电阻应变测量方法是将应变转换成电信号进行测量的方法，简称电测法。电测法的基本原理是：将电阻应变片（简称应变片）粘贴在被测构件的表面，当构件发生变形时，应变片随着构件一起变形，应变片的电阻值将发生相应的变化，通过电阻应变测量仪器（简称电阻应变仪），可测量出应变片中电阻值的变化，并换算成应变值，或输出与应变成正比的模拟电信号（电压或电流），用记录仪记录下来，也可用计算机按预定的要求进行数据处理，得到所需要的应变或应力值。其工作过程如下所示：
应变——电阻变化——电压（或电流）变化——放大——记录——数据处理
电测法具有灵敏度高的特点，应变片重量轻、体积小且可在高（低）温、高压等特殊环境下使用，测量过程中的输出量为电信号，便于实现自动化和数字化，并能进行远距离测量及无线遥测。
附录A 电测法基础
第一节 电阻应变片
一、电阻应变片的构造和类型
电阻应变片的构造很简单，把一根很细的具有高电阻率的金属丝在制片机上按图A-1所示的那样排绕后，用胶水粘结在两片薄纸之间，再焊上较粗的引出线，成为早期常用的丝绕式应变片。应变片一般由敏感栅（即金属丝）、粘结剂、基底、引出线和覆盖层五部分组成。若将应变片粘贴在被测构件的表面，当金属丝随构件一起变形时，其电阻值也随之变化。
常用的应变片有：丝绕式应变片（图A-1）、短接线式应变片和箔式应变片（图A-2）等。它们均属于单轴式应变片，即一个基底上只有一个敏感栅，用于测量沿栅轴方向的应变。如图A-3所示，在同一基底上按一定角度布置了几个敏感柵，可测量同一点沿几个敏感栅栅轴方向的应变，因而称为多轴应变片，俗称应变花。应变花主要用于测量平面应力状态下一点的主应变和主方向。
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图A-1 应变片的构造 图A-2 箔式应变片
（a） （b） （c）
图A-3 应变花
（a）90?应变花；（b）45?应变花；（c）120?应变花
二、电阻应变片的灵敏系数
在用应变片进行应变测量时，需要对应变片中的金属丝加上一定的电压。为了防止电流过大，产生发热和熔断等现象，要求金属丝有一定的长度，以获得较大的初始电阻值。但在测量构件的应变时，又要求尽可能缩短应变片的长度，以测得“一点”的真实应变。因此，应变片中的金属丝一般做成如图A-1所示的栅状，称为敏感栅。粘贴在构件上的应变片，其金属丝的电阻值随着构件的变形而发生变化的现象，称为电阻应变现象。在一定的变形范围内，金属丝的电阻变化率与应变成线性关系。当将应变片安装在处于单向应力状态的试件表面，并使敏
感栅的栅轴方向与应力方向一致时，应变片电阻值的变化率?R/R与敏感栅栅轴方向的应变?成正比，即
?R?K? R式中：R为应变片的原始电阻值；?R为应变片电阻值的改变量；K称为应变片的灵敏系数。
应变片的灵敏系数一般由制造厂家通过实验测定，这一步骤称为应变片的标定。在实际应用时，可根据需要选用不同灵敏系数的应变片。
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三、电阻应变片的粘贴和防护
常温应变片通常采用粘结剂粘贴在构件的表面。粘贴应变片是测量准备工作中最重要的一个环节。在测量中，构件表面的变形通过粘结层传递给应变片。显然，只有粘结层均匀、牢固、不产生蠕滑，才能保证应变片如实地再现构件表面的变形。应变片的粘贴由手工操作，一般按如下步骤进行：
（1）检查、分选应变片。 （2）处理构件的测点表面。 （3）粘贴应变片。 （4）加热烘干、固化。
（5）检查应变片的电阻值，测量绝缘电阻。 （6）引出导线。
实际测量中，应变片可能处于多种环境中，有时需要对粘贴好的应变片采取相应的防护措施，以保证其安全可靠。一般在应变片粘贴完成后，根据需要可用石腊、纯凡士林、环氧树脂等对应变片的表面进行涂覆保护。
第二节 电阻应变片的测量电路
在使用应变片测量应变时，必须用适当的办法测量其电阻值的微小变化。为此，一般是把应变片接入某种电路，让其电阻值的变化对电路进行某种控制，使电路输出一个能模拟该电阻值变化的信号，然后，只要对这个电信号进行相应的处理就行了。常规电测法使用的电阻应变仪的输入回路叫做应变电桥，它是以应变片作为其部分或全部桥臂的四臂电桥。它能把应变片电阻值的微小变化转化成输出电压的变化。在此，仅以直流电压电桥为例加以说明。 一、电桥的输出电压
