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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(cè)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(gè)蛇形繞組圖案。

工作方式

產(chǎn)品經(jīng)理 Jens Boersch 解釋說：“對(duì)于應(yīng)變測(cè)量來說，我們實(shí)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(shí)驗(yàn)應(yīng)力分析的應(yīng)用領(lǐng)域一個(gè)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(gè)地方并通過電纜連接到測(cè)量放大器。如果應(yīng)變片被拉伸或壓縮，則測(cè)量柵絲的電阻發(fā)生變化。其原因是當(dāng)測(cè)量柵絲被拉伸時(shí)，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(diǎn)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(shí)，材料也會(huì)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(shí)，粘貼在上面的應(yīng)變片也會(huì)膨脹。 “這種溫度依賴性產(chǎn)生的材料應(yīng)變是我們不想測(cè)量的，”Boersch說。為了補(bǔ)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(bǔ)償材料應(yīng)變，使應(yīng)變片僅測(cè)量要測(cè)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(bǔ)償應(yīng)變片。

彈性模量 (楊氏模量)

當(dāng)材料受到負(fù)載時(shí)，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(duì)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?cè)黾涌墒馆^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(diǎn)之后，材料被操作力強(qiáng)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(shí)驗(yàn)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(cè)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(cè)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(cè)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(cè)量柵絲數(shù)量和對(duì)準(zhǔn)方式等。根據(jù)載荷不同，可能會(huì)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(gè)已知的應(yīng)力方向。一個(gè)測(cè)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(gè)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(cè)量工程師可能不知道主應(yīng)力的方向。這需要具三個(gè)方向的測(cè)量柵絲應(yīng)變片才可以�？梢源_定主要和次要應(yīng)力的大小以及它們的方向。

測(cè)量柵絲長度

根據(jù)材料和測(cè)量應(yīng)用，應(yīng)該選擇不同的測(cè)量柵絲長度：如需要非常精確地測(cè)量工件中的應(yīng)力曲線（應(yīng)力梯度）時(shí)。在這種情況下，最好采用較短的測(cè)量柵絲，以精確分析關(guān)鍵點(diǎn)。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(cè)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(cè)量柵絲太短，則會(huì)使測(cè)量結(jié)果發(fā)生扭曲，因?yàn)樵搼?yīng)用有多種微小的獨(dú)立應(yīng)力場(chǎng)。為了避免這種情況，應(yīng)選擇較長的測(cè)量柵絲：測(cè)量在該測(cè)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(bǔ)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(cè)量鏈，例如放大器的組橋電阻或預(yù)期的干擾脈沖等�；�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(shí)間，從而降低成本。