應變計的種類都有哪些？

　　電阻應變計的種類很多，分類的方法也很多。根據許用的工作溫度范圍可分為常溫、中溫、高溫及低溫應變計。

　　1) 高溫應變計 350oC以上;

　　2) 中溫應變計 60~350oC;

　　3) 常溫應變計 -30~60oC;

　　4) 低溫應變計 -30oC以下。

　　根據基底材料可分為：紙基、膠膜基底(縮醛膠基、酚醛基、環氧基、聚酯基、聚稀亞胺基等)、玻璃纖維增強基底、金屬基底及臨時基底等。

　　根據安裝方式可分為粘貼式、焊接式和噴涂式三類。

　　根據敏感柵材料可分為金屬、半導體及金屬或金屬氧化物漿料等三類：

　　1) 金屬應變計 包括絲式(絲繞式、短接式)應變計、箔式應變計和薄膜應變計;

　　2) 半導體應變計 包括體型半導體應變計、擴散型半導體應變計和薄膜半導體應變計;

　　3) 金屬或金屬氧化物漿料主要是制作厚膜應變計。

　　下面介紹幾種常用的電阻應變計

　　金屬絲式應變計

　　金屬絲式應變計的敏感柵一般是用直徑0.01~0.05毫米的銅鎳合金或鎳鉻合金的金屬絲制成。可分為絲繞式和短接式兩種。絲繞式應變計是用一根金屬絲繞制而成(見圖2-3)，短接式應變計是用數根金屬絲按一定間距平行拉緊，然后按柵長大小在橫向焊以較粗的鍍銀銅線，再將銅導線相間地切割開來而成。

　　1. 絲繞式應變計

　　絲繞式應變計的疲勞壽命和應變極限較高，可作為動態測試用傳感器的應變轉換元件。絲繞式應變計多用紙基底和紙蓋層，其造價低，容易安裝。但由于這種應變計敏感柵的橫向部分是圓弧形，其橫向效應較大，測量精度較差，而且其端部圓弧部分制造困難，形狀不易保證相同，使應變計性能分散，故在常溫應變測量中正逐步被其它片種代替。

　　2. 短接式應變計

　　短接式應變計也有紙基和膠基等種類。短接式應變計由于在橫向用粗銅導線短接，因而橫向效應系數很小 (<0.1%)，這是短接式應變計的最大優點。另外，在制造過程中敏感柵的形狀較易保證，故測量精度高。但由于它的焊點多，焊點處截面變化劇烈，因而這種應變計疲勞壽命短。

　　3.金屬箔式應變計

　　箔式應變計的敏感柵是用厚度為0.002～0.005毫米的銅鎳合金或鎳鉻合金的金屬箔，采用刻圖、制版、光刻及腐蝕等工藝過程而制成。基底是在箔的另一面涂上樹脂膠，經過加溫聚合而成，基底的厚度一般為0.03～0.05mm。

　　與絲繞式應變計相比，箔式應變計的優點是：

　　1. 敏感柵很薄，且箔材與粘合層的接觸面積要比絲材的大，因而粘貼牢固，有利于變形傳遞，因而它所感受的應變狀態與試件表面的應變狀態更為接近，測量精度高;

　　2. 敏感柵薄而寬，在相同的橫截面積條件下，箔柵的表面積比絲柵的要大，散熱性好，故允許通過較大的電流，因而可以輸出較強的信號，提高測量靈敏度;

　　3. 敏感柵的橫向端部為較寬的柵條，故橫向效應較小;

　　4. 箔式片能保證尺寸準確，線條均勻，故靈敏系數分散性小;

　　5. 箔式應變計的蠕變小、疲勞壽命長;

　　6. 加工性能好，能制成為各種形狀和尺寸的應變計，尤其可以制造柵長很小的或敏感柵圖案特殊的應變計;

　　7. 制造工藝自動化，可成批生產，生產效率高。

　　由于箔式應變計具有以上諸多優點，故在各個測量領域中得到廣泛的應用。在常溫的應變測量中有逐漸取代絲繞式應變計的趨勢。

 

　　金屬電阻應變計還可以按敏感柵的結構形狀分為下述幾類：

　　(1)單軸應變計：單軸應變計一般是指具有一個敏感柵的應變計。這種應變計可用來測量單向應變。

　　(2)單軸多柵應變計：把幾個單軸敏感柵粘貼在同一個基底上，可構成平行軸多柵和同軸多柵，這種應變計可方便地測量構件表面的應變梯度。

　　(3)應變花(多軸應變計)：具有兩個或兩個以上軸線相交成一定角度的敏感柵制成的應變計稱為多軸應變計，也稱為應變花，如圖2-7所示。其敏感柵可由金屬絲或金屬箔制成。采用應變花可方便地測定平面應變狀態下構件上某一點處的應變。