电阻应变仪中的电桥线路如图A-4所示，它是以应变片或电阻元件作为电桥桥臂。可取R1为应变片、R1和R2为应变片或R1～R4均为应变片等几种形式。A、C和B、D分别为电桥的输入端和输出端。
根据电工学原理，可导出当输入端加有电压UI时，电桥的输出电压为
R1R3?R2R4UO?U
?R1?R2??R3?R4?I当UO?0时，电桥处于平衡状态。因此，电桥的平衡条件为R1R3?R2R4。当处于平衡的电桥中各桥臂的电阻值分别有?R1、?R2、?R3和?R4的变化时，可近
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似地求得电桥的输出电压为
UI??R1?R2?R3?R4??????? 4?RRRR234??1由此可见，应变电桥有一个重要的性质：应变电桥的输出电压与相邻两桥臂
UO?的电阻变化率之差、相对两桥臂电阻变化率之和成正比。对于平衡电桥，如果相邻两桥臂的电阻变化率大小相等、符号相同，或相对两桥臂的电阻变化率大小相等、符号相反，则电桥将不会改变其平衡状态，即保持UO?0。 如果电桥的四个桥臂均接入相同的应变片，则有
KUI??1??2??3??4? UO?4式中，?1～?4分别为接入电桥四个桥臂的应变片的应变值。
BR1R2R4R3DUI工作片工作片BR1R2R4R3D补偿片补偿片ACUOACUO
UI
图A-4 电桥原理 图A-5 半桥单臂温度补偿接法 二、温度效应的补偿
贴有应变片的构件总是处在某一温度场中。若敏感栅材料的线膨胀系数与构件材料的线膨胀系数不相等，则当温度发生变化时，由于敏感栅与构件的伸长（或缩短）量不相等，在敏感栅上就会受到附加的拉伸（或压缩），从而会引起敏感栅电阻值的变化，这种现象称为温度效应。敏感栅电阻值随温度的变化率可近似地
看作与温度成正比。温度的变化对电桥的输出电压影响很大，严重时，每升温1?C，电阻应变片中可产生几十微应变。显然，这是非被测（虚假）的应变，必须设法排除。排除温度效应的措施，称为温度补偿。根据电桥的性质，温度补偿并不困难。只要用一个应变片作为温度补偿片，将它粘贴在一块与被测构件材料相同但不受力的试件上。将此试件和被测构件放在一起，使它们处于同一温度场中。粘贴在被测构件上的应变片称为工作片。在连接电桥时，使工作片与温度补偿片处于相邻的桥臂，如图A-5所示。因为工作片和温度补偿片的温度始终相同，所以它们因温度变化所引起的电阻值的变化也相同，又因为它们处于电桥相邻的两臂，所以并不产生电桥的输出电压，从而使得温度效应的影响被消除。
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必须注意，工作片和温度补偿片的电阻值、灵敏系数以及电阻温度系数应相同，分别粘贴在构件上和不受力的试件上，以保证它们因温度变化所引起的应变片电阻值的变化相同。
三、应变片的布置和在电桥中的接法
应变片感受的是构件表面某点的拉应变或压应变。在有些情况下，该应变可能与多种内力（比如轴力和弯矩）有关。有时，只需测量出与某种内力所对应的应变，而要把与其它内力所对应的应变从总应变中排除掉。显然，应变片本身不会分辨各种应变成分，但是只要合理地选择粘贴应变片的位置和方向，并把应变片合理地接入电桥，就能利用电桥的性质，从比较复杂的组合应变中测量出指定的应变。
应变片在电桥中的接法常有以下三种形式：
（1）半桥单臂接法 如图A-5所示，将一个工作片和一个温度补偿片分别接入两个相邻桥臂，另两个桥臂接固定电阻。如果工作片的应变为?，则电桥的输出电压为
UO?KUI? 4（2）半桥双臂接法 如图A-6所示，将两个工作片接入电桥的两个相邻桥臂，另两个桥臂接固定电阻，两个工作片同时互为温度补偿片。如果工作片的应变分别为?1和?2，则电桥的输出电压为
KUI??1??2? UO?4若?1???2??，则电桥的输出电压为
KUIUO??
2即为半桥单臂接法的两倍。
B工作片工作片B工作片工作片工作片AR1R2R4R3DUICUOA工作片R1R2R4R3D工作片CUO工作片工作片
UI
图A-6 半桥双臂接法 图A-7 全桥接法
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