（4） 小华针对小明方案中存在的问题，对方案进行修改．简要写出修改后正确的实验方案．答：____．

评析 本题侧重于考查科学探究的设计实验数据记录表格以及对实验方案评估能力.注重对实验过程、实验失败原因剖析的考查.

三、 设计情景图表信息，考查学生处理图表信息的能力

例5 （2011年・南京）小明根据所学的物理知识并结合下列表格中的数据，得出以下四个结论，其中正确的是（ ）

A. 寒冬季节盛有水的水缸放在室外不可能破裂

B. 标准大气压下，铝在660℃时一定处于固液共存状态

C. 体积相等的铁球和铝球，如果它们的质量相等，铁球可能是实心的

D. 质量相等的实心铁块和实心铝块，升高相同的温度，铝块吸收的热量较多

评析 该题型在考题中提供较多的情景信息，根据题目要求，从中筛选出有用的相关信息并答题

例6 （2011年・泸州）甲、乙两位同学进行百米赛跑，假如把他们的运动近似看作匀速直线运动处理，他们同时从起跑线起跑，经过一段时间后他们的位置如图Ⅰ所示，在图Ⅱ中分别作出的在这段时间内两人运动路程S、速度v与时间t的关系图像，正确的是（ ）

评析 这类题利用图像信息考查了“双基”，意在考查学生是否会从图象中收集信息并处理图表信息的能力

四、 精选阅读题材，考查学生综合素养

例7 （2011年・盐城）阅读短文，回答问题：

力传感器在电子秤中的应用

电子秤所使用的测力装置是力传感器．

常见的一种力传感器由弹簧钢和应变片组成，其结构示意图如图甲所示．弹簧钢右端固定，在其上、下表面各贴一个相同的应变片．若在弹簧钢的自由端施加向下的作用力F，则弹簧钢发生弯曲，上应变片被拉伸，下应变片被压缩．力越大，弹簧钢的弯曲程度越大．

应变片结构如图乙所示，其中金属电阻丝的阻值对长度变化很敏感．给上、下金属电阻丝提供相等且大小不变的电流，上应变片两引线间电压为U1，下应变片两引线间电压为U2，传感器把这两个电压的差值U（U＝U1－U2）输出，用来反映力F的大小．

金属电阻丝的阻值随温度会发生变化，其变化情况如图丙所示．为消除气温变化对测量精度的影响，需分别在上、下应变片金属电阻丝与引线之间串联一只合适的电阻，进行温度补偿．串联合适的电阻后，测量结果不再受温度影响

（1） 这种力传感器是将力的大小转换为 ____（电流/电压）的装置．

（2） 外力F增大时，下列说法正确的是____．

A. 上、下应变片金属电阻丝电阻都增大

B. 上、下应变片金属电阻丝电阻都减小

C. 上应变片金属电阻丝电阻减小，下应变片金属电阻丝电阻增大

D. 上应变片金属电阻丝电阻增大，下应变片金属电阻丝电阻减小

（3） 传感器输出的电压U随外力F增大而____．

（4） 进行温度补偿时，应给上金属电阻丝串联阻值随温度升高而____ 的电阻，下金属电阻丝串联阻值随温度升高而____ 的电阻．

电阻应变片范文第4篇

浙江省2013年1月高等教育自学考试

检测技术试题

课程代码：01951

请考生按规定用笔将所有试题的答案涂、写在答题纸上。

选择题部分

注意事项：

1. 答题前，考生务必将自己的考试课程名称、姓名、准考证号用黑色字迹的签字笔或钢笔填写在答题纸规定的位置上。

2. 每小题选出答案后，用2B铅笔把答题纸上对应题目的答案标号涂黑。如需改动，用橡皮擦干净后，再选涂其他答案标号。不能答在试题卷上。

一、单项选择题(本大题共10小题，每小题2分，共20分)

在每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的，请将其选出并将“答题纸”的相应代码涂黑。错涂、多涂或未涂均无分。

