應(yīng)變片的工作原理

1、應(yīng)變片的工作原理將應(yīng)變片貼在被測定物上，使其隨著被測定物的應(yīng)變一起伸縮，這樣里面的金屬箔材就隨著應(yīng)變伸長或縮短。很多金屬在機(jī)械性地伸長或縮短時其電阻會隨之變化。應(yīng)變片就是應(yīng)用這個原理，通過測量電阻的變化而對應(yīng)變進(jìn)行測定。一般應(yīng)變片的敏感柵使用的是銅鉻合金，其電阻變化率為常數(shù)，與應(yīng)變成正比例關(guān)系。 即 r/r= k在這里 r：應(yīng)變片的原電阻值r：伸長或壓縮所引起的電阻變化k：比例常數(shù)(應(yīng)變片常數(shù))：應(yīng)變不同的金屬材料有不同的比例常數(shù)k。銅鉻合金的k值約為2。這樣，應(yīng)變的測量就通過應(yīng)變片轉(zhuǎn)換為對電阻變化的測量。但是由于應(yīng)變是相當(dāng)微小的變化，所以產(chǎn)生的電阻變化也是極其微小的。例如我們來計算10001

2、06的應(yīng)變產(chǎn)生的電阻的變化。應(yīng)變片的電阻值一般來說是120 歐姆，即r/120=2100010-6r=12021000106= 0.24電阻變化率為 r/r=0.24/120=0.0020.2%要精確地測量這么微小的電阻變化是非常困難的，一般的電阻計無法達(dá)到要求。為了對這種微小電阻變化進(jìn)行測量，我們使用帶有韋斯通電橋回路的專用應(yīng)變測量儀。應(yīng)變片本身的追隨能力可以達(dá)到數(shù)百khz，通過組合的測定裝置可以對沖擊現(xiàn)象進(jìn)行測量。行駛中的車輛，飛行中的飛機(jī)等各部位的變動應(yīng)力可以通過應(yīng)變片和測定裝置進(jìn)行初步的測量。測量電路：惠斯通電橋惠斯通電橋適用于檢測電阻的微小變化，應(yīng)變片的電阻變化也可以用這個電路來測量

3、。如圖5 所示，惠斯通電橋由四個電阻組合而成。圖5 圖6如果 r1 =r2 =r3 =r4 或 r1r2 =r3r4則無論輸入多大電壓，輸出電壓e總為0，這種狀態(tài)稱為平衡狀態(tài)。如果平衡被破壞，就會產(chǎn)生與電阻變化相對應(yīng)的輸出電壓。如圖6 所示，將這個電路中的r1 用應(yīng)變片相連，有應(yīng)變產(chǎn)生時，記應(yīng)變片電阻的變化量為r，則輸出電壓e的計算公式如下所示。e=(1/4)*(r/r)*e 即 e =(1/4)*k*e上式中除了 均為已知量，所以如果測出電橋的輸出電壓就可以計算出應(yīng)變的大小。上例電路中只聯(lián)入了一枚應(yīng)變片，所以稱為單一應(yīng)變片法（1/4橋）。除此之外，還有雙應(yīng)變片半橋法及四應(yīng)變片全橋法。如圖7

4、所示，在電橋中聯(lián)入了四枚應(yīng)變片（全橋）。四應(yīng)變片法是橋路的四邊全部聯(lián)入應(yīng)變片，在一般的應(yīng)變測量中不經(jīng)常使用，但常用于應(yīng)變片式的變換器中。如圖7 所示，當(dāng)四條邊上的應(yīng)變片的電阻分別引起如r1+r1，r2+r2，r3+r3，r4+r4 的變化時若四枚應(yīng)變片完全相同，比例常數(shù)為k,且應(yīng)變分別為1,2,3,4。則上面的式子可寫成下面的形式。 也就是說，應(yīng)變測量時，鄰臂上的應(yīng)變相減，對臂上的應(yīng)變相加。圖7 圖8如圖8所示，四邊的電阻中只有r1用應(yīng)變片相連時，所以輸出電壓可寫成：e=(1/ 4)*(r1/r1)*e 即 e =(1/4)*k*e 一般的應(yīng)變測量大部分都使用單應(yīng)變片法。如圖9所示，在電橋中聯(lián)入了兩枚應(yīng)變片，共有兩種聯(lián)入方法，即半橋鄰邊法（a）和半橋?qū)叿ǎ╞）。四條邊中有兩條邊的電阻發(fā)生變化，根據(jù)上面的四應(yīng)變片法的輸出電壓式可得，聯(lián)入方式如圖9（a）所示時，聯(lián)入方式