應變片工作原理

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

2、1000X10-6的應變產(chǎn)生的電阻的變化。應變片的電阻值一般來說是120歐姆，即-6AR/120=2X1000X10-6AR=120X2X1000X10=0.24Q電阻變化率為AR/R=0.24/120=0.002-0.2%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到要求。為了對這種微小電阻變化進行測量，我們使用帶有韋斯通電橋回路的專用應變測量儀。應變片本身的追隨能力可以達到數(shù)百kHz,通過組合的測定裝置可以對沖擊現(xiàn)象進行測量。行駛中的車輛，飛行中的飛機等各部位的變動應力可以通過應變片和測定裝置進行初步的測量。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，應變片的

3、電阻變化也可以用這個電路來測量。如圖5所示，惠斯通電橋由四個電阻組合而成。如果R1 =R2 =R3 =R4或 R1X R2=R3< R4e=(1/4)*( A R/R)*E 即 e =(1/4)*K*£ *E也就是說，應變測量時，鄰臂上的應變相減，對臂上的應變相加e=(1/ 4)*(A R1/R1)*E 即 e =(1/4)*K*£ *E般的應變測量大部分都使用單應變片法O聯(lián)入方式如圖9 （a）所示時,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的輸出電壓。如圖6所示，將這個電路中的 R1用應變片相連，有應變產(chǎn)生

4、時，記應變片電阻的變化量為AR,則輸出電壓e的計算公式如下所示。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變的大小。上例電路中只聯(lián)入了一枚應變片，所以稱為單一應變片法（1/4橋）。除此之外，還有雙應變片半橋法及四應變片全橋法。如圖7所示，在電橋中聯(lián)入了四枚應變片（全橋）。四應變片法是橋路的四邊全部聯(lián)入應變片,在一般的應變測量中不經(jīng)常使用，但常用于應變片式的變換器中。如圖 7所示，當四條邊上的應變片的電阻分別引起如R1+A R1 , R2+A R2 , R3+A R3 , R4+A R4 的變化時的形式。如圖8所示，四邊的電阻中只有 R1用應變片相連時，所以輸出電壓可寫成:如圖9所示，在電橋中聯(lián)入了兩枚應變片，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)上面的四應變片法的輸出電壓式可得,若四枚應變片完全相同，比例常數(shù)為K,且應變分別為£ 1,2 2, £ 3, o£則上面的式子可寫成下面聯(lián)入方式如圖9(b)所示時，