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知識(shí)分享 | 應(yīng)變片是如何工作的?

2023-09-06 12:00:57·  來源:HBM測(cè)試與測(cè)量  
 

應(yīng)變片是能夠測(cè)量長度(應(yīng)變)相對(duì)變化的傳感器。如果材料被拉伸,應(yīng)變被稱為正應(yīng)變,而如果材料被壓縮,應(yīng)變則被稱為負(fù)應(yīng)變。


應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)應(yīng)變片一般為箔式電阻應(yīng)變片。(稱其為傳統(tǒng)是因?yàn)楝F(xiàn)在有其它新的應(yīng)變片技術(shù),例如光纖布拉格光柵傳感器,其原理完全不同)標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)變片一般采用聚酰亞胺作為基底,康銅絲粘附在上面??点~是一種電導(dǎo)體,使用模板蝕刻法,產(chǎn)生康銅測(cè)量柵絲,然后粘附在基底與載體箔材上。從外觀上來看其形成一個(gè)蛇形繞組圖案。圖片應(yīng)變片是如何工作的?

對(duì)于應(yīng)變測(cè)量來說,我們實(shí)際感興趣的是機(jī)械應(yīng)力。機(jī)械應(yīng)力描述了施加在材料上的內(nèi)部和外部力。這是實(shí)驗(yàn)應(yīng)力分析的應(yīng)用領(lǐng)域一個(gè)重要的要素。

圖片因此,應(yīng)變片通常被安裝在需要檢查材料的多個(gè)位置,并通過電纜連接到測(cè)量放大器。如果應(yīng)變片被壓縮,其電阻會(huì)減小。如果應(yīng)變片被拉伸時(shí),其電阻會(huì)增加。原因是當(dāng)測(cè)量柵絲被拉伸時(shí),電流通過的導(dǎo)體變細(xì),導(dǎo)致電阻增加。電阻的變化確定了應(yīng)變片上的應(yīng)變:

圖片

△R=應(yīng)變引起的應(yīng)變片電阻變化R0=應(yīng)變片的標(biāo)稱電阻k=應(yīng)變片的應(yīng)變系數(shù) (SG靈敏度)E=待測(cè)應(yīng)變應(yīng)變片之間的區(qū)別

應(yīng)變片之間有一些重要特征:比較重要的是幾何形狀,測(cè)量柵絲長度和溫度適應(yīng)性。

圖片

我們提供超過2500種不同類型的應(yīng)變片??筛鶕?jù)應(yīng)用選擇不同的類型。它們之間的區(qū)別主要在于:

  • 幾何規(guī)格:應(yīng)變片的幾何規(guī)格包括測(cè)量柵絲數(shù)量和對(duì)準(zhǔn)方式等。根據(jù)載荷不同,可能會(huì)發(fā)生不同的應(yīng)力狀態(tài)。在單軸應(yīng)力狀態(tài)下,也就是一個(gè)已知的應(yīng)力方向,一個(gè)測(cè)量柵絲就足夠了,并與主應(yīng)力方向?qū)R。在雙軸應(yīng)力狀態(tài)下,多個(gè)應(yīng)力方向一起發(fā)生,例如張力,壓力,彎曲或扭轉(zhuǎn)。在某些情況下,測(cè)量工程師可能不知道主應(yīng)力的方向。這需要具三個(gè)方向的測(cè)量柵絲應(yīng)變片才可以。可以確定主要和次要應(yīng)力的大小以及它們的方向。

  • 測(cè)量柵絲長度:根據(jù)材料和測(cè)量應(yīng)用,應(yīng)該選擇不同的測(cè)量柵絲長度。如需要非常精確地測(cè)量工件中的應(yīng)力曲線(應(yīng)力梯度)時(shí),最好采用較短的測(cè)量柵絲,以精確分析關(guān)鍵點(diǎn)。如果一般負(fù)載(算術(shù)平均值)是重要的,則應(yīng)該選擇較長的測(cè)量柵絲。不同的表面結(jié)構(gòu)也有不同:例如混凝土是不均勻的,并且小的卵石嵌入其中。在這種情況下,如果測(cè)量柵絲太短,則會(huì)使測(cè)量結(jié)果發(fā)生扭曲,因?yàn)樵搼?yīng)用有多種微小的獨(dú)立應(yīng)力場(chǎng)。為了避免這種情況,應(yīng)選擇較長的測(cè)量柵絲,測(cè)量在該測(cè)量柵絲長度上的平均應(yīng)力。

  • 溫度適應(yīng)性:不同材料的需要采用不同溫度適應(yīng)性的應(yīng)變片,以確保能夠?qū)囟茸兓鸬牟牧蠎?yīng)變進(jìn)行補(bǔ)償。因此,需要根據(jù)材料選擇正確的應(yīng)變片。

  • 其他選擇標(biāo)準(zhǔn):除了上述特征之外,還有其他一些選擇標(biāo)準(zhǔn):應(yīng)變片通常具有不同的阻值(120,350或1000歐姆等),通常取決于測(cè)量鏈。例如放大器的橋路電阻或預(yù)期的干擾脈沖等?;撞牧希瑢?dǎo)體材料或連接類型也需要進(jìn)行考慮。一些應(yīng)變片采用預(yù)接線方式,無需進(jìn)行焊接,可以節(jié)約大量的安裝時(shí)間,從而降低成本。

應(yīng)用領(lǐng)域

應(yīng)變片有兩個(gè)主要應(yīng)用領(lǐng)域:

  • 一個(gè)是用于傳感器制造,比如力傳感器,稱重傳感器,扭矩傳感器,壓力傳感器等。

  • 一個(gè)是用于實(shí)驗(yàn)應(yīng)力分析,比如機(jī)械應(yīng)力的絕對(duì)值和方向的確定,疲勞壽命分析,殘余應(yīng)力分析。耐久性測(cè)試是實(shí)驗(yàn)應(yīng)力分析的主要應(yīng)用。例如材料何時(shí)在恒定負(fù)荷下失效等。這些載荷是采用試驗(yàn)方式,循環(huán)加載的。負(fù)載通常較低,材料在彈性范圍內(nèi),不會(huì)立即損壞或斷裂。疲勞問題在很多方面都是有意義的:例如飛機(jī)部件,基礎(chǔ)設(shè)施如橋梁或鐵路,以及印刷電路板等。部件需要進(jìn)行徹底測(cè)試,以確定其是否提供所需的耐久性,能夠承受預(yù)期的負(fù)荷。

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