应变测量基础知识

应变片是用来精确测量材料在受力时的膨胀或收缩的最有用的工具之一。如果应变片与材料的变形近似成线性排列，则应变片也可用于间接测量施加的力。

应变仪是什么

应变片是电阻随应变(材料的变形)的大小而变化的传感器。

一个理想的应变片应该根据传感器所附表面的纵向应变来改变电阻。

然而，还有其他因素会影响电阻，如温度、材料性能以及将量规粘在材料上的粘合剂。

应变计由一平行的极细金属丝或金属箔组成，通过一薄的环氧绝缘层连接到应变表面。当粘合材料受到应变时，应变通过粘合剂传递。网格形状的设计模式提供了最大的阻力变化单位面积。

如何选择应变片

在为应用选择应变片时，三个主要考虑因素是工作温度、要检测的应变的性质和稳定性要求。

当应变片安装在应变表面上时，重要的是应变片与表面的应变相等。应仔细选择粘合材料，以便在较宽的温度范围和其他条件下可靠地将应变传递给传感器。

应变片的电阻值随施加应变的函数变化，R/R = S，其中R为电阻，e为应变，S为应变敏感因子。对于金属箔片，应变敏感系数约为2。

应变增量通常小于0.005英寸/英寸，通常用微应变单位表示。由公式可以看出，应变片的电阻随给定应变的变化很小，大约在0.1%左右。

然后以毫伏/伏特(mV/V)为单位从电阻上取下电压读数，以提供应变的测量值。

泊松比是材料在拉伸时发生的变薄和伸长的量度。例如，如果对电阻导线施加拉力，导线会稍微变长，同时变薄。这两种应变的比值就是泊松比。

这是应变片测量的基本原理，因为由于泊松效应，导线电阻会按比例增加。

如何准确测量应变片输出

为了准确地测量电阻的微小变化，应变片几乎总是在带有电压激励源的电桥配置中被发现。

如图所示，常用的是惠斯通电桥。当电桥两端的电阻比相等时，或者R1/R2 = R4/R3时，电桥就平衡了。显然，在这种条件下输出电压为零。

当应变片电阻(Rg)变化时，输出电压(Vout)变化几毫伏，然后这个电压被差分放大器放大，返回一个可读值。

惠斯通电路也非常适合于温度补偿-它几乎可以消除温度的影响。有时仪表材料的设计是为了补偿热膨胀，但这并不完全消除热敏感性。

为了实现更好的热补偿，可以用类似的应变计来代替电阻R3。这可能会抵消温度效应。

事实上，所有四个电阻都可以用应变传感器代替，以达到最高温度稳定性。其中R1和R3可以用来测量压缩，R2和R4可以用来测量张力。

这不仅能补偿温度，还能将灵敏度提高到原来的四倍。带有电阻元件的应变计是目前最常用的应变测量传感器，因为它们具有成本较低的优点，同时也得到了广泛的应用。

它们体积小，受温度变化的影响不大，同时误差小于+/-0.10%。粘接电阻应变片也是高灵敏度的，可以用来测量静态和动态应变。

然而，也有其他类型可用于某些应用，如压阻型、碳阻型、半导电型、声学型、光学型和电感型。

甚至还有基于电容电路的应变传感器。