1.对同一被测量进行多次重复测量时，若误差的大小不可预知地随机变化，则把这种误差称为

A.系统误差B.随机误差

C.粗大误差D.方法误差

2.应变片的允许工作电流参数是指

A.允许通过应变片而绝缘材料因受热而未损坏的电流

B.允许通过应变片而敏感栅受热未烧坏的电流

C.允许通过应变片而不影响其工作特性的电流

D.允许通过应变片使灵敏度为时对应的电流

3.变间隙式电容传感器的非线性误差与极板间初始距离d之间是

A.正比关系B.反比关系

C.无关系D.对数关系

4.螺线管三节式差动变压器传感器的两个匝数相等的二次绕组，工作时是

A.同名端并联B.同名端连在一起串联

C.异名端并联D.异名端连在一起串联

5.压电石英晶体表面上产生的电荷密度与

A.晶体厚度成反比B.晶体面积成正比

C.作用在晶片上的压力成正比D.剩余极化强度成正比

6.光敏二极管工作时，其上

A.加正向电压B.加反向电压

C.不需加电压D.加正向、反向电压都可以

7.热敏电阻测量的基础是根据它们的

A.伏安特性B.热电特性

C.标称电阻值D.测量功率

8.如果要利用接触式测得物体的真实________，必须保证被测物体的热容量要远大于传感器。

A.温度B.热容量

C.电压D.电阻

9.单色光的波长越短，它的

A.频率越高，其光子能量越小B.频率越低，其光子能量越小

C.频率越高，其光子能量越大D.频率越低，其光子能量越大

10.要让频率范围为10k~50kHz的信号成分通过，应该选择

A.低通滤波器B.高通滤波器

C.带通滤波器D.带阻滤波器

二、多项选择题(本大题共5小题，每小题2分，共10分)

在每小题列出的五个备选项中至少有两个是符合题目要求的，请将其选出并将“答题纸”的相应代码涂黑。错涂、多涂、少涂或未涂均无分。

11.衡量静态特性的重要指标有

A.灵敏度B.线性度

C.滞后度D.精确度

E.稳定性

12.电阻应变片的线路温度补偿方法有

A.差动电桥补偿法B.热敏电阻补偿法

C.补偿线圈补偿法D.恒流源温度补偿电路法

E.应变片自补偿

13.热敏电阻具有________等优点。

A.体积小B.线性好

C.响应速度好D.灵敏度高

E.价格便宜

14.半导体热敏电阻包括以下哪几种？

A.正温度系数热敏电阻B.负温度系数热敏电阻

C.临界温度系数热敏电阻D.非温度系数热敏电阻

E.铂热电阻

15.气体传感器可以分为以下哪几种？

A.半导体气体传感器B.固体电解质气体传感器

C.浓差电池型气体传感器D.组合电位型气体传感器

E.组合电流型气体传感器

非选择题部分

注意事项：

用黑色字迹的签字笔或钢笔将答案写在答题纸上，不能答在试题卷上。

三、填空题(本大题共10小题，每空1分，共20分)

16.电阻应变片的配用测量电路采用差动电桥时，不仅可以________，同时还能起到________的作用。

17.差动变压器的结构形式很多，基本上可分为________、变截面式和________。

18.硅光电池的结构是在N型硅片上渗入________型杂质，形成一个大面积________。

19.按光纤的作用，光纤传感器可分为________型和________型两种。

20.热电偶中热电势的大小仅与两电极的________和两接点的________有关，而与热电极尺寸、形状及温度分布无关。

21.按照把输入量转换成数字量的步骤，数字式传感器可分为________数字传感器和________数字传感器。

22.霍尔元件是N型半导体制成扁平长方体，扁平边缘的两对侧面各引出一对电极。一对叫________，用于引入激励电流；另一对叫________，用于引出霍尔电势。

23.电阻式半导体________传感器是利用其________值的改变来反映被测气体的浓度。

24.电容式传感器中，变面积式常用于较大的________测量,变介电常数式多用于________的测量。

25.涡流式传感器的配用测量电路有________电路和________电路。

四、名词解释(本大题共5小题，每小题3分，共15分)

