電阻應變計

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電阻應變計是中國科技名詞。

世界上最古老的四大文字系統，一是5500年前兩河流域蘇米爾人創造的楔形文字，二是5000多年前尼羅河流域古埃及人創造的聖書字，三是3300年前中國殷商時期的甲骨文，四是1500年前起源於中美洲的瑪雅文字。其它文字都早已消亡，只有中國文字的發展未曾斷裂，從商代一直傳承至今，漢字是世界上現存最古老的文字，這是我們中華民族寶貴的文化遺產。

目錄

名詞解釋

電阻應變計（resistancestraingage）是能將工程構件上的應變，即尺寸變化轉換成為電阻變化的變換器（又稱電阻應變片），簡稱為應變計。

這種應變計的敏感柵最常用的有絲繞式和短接線式兩種。①絲繞式的敏感柵是用直徑0.015～0.05毫米的金屬絲連續繞制而成，端部呈半圓形。如果安裝應變計的構件表面存在兩個方向的應變，此圓弧端除了感受縱向應變外，還能感受橫向應變，後者稱為橫向效應。若對測量精度的要求較高，應考慮橫向效應的影響並進行修正。②短接線式的敏感柵採用較粗的橫絲，將平行排列的一組直徑為0.015～0.05毫米的金屬縱絲交錯連接而成，端部是平直的。它的橫向效應很小，但耐疲勞性能不如絲繞式的。

箔式應變計

這種應變計的敏感柵用厚度0.002～0.005毫米的金屬箔刻蝕成形。用此法易於製成各種形狀的應變計。箔柵有如下優點，①橫向部分可以做成比較寬的柵條，使橫向效應較小；②箔柵很薄，能較好地反映構件表面的變形，因而測量精度較高；③便於大量生產；④能製成柵長很短的應變計。因此，箔式應變計得到廣泛應用。

臨時基底應變計

還有一種臨時基底型的金屬電阻應變計。製造時將用紫銅等材料

製成的敏感柵粘在作為臨時基底的框架上，使用時用粘結劑將敏感柵固定在構件上，然後將臨時基底去掉。這種應變計多用於測量高溫條件下的應變。

應用材料和安裝方法

製造敏感柵的常用材枓有銅鎳合金（康銅）、線鉻系含金、鐵鉻鋁含金，鎳鉻鐵合金、鉑和鉑合金等。前三種最常用。這些合金的靈敏係數為2～6。

所用的粘結劑分為有機粘結劑和無機粘結劑兩類。在一般情況下，前者用在溫度低於400℃時，後者則用於高溫條件下。有機粘結劑包括硝化纖維、氧基丙烯酸酯、環氧樹脂、酚醛樹脂、有機硅樹脂、聚酰亞胺等。除前兩種之外，使用時一般都要加溫加壓使其固化。常用的無機粘結劑有磷酸鹽和噴塗用的金屬氧化物。前者在使用時須加溫固化。用作基底的材料有紙、膠膜、玻璃纖維布，金屬薄片（或金屬網）等。

把應變計粘貼在構件表面上有不同的安裝方法有：

1) 用紙、膠膜、玻璃纖維布作基底的應變計，用粘結劑粘貼；

2) 用金屬薄片或金屬網作基底的應變計，用點焊或滾焊固定在金屬構件上；

3) 對於臨時基底應變計，用粘結劑或用氧炔焰或等離子焰將金屬氧化物焰化並噴塗的方法，將敏感柵固定於金屬基底或構件表面上。

測量方向性

只用一個敏感柵的應變計，適用於測量單向應變。測量平面應力場的應變時，可採用應變花。

B. 半導體應變計

將半導體應變計安裝在被測構件上，在構件承受載荷而產生應變時，其電阻將發生變化。半導體應變計就是以這種壓阻效應作為理論基礎的，其敏感柵由鍺或硅等半導體材料製成。這種應變計可分為體型（圖5）和擴散型兩種。前者的敏感柵由單晶硅或鍺等半導體經切片和腐蝕等方法製成，後者的敏感柵則是將雜質擴散在半導體材料中製成的。半導體應變計的優點是靈敏係數大，機械滯後和蠕變小，頻率響應高;缺點是電阻溫度係數大，靈敏係數隨溫度而顯著變化，應變和電阻之間的線性關係範圍小。正確選擇半導體材料和改進生產工藝，這些缺點可望得到克服。半導體應變計多用於測量小的應變（10-1微應變到數百微應變），已廣泛用於應變測量和製造各種類型的傳感器（見電阻應變計式傳感器）。

半導體應變計中用薄膜作敏感柵的稱為薄膜應變計。它是將金屬、合金或半導體材料，用真空鍍膜、沉積或濺射方法，在絕緣基底上製成一定形狀的薄膜，其厚度從幾十納米至幾萬納米不等。此外，還有靈敏係數很大的p-n結半導體應變計和壓電場效應應變計。

C. 粘貼式應變計

它主要由 4部分組成。①由電阻絲製成的敏感柵：是應變計的敏感部分；②襯底和保護層：敏感柵粘貼在襯底上，襯底是將傳感器彈性元件表面的應變傳遞到電阻絲柵上的中間介質，起絕緣作用；保護層起保護電阻絲的作用；③粘合劑：它將電阻絲與襯底粘貼在一起；④引出線：它起連接測量導線的作用。按襯底材料和安裝方法的不同，可把粘貼式應變計分為紙襯式、膠襯式、金屬襯底式和臨時襯底式等。敏感柵又有多種結構形式，可分為測量單方向應變的單軸式和測量兩個方向以上應變的多軸式（又稱應變花）兩類（圖1）。

D. 張絲式應變計

它是利用一定結構使金屬電阻絲張緊並能直接受力而產生電阻-應變效應的一種應變計,又稱非粘貼式應變計。一種測量微小壓力的張絲式應變計是將金屬電阻線繞在固定於彈簧片上的數個柱子上製成的。當壓力通過連杆加到彈簧片上時，彈簧片的變形使柱子移動，從而改變電阻線圈的張力而使其電阻發生變化。線圈連接成橋式電路，於是電橋由於橋臂電阻的變化而失去平衡，產生正比於壓力的輸出電壓。利用張絲式應變計的原理還可製成扭矩傳感器和加速度計。

發展

電阻應變計的品種日益增加，應用範圍也日益擴大，除了常用的品種和規格外，還有各種不同用途的應變計，如溫度白補償應變計、大應變應變計、應力計、測量殘餘應力的應變花等。利用箔式應變計的製造技術，還能生產出可以測量溫度、壓力、疲勞壽命、裂紋擴展情況的各種片式檢測元件（包括測溫片、測壓片、疲勞壽命計、裂紋擴展計等）。