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測量小百科:電阻應變片測試原理


    

電 阻 應 變 片 測 試 原 理


關鍵詞:應變測試,應變片、Strain Gauge

導讀:

           機械測試和測量中,我們需要了解一個物體對于力的作用所產生的形變。應變效應,即為材料由于受力所產生的變形,貼于其上的應變片的電阻值也會隨著發生變化。此文將介紹應變片的基本結構,分類及其原理。


應變片的基本結構




上圖為電阻絲應變片的結構示意圖。電阻絲由直徑為0.01~0.05mm的金屬絲制成的,為了獲得最大相對應方向的應變力,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變片引線,用來連接測量導線。敏感柵上面黏貼有保護作用的覆蓋層。柵長乘以珊寬即為應變片的使用面積。應變片的規格一般以使用面積和電阻值表示,如3mm×20mm,120Ω。

應變片的分類

應變片可分為金屬式應變片和半導體式應變片兩大類。



金屬式應變片中,按照敏感柵的材料不同,分為絲式,箔式和金屬膜式。

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

  2. 箔式應變片:金屬箔式應變片是利用照相制版或光刻技術,將厚約為0.003-0.01mm的金屬箔片制成敏感柵。箔式應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. 薄膜應變片:金屬薄膜應變片式采用真空蒸發或真空沉積等方法,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。優點式靈敏度大,允許電流密度大,工作范圍廣,可達-197 ~ 317℃。


半導體式應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脂或聚酰亞胺的襯底上制成的。是一種利用半導體單晶硅的壓阻效應制成的一種敏感元件。半導體應變片與電阻應變片相比,具有靈敏系數高(約高 50~100倍)、機械滯后小、體積小、耗電少等優點。它的缺點是電阻和靈敏系數的溫度系數大、非線性大和分散性大等。


應變片的原理

當應變片受到外力而產生形變時(拉伸或壓縮),其電阻值R會隨之增加或降低,借由此特性可以用來測量應力ε,應力ε與應變片電阻值R的變化量∆R的關系如下:




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



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