26.光电流

27.理想测试系统

28.涡流效应

29.霍尔效应

30.光纤传感器

五、简答题(本大题共3小题，每小题5分，共15分)

31.常见的差模干扰有哪些？可采用什么方法来消除差模干扰？

32.简述三种电容式传感器的工作原理、结构及适用场合。

33.按照原理来分，热电式传感器有哪些分类?分别基于什么机理？

六、分析综合题（本大题共2小题，每小题10分，共20分）

34.如图为一直流应变电桥。图中E=4V，R1=R2=R3=R4=120Ω，试求：

题4图

(1)R1为金属应变片，其余为外接电阻。当R1的增量为ΔR1=2.4Ω时，电桥输出电压U0；(3分)

(2)R1,R2都是应变片，且批号相同，感受应变的极性和大小都相同，其余为外接电阻，电桥的输出U0；(3分)

(3)题(2)中，如果R1~R4都是应变片，批号相同，且电桥相邻臂上的应变片感受应变的极性相反，大小|ΔR1|=|ΔR2|=|ΔR3|=|ΔR4|=2.4Ω，电桥的输出U0。(4分)

35.说明差动变隙电感传感器的

1)主要组成（2分）

电阻应变片范文第5篇

关键词： 应变片式传感器； Multisim；LabVIEW； 电子称

中图分类号： TN919?34； TP393 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2013）10?0119?03

电阻应变片是广泛应用的传感元件之一，其量程宽、体积小、携带方便和准确度高[1]，在电子衡器中被广泛应用，因此在传感器的教学中占有非常重要的位置，其实验也是传感器课程诸多实验中必做的内容，对学生深入理解和掌握相关理论知识、培养实践能力和综合素质具有不可忽视的作用。在该课程的实验教学中，传统的实验方法仅停留在验证性的基本原理阶段，与实际联系不多[2]，传统的实验电路通常又采用模块化设计，实验方法和手段因实验设备的定型而很难改动，缺乏直观性，严重束缚了学生的创造力，对实践能力的提高作用有限。随着新的测试技术的发展，电路仿真软件和虚拟仪器软件的不断涌现，为解决上述问题提供了良好的平台。学生可以在电脑上采用Multisim软件设计应变片的测量电路，进而在LabVIEW虚拟仪器软件平台上，完成对实验数据的处理和标定，从而实现电子称功能，在一定程度代替了实验室的硬件传统仪器设备和元器件。

1 应变式称重传感器

应变式称重传感器主要由弹性体、电阻应变片和测量电路组成。其工作原理是：弹性体在外力作用下产生弹性形变，使粘贴在它表面的电阻应变片也随之产生形变，从而引起电阻应变片的阻值发生变化，通过相应的测量电路，把电阻变化转换为电信号输出，从而完成将重力转换为电信号的过程[3]。

1.1 应变片的工作原理

2 Multisim仿真

Multisim是美国国家仪器（NI）公司推出的以Windows为基础的仿真工具。可提供4 000～17 000个电路元器件，除虚拟元件外基本采用实际参数模型，所实现的仿真具有较强的真实性[5]。该仿真软件还提供了丰富的测试仪器和强大的电路分析手段，为正确验证电路功能和分析电路参数提供了有力保证。因此笔者尝试在Multisim平台上设计全桥电路将应变电阻变化转换为电路输出电压。

2.1 模型的建立

2.2 放大电路设计

差动电桥输出的电压信号极其微弱，采用三运放高共模抑制比放大电路将电桥输出电压放大。它由两级放大器组成两个对称同相放大器构成第一级，由集成运放OP07，R6，R7和Rw2组成同相输入式并联差分放大器，具有非常高的输入阻抗。第二级由OP07，R8，R9，R10和R11组成反向比例放大器。为方便调节，再加一级比例放大电路，并在电路的输出级接万用表。放大电路如图2所示。

