電阻應(yīng)變電阻應(yīng)變是一種常用的測量應(yīng)變的方法。該技術(shù)基于電阻與材料的應(yīng)變之間的關(guān)系，通過測量電阻的變化來計算應(yīng)變。一、應(yīng)變的定義材料變形應(yīng)變是指物體在受力作用下發(fā)生的形變程度，反映了材料的形變量與原始尺寸的比值。應(yīng)力與應(yīng)變應(yīng)變與應(yīng)力密切相關(guān)，應(yīng)力是物體內(nèi)部的抵抗形變的力，而應(yīng)變則是材料對應(yīng)力的響應(yīng)。測量單位應(yīng)變通常以無量綱的百分比或微應(yīng)變（με）來表示，反映了形變的相對大小。二、應(yīng)變的類型軸應(yīng)變軸應(yīng)變是指材料在拉伸或壓縮作用下，其長度方向上的變形量與原長度之比。它是工程中最常見的應(yīng)變類型，通常用ε表示，表示長度變化與原長度的比例關(guān)系。當(dāng)物體受到拉伸力時，其長度會增加，因此軸應(yīng)變?yōu)檎担划?dāng)物體受到壓縮力時，其長度會減少，因此軸應(yīng)變?yōu)樨撝?。剪?yīng)變剪應(yīng)變是指材料在切向力的作用下，其形狀發(fā)生變化，兩個相鄰截面之間的相對位移與材料的厚度之比。它描述了材料在切向力作用下所產(chǎn)生的變形，通常用γ表示。剪應(yīng)變通常發(fā)生在材料受到剪切力時，例如在螺釘擰緊或金屬板彎曲時。剪應(yīng)變也常用于描述材料的剛度和強度。2.1軸應(yīng)變11.定義軸應(yīng)變是指物體在軸向拉伸或壓縮時，其長度的變化量與原長度之比。22.公式軸應(yīng)變可以用公式ε=ΔL/L表示，其中ε代表軸應(yīng)變，ΔL代表長度變化量，L代表原長度。33.應(yīng)用軸應(yīng)變廣泛應(yīng)用于橋梁、建筑、機械等領(lǐng)域的結(jié)構(gòu)強度分析，用于評估結(jié)構(gòu)的受力情況和安全性能。2.2剪應(yīng)變剪切力的作用當(dāng)物體受到平行于其表面力的作用時，就會發(fā)生剪切應(yīng)變。例如，螺絲釘擰緊時，會產(chǎn)生剪切應(yīng)變。形變的形式剪切應(yīng)變會導(dǎo)致物體發(fā)生形變，形變的大小與施加的剪切力成正比，也與物體的材料特性有關(guān)。2.3體積應(yīng)變定義體積應(yīng)變是指物體在受到外力作用下，體積發(fā)生的變化量與原體積之比。公式體積應(yīng)變的計算公式為：體積應(yīng)變=(體積變化量)/(原體積)。應(yīng)用體積應(yīng)變的概念在材料力學(xué)、流體力學(xué)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，例如計算材料的壓縮性、流體的體積膨脹等。三、應(yīng)變的測量方法11.機械式機械式應(yīng)變測量方法通過直接測量物體形變來計算應(yīng)變。常見的機械式應(yīng)變計有應(yīng)變片、應(yīng)變儀等。22.電阻式電阻式應(yīng)變測量方法利用電阻應(yīng)變片將應(yīng)變轉(zhuǎn)換為電阻變化，通過測量電阻變化來計算應(yīng)變。電阻式應(yīng)變計具有高精度、高靈敏度等優(yōu)點。33.光學(xué)式光學(xué)式應(yīng)變測量方法利用光的干涉原理來測量應(yīng)變，通過測量光程差來計算應(yīng)變。光學(xué)式應(yīng)變計具有非接觸、高精度等優(yōu)點。3.1機械式應(yīng)變儀機械式應(yīng)變測量主要依靠應(yīng)變儀，其包含刻度盤和指針，可直觀顯示應(yīng)變數(shù)值。杠桿原理應(yīng)變儀通常利用杠桿原理將微小的形變放大，使其更容易被觀察到。光學(xué)方法某些機械式方法使用光學(xué)儀器，例如顯微鏡，來精確測量微小的形變。