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應(yīng)變片結(jié)構(gòu)

傳統(tǒng)應(yīng)變片一般為箔式電阻應(yīng)變片。為何是傳統(tǒng)？現(xiàn)在有新的應(yīng)變片技術(shù)，例如光纖布拉格光柵傳感器，其功能和原理完全不同。

為了了解應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)，了解應(yīng)變片制造過程是有幫助的：標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)變片一般采用聚酰亞胺作為基底，康銅絲粘附在上面�？点~是一種電導(dǎo)體，使用模板蝕刻法，產(chǎn)生康銅測量柵絲，然后粘附在基底與載體箔材上。從外觀上來看其形成一個蛇形繞組圖案。

工作方式

產(chǎn)品經(jīng)理 Jens Boersch 解釋說：“對于應(yīng)變測量來說，我們實際感興趣的是機(jī)械應(yīng)力。機(jī)械應(yīng)力描述了施加在材料上的內(nèi)部和外部力的程度。這是實驗應(yīng)力分析的應(yīng)用領(lǐng)域一個至關(guān)重要的要素。

因此，應(yīng)變片通常緊固在被檢查的材料在多個地方并通過電纜連接到測量放大器。如果應(yīng)變片被拉伸或壓縮，則測量柵絲的電阻發(fā)生變化。其原因是當(dāng)測量柵絲被拉伸時，電流必須行進(jìn)更大的距離 - 并且其通過的導(dǎo)體也變薄，導(dǎo)致電阻增加。從電阻變化可以確定應(yīng)變片的應(yīng)變。以μm/ m表示。順便說一句，應(yīng)變片也可能是指壓縮，換句話說就是負(fù)應(yīng)變。在這種情況下，電阻相應(yīng)減小

但是, 應(yīng)變不是機(jī)械應(yīng)力。為獲得機(jī)械應(yīng)力，以下兩點需要首先考慮:

材料的溫度系數(shù)α

當(dāng)環(huán)境溫度變化時，材料也會發(fā)生變化。該變化由溫度系數(shù)α表示。示例：當(dāng)鋼圓柱體加熱時，粘貼在上面的應(yīng)變片也會膨脹。 “這種溫度依賴性產(chǎn)生的材料應(yīng)變是我們不想測量的，”Boersch說。為了補償這種影響，我們采用特定材料的應(yīng)變片，使得它們具有恰好相反的溫度特性，從而補償材料應(yīng)變，使應(yīng)變片僅測量要測量的內(nèi)應(yīng)力：即由外部加載引起的應(yīng)變。這一般稱為匹配溫度響應(yīng)的自補償應(yīng)變片。

彈性模量 (楊氏模量)

當(dāng)材料受到負(fù)載時，它表現(xiàn)出機(jī)械應(yīng)變。機(jī)械應(yīng)變是力除以面積的結(jié)果。這種相關(guān)性可以通過在受控條件下對不同材料的樣品進(jìn)行加載獲得的的特性曲線來定義。作為一般規(guī)律，應(yīng)變增加可使較大的機(jī)械應(yīng)力相匹配。最初這種相關(guān)性是線性的。這被稱為彈性范圍，這種相關(guān)性由彈性模量描述。

然而，在某一點之后，材料被操作力強烈地變形，使得它不再能夠返回其原始狀態(tài)。這種塑性變形繼續(xù)，直到材料斷裂。沒有發(fā)生塑性變形的線性范圍是實驗應(yīng)力分析的關(guān)鍵。

如果給定材料的彈性模量是已知的，則可以基于應(yīng)變來確定機(jī)械應(yīng)力：這是應(yīng)變測量的目的。

應(yīng)變片之間的區(qū)別

"應(yīng)變片之間有一些重要特征：特別重要的是幾何形狀，測量柵絲長度和溫度適應(yīng)性。"

HBM 提供超過2500種不同類型的應(yīng)變片�？筛鶕�(jù)應(yīng)用選擇不同的類型。

他們之間的區(qū)別主要在于:

• 幾何規(guī)格

• 測量柵絲長度

• 溫度適應(yīng)性

幾何規(guī)格

應(yīng)變片的幾何規(guī)格包括測量柵絲數(shù)量和對準(zhǔn)方式等。根據(jù)載荷不同，可能會發(fā)生不同的應(yīng)力狀態(tài)：在單軸應(yīng)力狀態(tài)下，也就是一個已知的應(yīng)力方向。一個測量網(wǎng)格就足夠了。并根據(jù)主應(yīng)力方向?qū)�齊。

在雙軸應(yīng)力狀態(tài)下，多個應(yīng)力方向一起發(fā)生，例如張力，壓力，彎曲或扭轉(zhuǎn)。在某些情況下，測量工程師可能不知道主應(yīng)力的方向。這需要具三個方向的測量柵絲應(yīng)變片才可以。可以確定主要和次要應(yīng)力的大小以及它們的方向。

測量柵絲長度

根據(jù)材料和測量應(yīng)用，應(yīng)該選擇不同的測量柵絲長度：如需要非常精確地測量工件中的應(yīng)力曲線（應(yīng)力梯度）時。在這種情況下，最好采用較短的測量柵絲，以精確分析關(guān)鍵點。如果一般負(fù)載（算術(shù)平均值）是重要的，則應(yīng)該選擇較長的測量柵絲。

不同的表面結(jié)構(gòu)也有不同：例如，混凝土是不均勻的，并且小的卵石嵌入其中。如果在這種情況下如果測量柵絲太短，則會使測量結(jié)果發(fā)生扭曲，因為該應(yīng)用有多種微小的獨立應(yīng)力場。為了避免這種情況，應(yīng)選擇較長的測量柵絲：測量在該測量柵絲長度上的平均應(yīng)力。

溫度適應(yīng)性

不同材料的需要采用不同溫度適應(yīng)性的應(yīng)變片，以確保能夠?qū)�溫度變化引起的材料�?yīng)變進(jìn)行補償。因此，需要根據(jù)材料選擇正確的應(yīng)變片。

其他選擇標(biāo)準(zhǔn)

除了上述特征之外，還有其他一些選擇標(biāo)準(zhǔn)：應(yīng)變片通常具有不同的阻值（120,350或1000歐姆等）。通常取決于測量鏈，例如放大器的組橋電阻或預(yù)期的干擾脈沖等。基底材料，導(dǎo)體材料或連接類型也需要進(jìn)行考慮。一些應(yīng)變片采用預(yù)接線方式，無需進(jìn)行焊接，可以節(jié)約大量的安裝時間，從而降低成本。