2.3 综合电路仿真

3 LabVIEW的虚拟电子称

LabVIEW是美国NI公司推出的虚拟仪器软件开发平台，在测控领域已得到迅速而广泛的应用。将虚拟仪器技术引入实验教学是高校进行实验室建设、改革实验教学的一个新的发展方向。在虚拟仪器软件系统中做各种传感器实验，在一定程度代替了实验室的硬件传统仪器设备[6]，真正体现了虚拟仪器技术“软件即仪器”的独特魅力，有助于学生深刻理解传感器的测试功能，提高学生的实验兴趣和实验效率。

3.1 前面板设计

4 结 语

基于Multisim对应变测量电路进行仿真设计，获得仿真结果，继而在LabVIEW虚拟仪器平台上实现了简易电子称。使学生加深对理论内容的理解和掌握，使得原本枯燥的理论教学和验证性实验转化为贴近工业生产实际的一体化教学。大大拓展了学生的知识面， 增加学生动手机会和创新能力的同时， 其直观有趣的交互界面更激发了学生的学习兴趣和探索精神。

参考文献

[1] 陈秋顺，仲梁维.应变式称重传感器弹性体线性度的有限元分析[J].现代制造工程，2010（10）：97?100.

[2] 简家文，朱双东，谢建军.虚拟仪器技术在传感器检测技术实验教学中的应用[J].合肥工业大学学报：社会科学版，2009，23（5）：15?18.

[3] 刘迎春，叶湘滨.传感器原理、设计与应用[M].4版.长沙：国防科技大学出版社，2004.

[4] 何道清，张禾，谌海云.传感器与传感器技术[M].2版.北京：科学出版社，2008.

电阻应变片范文第6篇

【关键词】应变测试技术；石油机械；石油开采

在当今科技水平不断提高的时代背景下，石油机械的科技含量也在不断提升。而应变测试技术在这一领域的使用为石油机械的发展和石油开采过程带来了重大影响。这种技术的应用使得机械设备的预警与安全检查得到提升，在一定程度上避免了事故的发生。

1 应变测试技术的原理

1.1 应变测试系统的理论

应变测试技术对金属材料在受到外力时会出现弹性形变的特点加以利用，而传感元件一般为电阻应变计，这样一来电阻的相对变化就可以表示结构或弹性体表面的变化情况，继而使用电阻应变仪将电阻经过放大、检波使其变为电流或电压的变化，这种变化由数据采集器进行测量并最终记录下来，再从力学原理的角度出发换算成直观的应力。

1.2 应变测试系统的分类

应变测试系统一般由三部分组成：

（1）直观反应部分：电阻应式变仪

（2）数据记录部分：数据采集器

（3）换算转化部分：计算机

1.3 应变测试系统的流程

一般来说，应变测试系统会按照一下流程进行：

第一，把检测元件的电阻应变片附着在需要被测试的物体原件的表面，电阻应变片即本次检测的核心元件，根据实际情况选择粘贴或安装的方式。

第二，在接入测量线路以后，电阻应变片的敏感栅将会随着构件的受力变形也发生相应的形态变化，而这种形态上的变化也会导致电阻发生相对应的改变。

第三，原件表面的弹性形变幅度和电阻应变片的改变数值成一定比例，测量线路传输出的信号经过大幅度放大以后由由仪表进行数据的记录，再将相关力学参数换算为电学参数。

第四，电阻值的改变数值将由惠斯顿电桥完成测量计算，再换算出对应的应变量。当在测试的时候使用的刻度计量装置为一般物理量便可以直接得到非电量数值，这样一来被测试的物体原件的应变测试就算完成了。

2 应变测试技术的发展

在科学技术不断发展的今天，技术与应用原件都发生了翻天覆地的变化，应变测试技术原件也在不断改变不断提高，出现了质的飞跃与进步。

在1935年，最早的粘贴式电阻应变计诞生于德国，受到业界广泛的关注；在1953年，箔式应变计出现了，应变计出现了一个质的飞跃，箔式应变计的应用领域飞速扩展，从大型工程结构的测量到个中精度传感的测验，箔式应变计一如既往的发挥着巨大的作用；在1966年，薄膜应变计出现，这种采用溅射技术制造的应变计具有成本较低、可批量性生产、使用领域广泛等特点，一出现便受到了业界的追捧。而在近些年来，电测式应变计仍然在不断的革新之中，其主要方向为对应用领域的扩展，科技含量的提高和使用环境的适应能力。

