什么是应变片？应变片的工作原理、类型和使用方法

应变片（或不太常见的应变片）是一种广泛使用的传感器工具，用于测量负载下物体或材料中的应力。

通过显示应变和疲劳力如何影响物理材料，应变片使工程师能够对各种设计、构建和安装做出各种关键决策。

应变片是监测材料性能的一种成熟方法，自20世纪中叶以来一直在使用。它们可以作为独立的传感器设备使用，也可以连接成串形成惠斯通电桥，用于准确测量未知电阻和差异。它们还可以用于负荷传感器配置，用于各种工业应用，包括精密称重或对应变、材料影响和性能的长期监测。

在这个入门指南中，我们将学习关于应变片的所有关键基础知识。这将包括它们的功能和工作原理，以及它们如何帮助优化各种行业的整体生产力和建筑质量。

我们还将解释如何安装和使用应变片，并清楚说明如何在英国的在线商店购买应变片。

应变计和称重传感器都属于传感器的一种，也就是将一种形式的能量转换为另一种形式的装置。具体来说，应变计将物理载荷或应力-压力、扭矩、拉伸和压缩-转换为可读的电信号。这在称重应用中经常使用。

这个信号通过传感器以实时的电阻变化来表达，这是由于活动应变计的物理位移（挠曲或变形）而引起的。随着时间的推移，它的变化将反映出这些应力对于被监测材料或物体的持续物理影响。

应变计传感器的最常见形式是一片宽条状的柔性背板材料，其中嵌入了一个导电元件，通常是一系列导线或箔迹。这种低延伸弹性条带通过适当的工业胶粘剂直接安装和粘结在被测物体或材料的表面上。

一旦安装好，通过传感器装置通电或通电流可以让工程师从应变计电路中进行电子读数。观察到的电阻变化将展示出随着时间推移，载荷或应变力如何影响所研究材料。正向（拉伸）和负向（压缩）的应变力都可以通过这种方式测量。

那么，应变计用在哪些领域呢？简而言之，它们在材料工程的各个方面都有使用。在任何设计或建造中，只要物理应力分析是一个重要因素，应变计都可以用来更清楚地了解材料在负载下的行为。

应变计技术被广泛应用于许多行业和项目中，以下是一些常见的例子：

• 汽车、船舶和航空航天设计
• 建筑和建筑工程，包括桥梁、地磅和隧道建设
• 工业工程和称重
• 材料性能的长期监测，例如S形杆拉应变
• 土木工程安装，如电厂和炼油厂
• 在电动机、涡轮机、发动机、风扇、发电机、车轮和螺旋桨中进行扭矩测量
• 传感器和称重传感器制造
• 实验应力分析

和应变计类似，称重传感器也广泛应用于各种工业环境中，特别是作为高精度称重应用的经济有效解决方案。

读取应变测量涉及使用电阻的基本原理：R = L/A。在这个常见的应变计方程中，R是电阻，L是导体长度，A是其横截面积。换句话说，我们可以使用欧姆定律的导数来记录应变计材料中因弯曲而引起的电阻率变化。

这也反映了其粘贴的表面或物体的物理形状和位置的变化。简单来说，压缩力将缩短应变计线路，导致电阻减小。类似地，拉伸力将延长线路，导致总体电阻增加。

作用在传感器材料上的各种类型的力（如压力、张力和重量）将以某种方式影响其物理形状和位置，通常引起弯曲。这些变化可以直接从应变计中测量为电阻的波动。应变计仪器和操作并不过于复杂，但您应熟悉其中的关键术语。

这些术语包括：

• **表观应变：**由于被测试物体中的温度变化（热输出）而产生的输出信号，而不是由实际机械负载引起的。
• **惠斯通电桥：**一种包括所谓的虚拟应变计在内的多个应变计的排列方式，通常用于对此进行补偿
• **电桥因素或应变计因素：**在惠斯通电桥电路中使用的活动应变计的数量（1-4）
• **应变：**对于材料的长度相对于其起始长度的物理变化的测量。表示机械应变的符号是ε
• 应力：在数学术语中，通过计算力（F）除以横截面积（A）来得到材料应力因子。表示机械应力的符号是σ，因此σ = F/A
• **残余应力：**也称为固有应力，这可以由材料本身的各种内在因素引起，而不是直接施加外力。示例包括制造不一致性或密度的自然波动，以及由材料重量引起的内部压缩或应变。大多数工程应用中也会考虑残余应力，但重要的是要了解材料应变的不同原因
• **电桥激励电压：**由于应变计传感器实际上是一种电阻器，当连接并开关时，它自然会将电压转换为热量。由于输出电压热量也会影响电阻（从而改变读数），在使用过程中应变计不能过度升温。因此，应变计始终带有桥激励电压的最大额定值。这表示供应给设备的电力的上限，以实现准确的操作

在英国的在线市场上有各种类型的应变计可供选择。这些范围从电阻丝应变计到箔片应变计、线性应变计（与线性变压器或LVDT的核心原理类似）、半桥和全桥应变计、压缩式负载传感器、梁式负载传感器、力传感器和其他多种变体。

选择适合您所处理的应变计应用的正确类型设备是关键。这样做将始终为您提供最佳的应变计性能，以实现最佳准确性和可靠性。在为特定目的选择不同类型的应变计时，始终会有几个重要的考虑因素需要记住。

首先，您需要明确您需要测量的具体应变力类型（质量、扭矩/扭转、轴向应变、压力、压缩、双向、材料疲劳、剪切等）。您还需要了解您将进行的耐久性测试类型。这可能包括实验应力分析、残余应力分析、微应变、形变、材料寿命分析、负荷分析、热应力、温度效应或其他各种分析。

根据您对上述问题的回答，您将需要根据应变计的主要物理特性来选择多种型号和类型的应变计。这些特性包括：

• 应变计几何形状：给定设备包含的追踪器网格数量、它们的排列方式以及由此产生的有源网格长度。
• 应变计系列和连接：设备的物理结构和布局，以及它是否以串联方式与其他设备连接（例如，导线规格长度）。
• 设备的电阻：以欧姆为单位测量。
• 材料的温度响应、性能和适应性：您选择的应变计类型需要与所监测的材料和安装位置的热特性相匹配。

一旦理解了基本的应变片原理，就相对容易弄清楚如何使用应变片。较为困难的是学习如何为最佳和最准确的结果正确地定位应变片。

了解如何为最佳测量结果正确地定位应变片可能相对复杂，结果始终受益于较多的用户经验。然而，在相当短的时间内学习正确的定位以及如何准确测量应变片是可能的。

正确使用应变片的一个至关重要的部分是学习如何准备被测量的材料。在安装应变测量装置之前，使用正确的程序进行准备是至关重要的。有各种不同的方法 - 选择使用哪种方法将取决于被测试材料的类型、应变片类型以及所进行的应力监测的确切形式。

例如，混凝土的准备和清洁方法将与木材、塑料、纤维增强塑料、橡胶和玻璃不同。有些表面需要被砂磨得更光滑，而其他表面则需要被稍微粗糙。甚至所使用的清洁溶液的类型也将根据所涉及的材料而有所不同。清洁度对于实现良好的粘附和可靠的结果至关重要。

同样重要的是为应变片所附着的材料选择正确的粘合剂。某些胶水更适用于多孔表面（即具有较强的充填性），而其他胶水则需要更好地适应光滑和坚硬的表面、快速的温度变化、环境挑战、特定类型的清洁溶剂等等。