应变计是什么?应变计如何工作?

应变计是什么?

长度、位移、重量等一些感官容易感觉到的参数往往很容易测量。然而，测量力、应力和应变等不能被任何仪器直接感知的尺寸是非常困难的。在这种情况下，一种叫做应变计的特殊装置是非常有用的。

有些材料的电阻在施加应变或拉伸时发生变化，这种电阻变化很容易测量。为了施加应变，需要施加力，因此可以校准材料电阻的变化，以测量施加的力。因此，电阻因施加的应变或力而变化的装置称为应变计。

应变计的工作原理

当力施加在任何金属丝上时，它的长度由于应变而增加。施加的力越大，应变越大，钢丝长度的增加也越大。若L1为钢丝的初始长度，L2为施力后的最终长度，则应变为:

ε= (L2-L1) / L1

此外，随着拉伸钢丝长度的增加，其直径减小。现在，我们知道导体的电阻是长度的反函数。随着导体长度的增加，其电阻减小。导体电阻的这种变化可以很容易地测量，并根据施加的力进行校准。因此，应变片可以用来测量力和相关参数，如位移和应力。应变片的输入和输出关系可以用量规因子或量规梯度表示，量规梯度定义为给定施加应变ε值下电阻R的变化。

应变片的材料

早期通常使用钢丝类型的应变计，现在由金属箔类型的应变计所取代，如下图所示。金属可以很容易地切割成锯齿形箔片，以形成应变计。用于应变计的最常用材料之一是铜镍锰合金，这种合金的商品名是Advance。一些半导体材料也可以用于制造应变片。

应变仪

应变计的应用

应变计主要有两个用途:

1. 应变测量:当任何材料受到高载荷时，它们都会产生应变，这可以很容易地用应变片测量。该应变还可用于构件的应力分析。

2. 测量其他量:由于施加的力导致的阻力变化的原理也可以校准以测量许多其他量，如力、压力、位移、加速度等，因为所有这些参数都是相互关联的。应变片可以感应小至5微米的位移。它们通常与风箱等机械传感器连接，用于测量压力、位移和其他量。

参考

1. 书:机械测量由托马斯g贝克威斯和N.刘易斯巴克。

2. 书:艾伦S.莫里斯的测量和仪器原理

图片由

1. 书:艾伦S.莫里斯的测量和仪器原理。图13.5