　　薄膜應變計

　　薄膜應變計的“薄膜”不是指用機械壓延法所得到的薄膜，而是用諸如真空蒸發、濺射、等離子化學氣相淀積等薄膜技術得到的薄膜。它是通過物理方法或化學/電化學反應，以原子，分子或離子顆粒形式受控地凝結于一個固態支撐物(即基底)上所形成的薄膜固體材料。其厚度約在數十埃至數微米之間。薄膜若按其厚度可分為非連續金屬膜、半連續膜和連續膜。

　　薄膜應變計的制造主要是成膜工藝，如濺射、蒸發、光刻、腐蝕等。其工藝環節少，工藝周期較短，成品率高，因而獲得廣泛的應用。

　　半導體應變計

　　半導體應變計是利用硅、鍺、銻化鋼、磷化鎵等半導體樹料制成的。當半導體材料沿晶軸方向受到機械應力作用時，其電阻率發生變化，這種性質稱為壓阻效應。

　　幾種特殊的應變計：

　　為了適應工程實際和某些力學實驗的需求，還有一些特殊形狀的應變計，主要有以下幾種形式：

　　1.裂紋擴展應變計

　　裂紋擴展應變計的敏感柵是由平行柵條組成。用于斷裂力學實驗時，檢測構件在載荷作用下裂紋擴展的過程及擴展的速率(如圖2-9)。實驗時粘貼在構件裂紋尖端處，隨著裂紋的擴展，柵條依次被拉斷，應變計的電阻逐級增加。根據事先作出的斷裂順序與電阻變化曲線，可推斷裂紋的擴展情況。若同時記錄各柵條斷裂時間，即可算出裂紋的擴展速率。

　　2.疲勞壽命計

　　疲勞壽命計的敏感柵是由經過退火處理的康銅箔制成，夾在兩層浸過環氧樹脂的玻璃纖維布中間形成。當應變計粘貼在承受交變載荷的構件上時，應變計絲柵在交變載荷作用下發生冷作硬化，而使電阻發生變化，電阻變化值與交變應力的大小、循環次數成比例，通常可用實驗方法來建立經驗公式。使用時可由電阻變化來推算交變應變的大小及循環次數，從而預測構件的疲勞壽命。

　　3.大應變量應變計

　　用于量測5～20%大應變或超彈性范圍應變用的，如圖2-10。為避免絲柵與粗引線間的應力集中，中間采用細引線過渡。箔式應變計的引線應彎成弧形，然后再焊接，敏感柵是由經過獲得大變形及退火處理的康銅制成，基底可用浸過增塑劑的紙(應變5～12%)或聚蹴亞胺(應變20%)，粘結劑可用環氧樹脂，聚氨脂填加增塑劑制成。這種應變計受壓時敏感柵會發生軸向屈曲，故承受的拉應變遠大于壓應變。因此，當用于交變應變量測時，量測范圍不應超過容許的壓應變界限。

　　4.雙層應變計

　　在進行薄殼、薄板應變的測量時，需要在殼和板的內、外表面對稱貼片。而對于體積小或密封的結構在內表面貼片幾乎是無法進行的，雙層應變計為解決這些問題提供了條件。在不太厚的塑料上、下表面粘貼應變計，并在應變計表面涂環氧樹脂保護層。使用時將此雙層應變計粘貼在被測構件的外表面，利用彎曲應變線性分布及軸向應變均勻分布特點，同時測出彎曲及軸向應變。

　　5.防水應變計

　　在潮濕環境或水下，特別在高水壓作用下，應采用防水應變計。常溫短期水下應變量測可在箔式應變計表面涂防護層(如水下環氧樹脂)。長期量測可用熱塑方法將應變計夾在兩塊薄塑料板中間，或采用防水、防霉、防腐蝕的特種膠材料作為應變計的基底和覆蓋層制成防水應變計。

　　6.屏蔽式應變計

　　屏蔽式應變計的上、下兩面均有銅箔構成屏蔽層，常用于電流變化幅度大的環境中的應變測量，如在電焊機旁或電氣化機車軌道應變的量測。在強磁場中，若采用鎳鉻敏感材料，可減小磁致效應。

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