3.2電阻式電阻應(yīng)變片電阻應(yīng)變片由金屬絲或箔制成，其電阻會隨應(yīng)變而變化。該方法利用電阻變化來測量應(yīng)變，具有高靈敏度、精度和可靠性的特點。惠斯通電橋惠斯通電橋是一種用于測量電阻的電路。它包含四個電阻，當(dāng)橋路平衡時，電橋輸出為零。通過測量電橋輸出電壓的變化來測量應(yīng)變。信號放大由于電阻應(yīng)變片產(chǎn)生的信號微弱，需要放大器來放大信號，以便進行測量和分析。放大器可以提高信號的強度和信噪比。3.3光學(xué)式莫爾條紋法莫爾條紋法利用兩個光柵疊加產(chǎn)生干涉條紋，通過條紋的變化來測量應(yīng)變。激光干涉法激光干涉法利用激光干涉原理測量應(yīng)變，具有高精度和非接觸測量等優(yōu)點。數(shù)字圖像相關(guān)法數(shù)字圖像相關(guān)法利用圖像處理技術(shù)，通過比較應(yīng)變前后圖像的差異來測量應(yīng)變。四、電阻應(yīng)變原理電阻應(yīng)變計的工作原理基于材料的電阻變化與其應(yīng)變之間的關(guān)系。當(dāng)材料受到外力作用發(fā)生形變時，其內(nèi)部的電子運動軌跡會發(fā)生變化，導(dǎo)致電阻發(fā)生改變。4.1金屬電阻的變化電阻率變化金屬電阻率受溫度影響，溫度升高時電阻率增大。應(yīng)變引起金屬材料體積變化，進而影響電阻率。幾何尺寸變化金屬絲發(fā)生拉伸時，長度增加，橫截面積減小。長度增加導(dǎo)致電阻增大，橫截面積減小也導(dǎo)致電阻增大。4.2合金電阻的變化合金材料合金電阻應(yīng)變片常采用康銅或鎳鉻合金制成，具有較好的電阻溫度特性?？点~是一種銅鎳合金，具有良好的導(dǎo)電性和抗腐蝕性。電阻變化合金電阻應(yīng)變片在受到拉伸應(yīng)力時，其電阻值會增加，在受到壓縮應(yīng)力時，其電阻值會減小。電阻變化的大小與應(yīng)變的大小成正比，該比例系數(shù)稱為應(yīng)變敏感系數(shù)。4.3應(yīng)變敏感系數(shù)定義應(yīng)變敏感系數(shù)是應(yīng)變計在特定材料上產(chǎn)生的電阻變化與應(yīng)變變化之間的比率。影響因素應(yīng)變敏感系數(shù)受多種因素影響，包括材料的類型、溫度和應(yīng)變的大小。重要性它是將電阻變化轉(zhuǎn)換為應(yīng)變變化的關(guān)鍵參數(shù)，直接影響測量結(jié)果的準確性。五、應(yīng)變計的構(gòu)造應(yīng)變計是應(yīng)變測量系統(tǒng)的核心元件，其主要功能是將微小的應(yīng)變轉(zhuǎn)換為可測量的電信號。應(yīng)變計通常由敏感元件、絕緣層、保護層和引線組成。5.1柵線應(yīng)變片11.結(jié)構(gòu)柵線應(yīng)變片由金屬絲或箔制成的細線構(gòu)成，這些細線平行排列并固定在絕緣基板上。22.敏感方向柵線應(yīng)變片的敏感方向是指應(yīng)變片測量應(yīng)變的方向，通常是沿柵線方向。33.尺寸和形狀柵線應(yīng)變片的尺寸和形狀根據(jù)應(yīng)用需求而有所不同，常見的形狀有矩形、圓形和環(huán)形。5.2自粘應(yīng)變片粘合性自粘應(yīng)變片具有粘合層，可以直接粘貼在被測物體表面。集成化常與測量電路集成，方便使用。便攜性體積小，便于攜帶和使用。5.3薄膜應(yīng)變片制造工藝薄膜應(yīng)變片采用真空濺射或電鍍技術(shù)，在基底材料上沉積一層薄膜金屬。高精度薄膜應(yīng)變片具有高精度、高靈敏度和高穩(wěn)定性等優(yōu)點。應(yīng)用廣泛廣泛應(yīng)用于航空航天、機械制造、土木工程、醫(yī)療設(shè)備等領(lǐng)域。六、應(yīng)變計的工作原理應(yīng)變計的工作原理主要基于電阻應(yīng)變效應(yīng)，即金屬導(dǎo)體的電阻會隨著其長度和橫截面積的變化而改變。