3 应变测试技术在石油机械中的应用

3.1 井架承载能力评估

在石油机械的诸多领域中，石油钻机井架是陆地钻机及海洋钻机的重要组成部分。当石油钻机井架正在作业的时候，井架的安全系数可能会因为井架结构停留时间过长又得不到良好的保养而产生腐蚀、变形、开裂等问题而大大降低。各种钻井作业过程当中，井架往往会同时承受各种各样的负荷，井架升沉情况的出现大大增加了生产中的危险因素。而由于石油钻井作业场所相对偏远，尤其是海洋性作业，更需要对其安全性进行全方位的评估与保障，否则一旦出现事故，海洋相对陆地来说救援更为困难，救援设施的运输更为缓慢，因此在平时的一检查与我合理的评估预测中加大投入，可能出现问题的部分部件进行定期的养护与维修，尽最大的努力保证海上作业的安全，变事后处理为事前预警。

所以在定期的检测中应对井架进行安全测试，由这种方式了解井架在实际工作中井架的最大静应力与最大动应力,从而对动载系数进行预估。钻机井架作为超静定空间桁架结构，受力复杂，而一般危险发生地方为受力最强节点部分。这就要求一方面对整个框架进行多点测试保证整体安全性，另一方面对受力相对较多的关键部位进行更为细致的检测。

3.2 抽油机结构强度测试

抽油机结构强度测试对象为双驴头抽油机。过程为将后驴头加装在常规游梁式抽油机的游梁后臂部位，连杆的硬连接部分以驱动绳来起相同功能，这种方式的优点是可以达到变力臂一般使用需求，而其冲程长、动载小、能较耗低的特点也很受低粘度原油和高含水原油开采过程的青睐，属于长冲程节能型抽油机。在一般作业过程中，双驴头抽油机经过长期使用便会出现游梁体尾部连接孔处出现了裂纹、断裂等失效形式,如果不能进行及时的处理就会导致整个油梁体的全部报废。这就需要在日常工作中定期在连接孔等容易老化容易引发事故的部位布片进行电测应力分析，通过这种方式可以清楚而即使对抽油机的应力进行监控，将事故消弭在萌芽。

3.3 套管失效实验分析

油田的开发是一个长时间的过程，而在开发时间不断增加的过程中，不断出现的套损井数目也在增加。套损井的出现与增多往往会使正常生产工作速率降低效率下降，不仅如此，油井开发作业的经济效益逐步降低，对套损井的修复作业往往费时费力，相应而来的成本也在不断攀升。面对这种问题，必须从套管的使用以及保养入手，只有这样才能从根本上,控制和减缓套损井数量。在实际情况中，由于套管所处的复杂工况条件，偏磨、错断、腐蚀甚至于挤毁状况都会出现，这种修复难度较大，耗时较长，而且风险性较高，当修复进入僵局时很可能造成关闭油井代价。在这种情况下便需要通过应变测试技术对产层套管损坏的情况进行分析和了解，及时进行维护和修理，如不能简单修复也可以暂时停止生产，防止套损井的出现。

4 总结与展望

随着科学技术的不断发展，石油机械领域的科技含量也在不断提高。应变测试技术就是众多技术之一。我们通过对应变测试技术原理和发展情况的认识已经可以清楚地认识到应变测试技术在石油机械领域的具体应用和这种应用的重要性。通过以上文章内容的分析我们可以看到应变测试技术在石油机械中的应用范围已经非常广阔，而前景也极其明朗。随着科学技术的发展，应变测试技术也会不断更新，科技含量更加提高，对特殊环境的适应能力、环境对其作业的影响也会不断减小，更加适应石油机械领域复杂多变的环境。

参考文献：

[1]刘金梅,周国强,郭金玉.基于模型修正的井架评定方法[J].大庆石油学院学报,2004(2).

