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測(cè)量小百科:電阻應(yīng)變片測(cè)試原理

關(guān)鍵詞:應(yīng)變測(cè)試,應(yīng)變片、Strain Gauge

導(dǎo)讀:

        機(jī)械測(cè)試和測(cè)量中,我們需要了解一個(gè)物體對(duì)于力的作用所產(chǎn)生的形變。應(yīng)變效應(yīng),即為材料由于受力所產(chǎn)生的變形,貼于其上的應(yīng)變片的電阻值也會(huì)隨著發(fā)生變化。此文將介紹應(yīng)變片的基本結(jié)構(gòu),分類及其原理。


應(yīng)變片的基本結(jié)構(gòu)

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      上圖為電阻絲應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)示意圖。電阻絲由直徑為0.01~0.05mm的金屬絲制成的,為了獲得最大相對(duì)應(yīng)方向的應(yīng)變力,將其繞成柵狀,稱為敏感柵,并黏貼于絕緣的基底上。銅線與電阻絲的兩端連接作為應(yīng)變片引線,用來(lái)連接測(cè)量導(dǎo)線。敏感柵上面黏貼有保護(hù)作用的覆蓋層。柵長(zhǎng)乘以珊寬即為應(yīng)變片的使用面積。應(yīng)變片的規(guī)格一般以使用面積和電阻值表示,如3mm×20mm,120Ω。

應(yīng)變片的分類

    應(yīng)變片可分為金屬式應(yīng)變片和半導(dǎo)體式應(yīng)變片兩大類。

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金屬式應(yīng)變片中,按照敏感柵的材料不同,分為絲式,箔式和金屬膜式。

  1. 絲式應(yīng)變片:金屬絲式應(yīng)變片式用0.01-0.05mm的金屬絲做敏感柵,有回線式和短接式兩種。金屬絲應(yīng)變片蠕變較大,金屬絲易脫落,但價(jià)格便宜。

  2. 箔式應(yīng)變片:金屬箔式應(yīng)變片是利用照相制版或光刻技術(shù),將厚約為0.003-0.01mm的金屬箔片制成敏感柵。箔式應(yīng)變片于片基的接觸面積大,散熱好,蠕變較小,目前廣泛使用。

  3. 薄膜應(yīng)變片:金屬薄膜應(yīng)變片式采用真空蒸發(fā)或真空沉積等方法,再薄的絕緣基底上形成厚度在0.1μm以下的金屬電阻薄膜的敏感柵。優(yōu)點(diǎn)式靈敏度大,允許電流密度大,工作范圍廣,可達(dá)-197 ~ 317℃。


半導(dǎo)體式應(yīng)變片是將單晶硅錠切片、研磨、腐蝕壓焊引線,最后粘貼在鋅酚醛樹(shù)脂或聚酰亞胺的襯底上制成的。是一種利用半導(dǎo)體單晶硅的壓阻效應(yīng)制成的一種敏感元件。半導(dǎo)體應(yīng)變片與電阻應(yīng)變片相比,具有靈敏系數(shù)高(約高 50~100倍)、機(jī)械滯后小、體積小、耗電少等優(yōu)點(diǎn)。它的缺點(diǎn)是電阻和靈敏系數(shù)的溫度系數(shù)大、非線性大和分散性大等。


應(yīng)變片的原理

    當(dāng)應(yīng)變片受到外力而產(chǎn)生形變時(shí)(拉伸或壓縮),其電阻值R會(huì)隨之增加或降低,借由此特性可以用來(lái)測(cè)量應(yīng)力ε,應(yīng)力ε與應(yīng)變片電阻值R的變化量?R的關(guān)系如下:

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    應(yīng)變系數(shù)GF(Gauge factor)是表示應(yīng)變片靈敏度的系數(shù)。用于一般應(yīng)變片的銅鎳合金和鎳鉻合金的應(yīng)變系數(shù)GF大約為2。


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