電阻應(yīng)變計的結(jié)構(gòu)

電阻應(yīng)變計主要由敏感柵、基底、覆蓋層及引出線所組成，敏感柵用粘合劑粘在基底和覆蓋層之間。一種絲繞式應(yīng)變計的典型結(jié)構(gòu)如圖2-1所示。
2.2.1敏感柵
敏感柵是用合金絲或合金箔制成的柵。它能將被測構(gòu)件表面的應(yīng)變轉(zhuǎn)換為電阻相對變化。由于它非常靈敏，故稱為敏感柵。它由縱柵與橫柵兩部分組成，縱柵的中心線稱為應(yīng)變計的軸線。敏感柵的尺寸用柵長L（橫柵為圓弧形時，指兩端圓弧內(nèi)側(cè)之間的距離；橫柵為直線形時，則為兩端橫柵內(nèi)側(cè)之間的距離）和柵寬B（在與縱軸垂直的方向上，敏感柵外側(cè)之間的距離）表示，參見圖2-2。柵長尺寸一般為0.2~100毫米。

圖2-1 電阻應(yīng)變計的結(jié)構(gòu) 圖2-2 敏感柵的尺寸
敏感柵是電阻應(yīng)變計的核心組成部分，它的特性對于電阻應(yīng)變計的性能有決定性的影響。為了改善電阻應(yīng)變計的性能，人們探索了多種材料的應(yīng)變－電阻特性，從而發(fā)展了敏感柵材料，包括金屬、半導(dǎo)體和金屬氧化物等。目前常用的金屬敏感柵材料主要有銅鎳合金、鎳鉻合金、鎳鉬合金、鐵基合金、鉑基合金、鈀基合金等。以金屬材料為敏感柵的電阻應(yīng)變計的靈敏系數(shù)大都在2.0 ～4.0間。硅、鍺等半導(dǎo)體材料由于具有壓阻效應(yīng)，所有也被人們用作敏感柵的材料，以半導(dǎo)體材料為敏感柵的電阻應(yīng)變計的靈敏系數(shù)大都在150左右，遠(yuǎn)高于以金屬材料為敏感柵的電阻應(yīng)變計。
通常對制造應(yīng)變計敏感柵的材料的要求主要是：
1. 靈敏系數(shù)KS高，而且在較大的應(yīng)變范圍內(nèi)保持為常數(shù)?？点~絲在彈性狀態(tài)和塑性狀態(tài)下，KS值基本上是常數(shù)。
2. 敏感柵材料的彈性極限要高于被測構(gòu)件材料的彈性極限，以免在測試中因敏感柵先出現(xiàn)塑性變形而影響測試精度。
3. 電阻率ρ高，分散度小，隨時間變化小。
4. 電阻溫度系數(shù)小，在寬的溫度范圍內(nèi)保持不變；分散度小，對溫度循環(huán)有完全的重復(fù)性；有足夠的穩(wěn)定性，以減小由溫度變化而引起的測量誤差。
5. 延伸率高，耐腐蝕性好，疲勞強度高。
6. 焊接性能好，易熔焊和電焊；對引線的熱電勢小。
7. 加工性能好，以便制成細(xì)絲或箔片。
應(yīng)變計常用金屬材料的物理性能見表2-1。表中的電阻溫度系數(shù)為20?C以下、溫度升高一度時材料的電阻變化率。

表2-1應(yīng)變計常用金屬材料的物理性能

2.2.2基底
基底是電阻應(yīng)變計的一個組成部分。其作用是在應(yīng)變計被安裝到試件上之前，將敏感柵永久地或臨時地安置于其上，同時還要使得敏感柵和粘貼應(yīng)變計的試件之間相互絕緣。
對電阻應(yīng)變計的基底材料，一般有下列一些要求：柔軟并具有一定的機械強度，粘結(jié)性能和絕緣性能好，蠕變和滯后現(xiàn)象小，不吸潮，能在不同的溫度下工作等。
常用的基底材料介紹如下：
1．紙 用紙作為應(yīng)變計基底的優(yōu)點是柔軟并易于粘貼，應(yīng)變極限大和價格低廉。缺點是耐濕性和耐久性差。通常有厚紙基底和薄紙基底兩種。
2．膠膜 環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、聚酯樹脂和聚酰亞胺等有機類粘結(jié)劑均可制成薄膜，用作應(yīng)變計的基底。它們的特點是柔軟，耐濕性和耐久性均比紙好。
3．玻璃纖維布 無堿玻璃纖維布的耐濕性、機械強度和電絕緣性能都很好，并且耐化學(xué)藥品、耐高溫（400~450oC），多用作中溫或高溫應(yīng)變計的基底。由它制成的應(yīng)變計的剛度比膠膜基底要大。
4．金屬薄片 不銹鋼及耐高溫合金等薄片或金屬網(wǎng)可作為焊接式應(yīng)變計的基底。焊接式應(yīng)變計安裝后不需要經(jīng)過一般應(yīng)變計粘貼時所需要的加溫固化處理，但若要獲得高的測量精度，在將應(yīng)變計基底焊到試件上后需要進(jìn)行熱處理以消除由于焊接時在金屬基底和試件上產(chǎn)生的應(yīng)力。金屬薄片作基底的應(yīng)變計剛度較大，會對試件產(chǎn)生增強效應(yīng)，而金屬網(wǎng)狀基底的應(yīng)變計增強效應(yīng)則相對較小。
臨時基底型應(yīng)變計可用金屬薄片或合成纖維（如滌綸）制作框架作為臨時基底，也可以用乙烯基膠帶作為臨時基底。
2.2.3引線
電阻應(yīng)變計的引線是從敏感柵引出的絲狀或帶狀金屬導(dǎo)線。通常引線是在制造應(yīng)變計時就和敏感柵連接好而成為應(yīng)變計的一部分，也有某些箔式應(yīng)變計在出廠時不帶引線的。
引線應(yīng)具有低和穩(wěn)定的電阻率以及小的電阻溫度系數(shù)。常溫應(yīng)變計的引線材料多用紫銅，為了便于焊接，可在紫銅引線的表面鍍錫。中溫應(yīng)變計、高溫應(yīng)變計的引線可以在紫銅引線的表面鍍銀、鍍鎳、鍍不銹鋼，或者采用銀、鎳鉻（或改良型）、鎳、鐵鉻鋁、鉑或鉑鎢等。高疲勞壽命的應(yīng)變計可采用鈹青銅作引線。
四、蓋層
電阻應(yīng)變計的蓋層是用來保護(hù)敏感柵使其避免受到機械損傷或防止高溫下氧化。常用的是以制作基底的膠膜或浸含有機膠液（例如環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂等）的玻璃纖維布作為蓋層，也可以在敏感柵上涂敷制片時所用粘結(jié)劑作為保護(hù)層。蓋層的材料包括紙、膠膜及玻璃纖維布等。

電阻應(yīng)變計的原理及使用