电阻应变片范文第7篇

电力机车的牵引变压器、牵引电动机、整流硅机组、平波电抗器、制动电阻等均为强迫冷却的电气设备，机车运行中这些电气设备将产生大量的热量损耗。为了保证电气设备正常工作，必须将这些热量及时散到车外。所以通风系统是机车上不可缺少的一个部分。为了监测通风系统是否正常工作，安装了风速继电器。风速继电器是一种保护继电器，它串接于机车的上载电路中，用于监测风机对整流柜是否正常送风，牵引电机是否良好通风等等。通过监测风压是否存在，可监视通风电路是否正常，达到对以上电器保护的目的。目前，国产553、55;等型电力机车上安装的是机械式风速继电器，其故障率高主要表现在:

1.微动开关质量不过关、行程短、易发生误动作和机械卡滞。

2.机械部分脆弱，有时压不住微动开关的顶杆、滚轮易脱开。

3.整定值不易调整。现在，由于该继电器故障率高，乘务员一般甩掉该继电器，其后果是不能检测风机是否良好工作，达不到保护功能，因而造成牵引电机、硅整流装置等大型设备烧损。所以，采用新型的可靠性能良好的电子电路代替原机械式风速继电器，已成当务之急。基于这些原因，1994年郑州科研所与局机务处、郑州北机务段联合开发，研制了一种新型电力机车风速继电器—《FDJ一1型电力机车风速电子继电器》。该电子继电器是采用全电子电路，集先进的检测与转换技术、电子技术于一体的新一代产品，克服了原机械式继电器的缺点和不足，达到了可靠工作，有效地保护机车设备的作用。该风速电子继电器于1995年5月在郑州通过铁路局技术鉴定。

二、运用条件

1.适用于553、55;等型电力机车。

2.对应于风速5米/秒，7米/秒，继电器可靠动作。

3.工作电源:十nov直流，50MA

4.工作方式:连续

5.工作环境温度:o~+70℃

6.振动加速度:g簇19

7.冲击加速度簇3g

三、工作原理

“风速电子继电器”主要由电源、采样环节、放大、比较、输出控制等电路组成。其原理框图如图(1)所示。压力信号由压力传感器采集输出，经桥式测量电路、二级放大电路、比较电路后，送出一控制信号。

1.电源:韶山3、韶山4等型电力机车的电源是直流十11了。本电子继电器各环节使用的电源分别是+12v、十2.8，。为此，我们设计了两组工作电源。主工作电源取110，直流电压输入，输出+12v，供电路工作用。辅助电源取十12v输入，经变换后，输出+2.8v，供传感器工作用。

2.采样环节:采样环节是本课题的一个关键。据现场调研结果表明:风道中的风速有5米/秒，7米/秒两种。通过检测风压即可达到检测通风系统是否正常工作的目的。为此，我们首先确定以风压作为检测对象。压力传感器是我们首选的采样器件。我们考察了国内众多传感器生产厂家，经过分析、筛选，最后选定应变片式的压力传感器作为我们的采样器件。这种压力传感器的传感元件是半导体应变片。半导体应变片的基本原理是:对一块半导体的某一轴向施加一定的载荷而产生应力时，其电阻率会发生一定的变化，这种现象称为半导体的压阻效应。不同类型的半导体，不同的载荷施加方向，压阻效应也不一样。压阻效应大小用压阻系数来表示。目前，使用最多的是单晶硅半导体。在制造半导体应变片时，沿所需的晶轴方向，在硅锭上切出小条作为应变片的电阻材料。我们使用的应变片即是这种。半导体应变片的突出优点是:灵敏系数高，可测微小应变、机械滞后小、体积小。使用时，’我们将压力传感器，放置于风道中。当有风吹过时，弹性元件磷铜片受到风的压力而产生形变，粘贴在磷铜片上的半导体应变片，由于受到贴片处的弯曲应力而产生压阻效应，电阻发生变化。但是，这种电阻的变化非常小，为了精确地测量出这些微小的变化，我们采用了桥式测量电路。(如图2)桥式测量电路有四个电阻。其中两臂接入应变片(上图R，、RZ)，另外二臂为固定电阻(无电阻变化R3一。，R4一0)。电桥的一个对角线接入工作电压诚u一2.8v)，则另一个对角线为输出电压。:据分析知:RIR。_R，R。R。”一顶萍命乏(贡一可十斌RJ一获李)u一R4/-当R，一RZ=R3=R;，R3一R;=0时，御坐竞全鱼桥式测量电路在测量前，需先使电桥调零。为此，我们接入了调零电位器，改变电位器上滑动触点的位置，即可使电桥达到平衡。在风道中无风时，电桥处于平衡状态，输出电压u一。，有风时，电桥即有电压输出。

