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關(guān)鍵詞：應(yīng)變測試，應(yīng)變片、Strain Gauge

導(dǎo)讀：

        機械測試和測量中，我們需要了解一個物體對于力的作用所產(chǎn)生的形變。應(yīng)變效應(yīng)，即為材料由于受力所產(chǎn)生的變形，貼于其上的應(yīng)變片的電阻值也會隨著發(fā)生變化。此文將介紹應(yīng)變片的基本結(jié)構(gòu)，分類及其原理。

應(yīng)變片的基本結(jié)構(gòu)

      上圖為電阻絲應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)示意圖。電阻絲由直徑為0.01～0.05mm的金屬絲制成的，為了獲得最大相對應(yīng)方向的應(yīng)變力，將其繞成柵狀，稱為敏感柵，并黏貼于絕緣的基底上。銅線與電阻絲的兩端連接作為應(yīng)變片引線，用來連接測量導(dǎo)線。敏感柵上面黏貼有保護作用的覆蓋層。柵長乘以珊寬即為應(yīng)變片的使用面積。應(yīng)變片的規(guī)格一般以使用面積和電阻值表示，如3mm×20mm，120Ω。

應(yīng)變片的分類

    應(yīng)變片可分為金屬式應(yīng)變片和半導(dǎo)體式應(yīng)變片兩大類。

金屬式應(yīng)變片中，按照敏感柵的材料不同，分為絲式，箔式和金屬膜式。

1. 絲式應(yīng)變片：金屬絲式應(yīng)變片式用0.01-0.05mm的金屬絲做敏感柵，有回線式和短接式兩種。金屬絲應(yīng)變片蠕變較大，金屬絲易脫落，但價格便宜。

2. 箔式應(yīng)變片：金屬箔式應(yīng)變片是利用照相制版或光刻技術(shù)，將厚約為0.003-0.01mm的金屬箔片制成敏感柵。箔式應(yīng)變片于片基的接觸面積大，散熱好，蠕變較小，目前廣泛使用。

3. 薄膜應(yīng)變片：金屬薄膜應(yīng)變片式采用真空蒸發(fā)或真空沉積等方法，再薄的絕緣基底上形成厚度在0.1μm以下的金屬電阻薄膜的敏感柵。優(yōu)點式靈敏度大，允許電流密度大，工作范圍廣，可達-197 ~ 317℃。

半導(dǎo)體式應(yīng)變片是將單晶硅錠切片、研磨、腐蝕壓焊引線，最后粘貼在鋅酚醛樹脂或聚酰亞胺的襯底上制成的。是一種利用半導(dǎo)體單晶硅的壓阻效應(yīng)制成的一種敏感元件。半導(dǎo)體應(yīng)變片與電阻應(yīng)變片相比，具有靈敏系數(shù)高（約高 50～100倍）、機械滯后小、體積小、耗電少等優(yōu)點。它的缺點是電阻和靈敏系數(shù)的溫度系數(shù)大、非線性大和分散性大等。

應(yīng)變片的原理

    當應(yīng)變片受到外力而產(chǎn)生形變時（拉伸或壓縮），其電阻值R會隨之增加或降低，借由此特性可以用來測量應(yīng)力ε，應(yīng)力ε與應(yīng)變片電阻值R的變化量?R的關(guān)系如下：

    應(yīng)變系數(shù)GF（Gauge factor)是表示應(yīng)變片靈敏度的系數(shù)。用于一般應(yīng)變片的銅鎳合金和鎳鉻合金的應(yīng)變系數(shù)GF大約為2。