电阻应变计的结构

电阻应变计的结构

电阻应变计主要由敏感栅、基底、覆盖层及引出线所组成，敏感栅用粘合剂粘在基底和覆盖层之间。一种丝绕式应变计的典型结构如图2-1所示。
2.2.1敏感栅
敏感栅是用合金丝或合金箔制成的栅。它能将被测构件表面的应变转换为电阻相对变化。由于它非常灵敏，故称为敏感栅。它由纵栅与横栅两部分组成，纵栅的中心线称为应变计的轴线。敏感栅的尺寸用栅长L（横栅为圆弧形时，指两端圆弧内侧之间的距离；横栅为直线形时，则为两端横栅内侧之间的距离）和栅宽B（在与纵轴垂直的方向上，敏感栅外侧之间的距离）表示，参见图2-2。栅长尺寸一般为0.2~100毫米。

图2-1 电阻应变计的结构 图2-2 敏感栅的尺寸
敏感栅是电阻应变计的核心组成部分，它的特性对于电阻应变计的性能有决定性的影响。为了改善电阻应变计的性能，人们探索了多种材料的应变－电阻特性，从而发展了敏感栅材料，包括金属、半导体和金属氧化物等。目前常用的金属敏感栅材料主要有铜镍合金、镍铬合金、镍钼合金、铁基合金、铂基合金、钯基合金等。以金属材料为敏感栅的电阻应变计的灵敏系数大都在2.0 ～4.0间。硅、锗等半导体材料由于具有压阻效应，所有也被人们用作敏感栅的材料，以半导体材料为敏感栅的电阻应变计的灵敏系数大都在150左右，远高于以金属材料为敏感栅的电阻应变计。
通常对制造应变计敏感栅的材料的要求主要是：
1. 灵敏系数KS高，而且在较大的应变范围内保持为常数。康铜丝在弹性状态和塑性状态下，KS值基本上是常数。
2. 敏感栅材料的弹性极限要高于被测构件材料的弹性极限，以免在测试中因敏感栅先出现塑性变形而影响测试精度。
3. 电阻率ρ高，分散度小，随时间变化小。
4. 电阻温度系数小，在宽的温度范围内保持不变；分散度小，对温度循环有完全的重复性；有足够的稳定性，以减小由温度变化而引起的测量误差。
5. 延伸率高，耐腐蚀性好，疲劳强度高。
6. 焊接性能好，易熔焊和电焊；对引线的热电势小。
7. 加工性能好，以便制成细丝或箔片。
应变计常用金属材料的物理性能见表2-1。表中的电阻温度系数为20ْC以下、温度升高一度时材料的电阻变化率。

表2-1应变计常用金属材料的物理性能

2.2.2基底
基底是电阻应变计的一个组成部分。其作用是在应变计被安装到试件上之前，将敏感栅永久地或临时地安置于其上，同时还要使得敏感栅和粘贴应变计的试件之间相互绝缘。
对电阻应变计的基底材料，一般有下列一些要求：柔软并具有一定的机械强度，粘结性能和绝缘性能好，蠕变和滞后现象小，不吸潮，能在不同的温度下工作等。
常用的基底材料介绍如下：
1．纸 用纸作为应变计基底的优点是柔软并易于粘贴，应变极限大和价格低廉。缺点是耐湿性和耐久性差。通常有厚纸基底和薄纸基底两种。
2．胶膜 环氧树脂、酚醛树脂、聚酯树脂和聚酰亚胺等有机类粘结剂均可制成薄膜，用作应变计的基底。它们的特点是柔软，耐湿性和耐久性均比纸好。
3．玻璃纤维布 无碱玻璃纤维布的耐湿性、机械强度和电绝缘性能都很好，并且耐化学药品、耐高温（400~450ºC），多用作中温或高温应变计的基底。由它制成的应变计的刚度比胶膜基底要大。
4．金属薄片 不锈钢及耐高温合金等薄片或金属网可作为焊接式应变计的基底。焊接式应变计安装后不需要经过一般应变计粘贴时所需要的加温固化处理，但若要获得高的测量精度，在将应变计基底焊到试件上后需要进行热处理以消除由于焊接时在金属基底和试件上产生的应力。金属薄片作基底的应变计刚度较大，会对试件产生增强效应，而金属网状基底的应变计增强效应则相对较小。
临时基底型应变计可用金属薄片或合成纤维（如涤纶）制作框架作为临时基底，也可以用乙烯基胶带作为临时基底。
2.2.3引线
电阻应变计的引线是从敏感栅引出的丝状或带状金属导线。通常引线是在制造应变计时就和敏感栅连接好而成为应变计的一部分，也有某些箔式应变计在出厂时不带引线的。
引线应具有低和稳定的电阻率以及小的电阻温度系数。常温应变计的引线材料多用紫铜，为了便于焊接，可在紫铜引线的表面镀锡。中温应变计、高温应变计的引线可以在紫铜引线的表面镀银、镀镍、镀不锈钢，或者采用银、镍铬（或改良型）、镍、铁铬铝、铂或铂钨等。高疲劳寿命的应变计可采用铍青铜作引线。
四、盖层
电阻应变计的盖层是用来保护敏感栅使其避免受到机械损伤或防止高温下氧化。常用的是以制作基底的胶膜或浸含有机胶液（例如环氧树脂、酚醛树脂等）的玻璃纤维布作为盖层，也可以在敏感栅上涂敷制片时所用粘结剂作为保护层。盖层的材料包括纸、胶膜及玻璃纤维布等。

电阻应变计的原理及使用