3.放大、比较、输出环节放大、比较、输出环节主要由运放、电阻、继电器等元件构成。由电桥输出的微弱信号，经两级放大后，送到比较端，和给定信号相比较，比较结果控制继电器的动作。给定信号的选择:据实验结果显示，经放大输出的压力信号，静态时最大为2.29v，动态有风时输出最小为6.09v。因此，我们选择的给定信号为5v，动作允许裕量为l.lv。

四、结构设计

我们进行结构设计的基本思想是:整机便于安装、调试，最大限度地减少机车维护人员的额外负担。因此，“电子风速继电器”在结构上具有以下特点:1.主机采用了活页结构，检测、维修方便。2.安装尺寸与原机械式风速继电器完全相同。3.设计了给定信号调试孔，做到快速、方便地调整给定的比较电压。

电阻应变片范文第8篇

[关键词]复合树脂 传感元件 压阻效应

一、材料特性及制做工艺

环氧树脂和固化剂是由广州市东方化工实业有限公司生产的E-44环氧树脂和EP-型固化剂。纳米碳黑为山东淄博华光化工厂生产的HG-IP(黑色粉末),粒径为33nm,氮吸附比表面积为1056m2/g,比电阻为0.22o.cm复合树脂的制作过程:第一步,将长为200mm的Ф14的光圆钢筋表面打磨光滑,用无水乙醇进行表面清理,干燥后,将其表面涂上一薄层环氧树脂(加入50%固化剂搅拌均匀的树脂)约0.2-0.5mm,确保钢筋与复合树脂绝缘。并在钢筋表面贴上箔式应变片,型号为:BX120-3AA,浙江黄岩测试仪器厂,等固化一天。第二步,称取一定配比的环氧树脂和固化剂,搅拌均匀,加入稀释剂和增粘剂,搅拌几分钟,再一点点儿的加入纳米碳黑,由于纳米碳黑质轻,易团聚,不易搅拌,加入时要分若干次加,每次确定已充分搅拌后,再加料。第三步,在钢筋中段长2.5cm的范围内涂上搅拌充分的复合树脂,厚度适当,取约1mm为宜。让后缠绕铜丝导线,四根,内侧两个相距1cm,外侧两个相距2cm,最后在复合树脂外层缠绕塑料薄膜,待其固化。

二、试验方法及过程

复合树脂材料固化3天后测电阻极化曲线,固化7天时测压阻效应。试验中所采用的电阻测试方法为四电极法,电阻测量仪器为Agilent Co.Ltd生产的HP34401A数字万用表。加载设备为SANS公司生产的CMT5105型微机控制电子万能试验机。在测试加拉力之前,先把试件的四个电极与万用表相接,并用数据线把万用表与计算机联通,然后测量零载时的电组。当显示的测量电阻达到稳定时再进行压阻性试验。加拉力时以0.5mm/min的速度对试件进行轴向拉伸,并通过计算机实时采集电阻,拉力与应变。

