應(yīng)變片的工作原理

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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(shí)其電阻會(huì)隨之變化。應(yīng)變片就是應(yīng)用這個(gè)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????????????????????ΔR/R=K×ε在這里R：應(yīng)變片的原電阻值ΩΔR：伸長或壓縮所引起的電阻變化ΩK：比例常數(shù)(應(yīng)變片常數(shù))ε：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

2、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(jì)算1000×10?6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ΔR/120=2×1000×10-6ΔR=120×2×1000×10?6=0.24Ω電阻變化率為????????????????????ΔR/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(jì)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

3、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(dòng)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(gè)電路來測量。如圖5所示，惠斯通電橋由四個(gè)電阻組合而成。圖5?????????????????????????????????????圖6如果???????????R1=R2=R3=R4???或??R1×R2=R3×R4則無論輸入多大電壓，輸出電壓e總為0，這種狀態(tài)

4、稱為平衡狀態(tài)。如果平衡被破壞，就會(huì)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(gè)電路中的R1用應(yīng)變片相連，有應(yīng)變產(chǎn)生時(shí)，記應(yīng)變片電阻的變化量為ΔR，則輸出電壓e的計(jì)算公式如下所示。e=(1/4)*(ΔR/R)*E??即?e=(1/4)*K*ε*E上式中除了ε均為已知量，所以如果測出電橋的輸出電壓就可以計(jì)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

5、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+ΔR1，R2+ΔR2，R3+ΔR3，R4+ΔR4的變化時(shí)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ε1,ε2,ε3,ε4。則上面的式子可寫成下面的形式。???也就是說，應(yīng)變測量時(shí)，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(shí)，所以輸出電壓可寫成：e=(1/4)*(ΔR1/R1)*E?

6、?即?e=(1/4)*K*ε*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(shí)，聯(lián)入方式如圖9（b）所示時(shí)，也就是說當(dāng)聯(lián)入兩枚應(yīng)變片時(shí)，根據(jù)聯(lián)入方式的不同，兩枚應(yīng)變片上產(chǎn)生的應(yīng)變或加或減。圖9半橋：(a)鄰邊和(b)對邊