當(dāng)應(yīng)變片受到外力作用發(fā)生形變時，其電阻值也會隨之改變，這種電阻變化與應(yīng)變之間存在著線性關(guān)系，可以通過測量電阻變化來間接測量應(yīng)變。6.1布里奇電路1平衡狀態(tài)電橋平衡，輸出電壓為零2應(yīng)變片變化電阻變化，橋路失衡3電壓輸出輸出電壓與應(yīng)變成比例惠斯通電橋是應(yīng)變計測量系統(tǒng)中常用的電路。在平衡狀態(tài)下，橋路輸出電壓為零。當(dāng)應(yīng)變片受到應(yīng)變影響時，其電阻發(fā)生變化，導(dǎo)致橋路失衡。橋路輸出電壓與應(yīng)變片電阻變化成比例，從而反映出應(yīng)變的大小。6.2應(yīng)變片的布置1單軸應(yīng)變片單軸應(yīng)變片通常用于測量單一方向的應(yīng)變，例如拉伸或壓縮應(yīng)變。將應(yīng)變片粘貼在結(jié)構(gòu)上，并使其敏感軸與待測應(yīng)變方向一致。2雙軸應(yīng)變片雙軸應(yīng)變片包含兩個敏感軸，分別測量兩個垂直方向的應(yīng)變。這種布置適用于需要測量復(fù)合應(yīng)變的情況，例如彎曲或扭轉(zhuǎn)。3玫瑰花形應(yīng)變片玫瑰花形應(yīng)變片包含多個敏感軸，以星形排列。這種布置可以測量多個方向的應(yīng)變，適用于復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)的分析。6.3溫度補償溫度影響溫度變化會影響應(yīng)變片的電阻，導(dǎo)致測量誤差。因此，需要進行溫度補償。補償方法通常采用溫度敏感元件或補償電路，以抵消溫度變化帶來的影響。補償效果溫度補償可以提高應(yīng)變計測量的精度，確保數(shù)據(jù)可靠性。七、應(yīng)變計的應(yīng)用應(yīng)變計在工程領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，可用于測量各種結(jié)構(gòu)的應(yīng)力應(yīng)變。7.1靜態(tài)測量橋梁結(jié)構(gòu)應(yīng)變計可以用于監(jiān)測橋梁結(jié)構(gòu)的應(yīng)力變化，確保橋梁的安全性和耐久性。建筑物監(jiān)測應(yīng)變計可以用于監(jiān)測建筑物結(jié)構(gòu)的應(yīng)力變化，評估建筑物的穩(wěn)定性和安全性。管道檢測應(yīng)變計可以用于監(jiān)測管道內(nèi)部的壓力變化，評估管道材料的受力情況，防止管道破裂。7.2動態(tài)測量動態(tài)應(yīng)變動態(tài)應(yīng)變指的是隨時間變化的應(yīng)變。動態(tài)測量主要應(yīng)用于結(jié)構(gòu)振動分析、沖擊試驗、疲勞測試等領(lǐng)域。測量方法常用的動態(tài)測量方法包括：應(yīng)變計結(jié)合信號放大器和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，以及光纖應(yīng)變傳感器。應(yīng)用領(lǐng)域動態(tài)測量在橋梁、建筑物、機械設(shè)備、航空航天器等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，用于監(jiān)測結(jié)構(gòu)的動態(tài)響應(yīng)。數(shù)據(jù)分析通過對動態(tài)測量數(shù)據(jù)進行分析，可以獲得結(jié)構(gòu)的振動頻率、振幅、能量等信息，為結(jié)構(gòu)安全評估和設(shè)計優(yōu)化提供依據(jù)。7.3實例分析1橋梁結(jié)構(gòu)應(yīng)變計可用于監(jiān)測橋梁的結(jié)構(gòu)安全，例如監(jiān)測橋梁的應(yīng)力狀態(tài)和變形情況。2飛機機翼應(yīng)變計可用于監(jiān)測飛機機翼的應(yīng)力狀態(tài)，確保其在飛行過程中不會發(fā)生斷裂。3壓力容