應(yīng)變規(guī)的原理和構(gòu)造

1、主題 : 應(yīng)變規(guī)的原理和構(gòu)造說明 : 應(yīng)變規(guī)的原理應(yīng)變規(guī)是利用金屬導(dǎo)線電阻值的改變來量測應(yīng)變量。我們先研究當施于應(yīng)變時，應(yīng)變規(guī)電阻值將會如何改變。 圖2-1表示應(yīng)變規(guī)金屬導(dǎo)線的一小段。l 表示未受力前的長度，其電阻值為R。假使這導(dǎo)線被均勻的接長如虛線所示，其長度改變成 l + l，電阻值變成 R+R電阻值R由以下公式得到A：導(dǎo)線的截面積 ：導(dǎo)線的電阻係數(shù)將2-1微分可得2-2，即為單位電阻的改變率由圖2-1，圓形截面積箔狀應(yīng)變規(guī)的截面四方形，其截面積是A=b×tb：四方形的寬度t：箔的厚度假如圖2-1的導(dǎo)線 l 因受到外來的應(yīng)變而伸長，使得直徑d亦減少為d'(Poisson&

2、#39;s ratio效應(yīng))，因此假如是四方形截面時，則為因此兩條方程式是相同的，將其代入2-2可得假如電阻係數(shù)的改變是正比於材料體積的改變，這定理被考慮進去的話，則圖2-1，導(dǎo)線可求出如下：箔狀材料亦可通用此公式，由(2-3),(2-4),(2-5)可得m：是(2-4)的常數(shù)，能由實驗求得此一常數(shù)的值，大部份應(yīng)變規(guī)所用的電阻材枓是銅鎳合金(Copper-nickel)其m1所以(2-6)等於2(2-7)所導(dǎo)出的值叫做金屬材料的應(yīng)變靈敏度(STRAIN SENSITIVITY)通常用記號K表示(Gege Factor)由於K值是由應(yīng)變規(guī)所採用的電阻值材料來決定，(2-7)可重寫如下：這代表應(yīng)變

3、規(guī)電阻值的改變是和受測物體的應(yīng)變大小成正比的關(guān)係。不管應(yīng)變大小K值是保持常數(shù)的。當應(yīng)變規(guī)是採半導(dǎo)體電阻材料取代金屬電阻材料時，其K值是和金屬材料不相同的。應(yīng)變規(guī)用來量測應(yīng)變的元件是使用電阻材料作成柵欄狀或箔材狀以使得在一很小的區(qū)域中，其電阻值為120或其他大小。由於電阻材料的不同，其對應(yīng)變的靈敏度亦稍有不同。如圖2-2 應(yīng)變規(guī)的構(gòu)造圖2-3表示典型的應(yīng)變規(guī)構(gòu)造。一片厚度只有10-6m的金屬電阻箔片被黏著在絕緣材料上(Base) ，然後依照所需要的形狀將箔片上多餘的金屬電阻用光蝕的方法除去，再連接導(dǎo)線。通常應(yīng)變規(guī)是設(shè)計為120，但近年來350，500，1000亦有生產(chǎn)。如上所述，應(yīng)變規(guī)的電阻值會

4、隨應(yīng)變而改變，但亦會隨溫度而有所改變。所以必須運用量測方法排除溫度效應(yīng)。最近大部份的應(yīng)變規(guī)皆具有本身溫度補償?shù)墓δ芤詼p低溫度效應(yīng)的影響。這種應(yīng)變規(guī)被叫做SELCOM gages。他們的外觀形狀和構(gòu)造和一般目的應(yīng)變規(guī)幾乎完全一樣。應(yīng)變規(guī)的種類依照使用者的目的、大小及材質(zhì)可將應(yīng)變規(guī)分成許多類一般是依照如下的方式來分類： · 以電阻材料來分類線狀Gage 半導(dǎo)體Gage（單晶半導(dǎo)體）蒸鍍Gage（半導(dǎo)體，金屬的蒸鍍）· 以底材(Base)來分類紙Gage 電木GagePhester GagePolyimide Gage其他（特殊目的）· 以Gage長度來分類0.2mm1

5、20mm · 以形狀來分類單軸Gage 多軸Gage（Rosette Gage）特殊形狀Gage· 以使用目的來分類高溫Gage 低溫Gage大應(yīng)度Gage防水Gage應(yīng)變規(guī)的一般性能 1. 非直線性由於種類、形狀、大小和構(gòu)造的不同，應(yīng)變規(guī)的線性會有稍微的差異，但當應(yīng)變量介於3000 及4000×10-6時，其非直線性大約只有1%而己，通常當應(yīng)變達到10,000及30,000×10-6時，應(yīng)變規(guī)會斷掉或剝落。2. Gage電流當用120 Gage時，其電橋所能施加的最大電壓是5V，350 Gage時是14V。3. 頻率反應(yīng)用應(yīng)變規(guī)量測動態(tài)現(xiàn)象時，應(yīng)變是經(jīng)由黏著劑及底座傳到應(yīng)變規(guī)，因為傳遞的速度很快所以不會有任何問題。根據(jù)實驗應(yīng)變規(guī)長度為10mm時可量測到170KHz，3mm時則可量到360KHz 的現(xiàn)象。4. 疲勞當應(yīng)變量很大且快時，可能引起