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應變測量有多種方法,見的是使用應變計。 應變計的電阻與設(shè)備的應變存在比例關(guān)系;的應變計是粘貼式金屬應變計。 金屬應變計是由細金屬絲,或者更為常見的是由按柵格排列的金屬箔組成的。 格網(wǎng)狀可以對并行方向中應變的金屬絲/金屬箔量進行。 格網(wǎng)與一個被稱作基底的薄背板相連,基底直接連接至測試樣本。 因此,測試樣本所受的應變直接傳輸?shù)綉冇?,引起電阻的線性變化。
圖3. 金屬格網(wǎng)的電阻變化與測試樣本所受的應變量成比例。
應變計的基礎(chǔ)參數(shù)是其對應變的靈敏度,在數(shù)量上表示為應變計因子(GF)。 GF是電阻變化與長度變化或應變的比值。
金屬應變計的應變計因子通常約為2。通過傳感器廠商或相關(guān)文檔可獲取應變計的實際應變計因子。
實際上,應變測量的量很少大于幾個毫應變(e x 10-3)。 因此,測量應變時必需精確測量電阻極微小變化。 例如,假設(shè)測試樣本的實際應變?yōu)?00 me,應變計因子為2的應變計可檢測的電阻變化為2 (500 x 10-6) = 0.1%。 對于120 Ω的應變計,變化值僅為0.12 Ω。
為測量如此小的電阻變化,應變計配置基于惠斯通電橋的概念。 常見的惠斯通電橋由四個相互連接的電阻臂和激勵電壓VEX組成,如圖4所示。
圖4. 在惠斯通電橋電路中配置應變計以檢測電阻的微小變化。
惠斯通電橋在電氣上等同于2個并聯(lián)的分壓器電路。 R1和R2為一個電壓分壓器電路,R4和R3為另一個電壓分壓器電路。 惠斯通電橋的輸出Vo在兩個電壓分壓器的中間點之間測量。
從上面的等式中可以發(fā)現(xiàn),當R1 /R2 = R4 /R3時,電壓輸出VO為0。 在這種情況下,認為電橋處于平衡狀態(tài)。 任何電橋臂的電阻變化都會產(chǎn)生非零輸出電壓。 因此,如將圖4中的R4替換為工作應變計,那么應變計阻值的任何變化都將改變電橋的平衡并產(chǎn)生與應變相關(guān)的非零輸出電壓。