关键词：应变测试，应变片、Strain Gauge

导读

机械测试和测量中，我们需要了解一个物体对于力的作用所产生的形变。应变效应，即为材料由于受力所产生的变形，贴于其上的应变片的电阻值也会随着发生变化。此文将介绍应变片的基本结构，分类及其原理。

应变片的基本结构

图1为电阻丝应变片的结构示意图。电阻丝由直径为0.01～0.05mm的金属丝制成的，为了获得最大相对应方向的应变力，将其绕成栅状，称为敏感栅，并黏贴于绝缘的基底上。铜线与电阻丝的两端连接作为应变片引线，用来连接测量导线。敏感栅上面黏贴有保护作用的覆盖层。栅长乘以珊宽即为应变片的使用面积。应变片的规格一般以使用面积和电阻值表示，如3mm×20mm，120Ω。

应变片可分为金属式应变片和半导体式应变片两大类。

金属式应变片中，按照敏感栅的材料不同，分为丝式，箔式和金属膜式。

1. 丝式应变片：金属丝式应变片式用0.01-0.05mm的金属丝做敏感栅，有回线式和短接式两种。金属丝应变片蠕变较大，金属丝易脱落，但价格便宜。

2. 箔式应变片：金属箔式应变片是利用照相制版或光刻技术，将厚约为0.003-0.01mm的金属箔片制成敏感栅。箔式应变片于片基的接触面积大，散热好，蠕变较小，目前广泛使用。

3. 薄膜应变片：金属薄膜应变片式采用真空蒸发或真空沉积等方法，再薄的绝缘基底上形成厚度在0.1µm以下的金属电阻薄膜的敏感栅。优点式灵敏度大，允许电流密度大，工作范围广，可达-197 ~ 317℃。

半导体式应变片是将单晶硅锭切片、研磨、腐蚀压焊引线，最后粘贴在锌酚醛树脂或聚酰亚胺的衬底上制成的。是一种利用半导体单晶硅的压阻效应制成的一种敏感元件。半导体应变片与电阻应变片相比，具有灵敏系数高（约高 50～100倍）、机械滞后小、体积小、耗电少等优点。它的缺点是电阻和灵敏系数的温度系数大、非线性大和分散性大等。

应变片的原理

当应变片受到外力而产生形变时（拉伸或压缩），其电阻值R会随之增加或降低，借由此特性可以用来测量应力ε，应力ε与应变片电阻值R的变化量∆R的关系如下：

应变系数GF（Gauge factor)是表示应变片灵敏度的系数。用于一般应变片的铜镍合金和镍铬合金的应变系数GF大约为2。

参考

1. 应变片结构图来自网络：KYOWA technical

2. 贾民平，张洪亭 测试技术[M].第二版 高等教育出版社