三、试验结果与分析

作为机敏材料涂层,厚度是个不可忽视的因素,相同导电材料掺量搅拌均匀的复合树脂,不同的厚度电阻差别将很大,本文取B1组进行了研究,分三个厚度:0.5mm,1mm,1.5mm,每个厚度三个试件,复合树脂涂层的导电性能在相同的配合比时,随着厚度的不同也有较大的差异,涂层比较薄时,电阻较大,随着涂层厚度的增加,电阻逐渐减小,这是由于涂层内部导电路径随着厚度的变化而发生改变引起的,环氧树脂是一种热固性材料,本身是不导电的,在固化剂的作用下,形成空间聚合物结构,纳米碳黑的加入,由于纳米材料的导电性,使聚合物的电导能力增大,同样配合比的复合树脂,内部的导电通道随着厚度的增加而增多,减少而减少,这是电阻随厚度的减小而递增的原因。考虑使用过程中的问题,如果树脂涂层太厚,不容易涂抹均匀,用到结构中后引起的缺陷较大,应力集中严重。取约1mm的厚度为宜。

环氧树脂的性质很大程度上与固化剂有关,固化剂的掺量的多少,对复合树脂的电阻值有很大的影响,同时也会影响到复合树脂的渗流曲线,固化剂占环氧树脂的百分比分别为:25%,50%,75%。随着固化剂的含量的减少,电阻整体下降明显,特别是纳米掺量比较低时,电阻值显数量级低减,随着纳米碳黑掺量的增加,这种差异性越来越小,因为随着纳米材料的增多,内部导电通导的密度增大,固化剂的增多或减少只改变内部电路的相对数量,对导电通路的影响减小。

复合树脂涂层的压阻效应试验中取固化剂含量分别为25%和50%的两组来进行。纳米含量为15%的复合树脂的压阻效应很差,取20%,22.5%,25%,27.5%来研究其机敏性。采用循环加载,最大加载值分别取30KN、40KN。每个等级加载五个循环。钢筋为HPB235钢筋,直径为14mm,可以计算得其屈服强度fy=32.31KN。加载跨弹性、塑性两个阶段。R0为初始相对稳定电阻值,试验得到两组复合树脂七天时的压阻曲线图。

第一组,固化剂与环氧树脂之比为0.25:1,从四个不同纳米百分比的复合树脂涂层的机敏特性曲线图中,我们可以看到,在等幅荷载的循环作用下,复合树脂的压阻曲线和应力应变曲线之间存在良好的映射关系,随着钢筋应力的增大,电阻变化率近似线性变化,在四个不同百分比纳米掺量的复合树脂中,纳米微粒含量为20%和22.5%的两组曲线比25%和27.5%的两组曲线线性变化更明显些。随着纳米碳黑含量的增加,电阻变化率的线性变化稍差。

第二组,固化剂与环氧树脂之比为0.5:1,从四个不同纳米百分比构件的压阻性测试结果曲线图中,我们可以看出,本组中纳米微粒含量为20%的复合树脂机敏性变得不稳定,在循环加载的过程中,电阻变化率曲线开始出现有较大的非线性,22.5%组仍然表现出良好的线性映射关系,25%、27.5%组随着循环加卸载电阻率曲线表现也不太稳定,线性映射关系变差。

四、结论

1.随着环氧与固化剂比例的调整,电阻显规律性的变化,固化剂的含量越大,相同纳米碳黑掺量的复合树脂电阻就越大,复合树脂的电阻随固化剂的减少而减小,当环氧树脂与固化剂的比例固定时,电阻的变化随纳米碳黑的掺量的增加而减小,由于制作工艺的限制及材料性质的特征知即使同一个配比的复合树脂,电阻值也存在一定的离散性。

2.机敏性的表现也随固化剂与环氧树脂的百分比及纳米碳黑的掺量显规律性的变化,在两个应力水平的等幅循环荷载作用下,复合树脂表现出了力与电阻变化率的良好的映射关系,当钢筋由弹性阶段进入塑性阶段的转变过程中,应力曲线和电阻变化率曲线及应变曲线表现出良好的对应关系。随着循环荷载的作用时间的增加,当钢筋出现残余应变时,电阻变化率也随之发生不可逆的变化。

3.纳米碳黑复合环氧树脂涂层作为钢筋应力应变的传感材料是可能的。

参考文献:

[1]李国宝.汕头大学硕士学位论文,2006.

[2]杨宝武.环氧树脂固化剂[J].粘接,1993,14(4),1013(9).