from Binsfeld

應(yīng)變計(jì)傳感器通常由于其靈敏度而成為非常有用的測(cè)量工具。應(yīng)變計(jì)通常用作精密稱重傳感器中的傳感元件，精密稱重傳感器是可用的最精確的“負(fù)荷”測(cè)量?jī)x器。

使用應(yīng)變計(jì)的另一個(gè)好處是，它們可以應(yīng)用于任何軸，而無(wú)需對(duì)軸進(jìn)行改造。但是，應(yīng)變計(jì)到底是什么？它們?nèi)绾喂ぷ鳎恳嬲私馐裁词菓?yīng)變計(jì)以及它的測(cè)量方法，首先必須對(duì)應(yīng)變有一個(gè)清晰的定義，這一點(diǎn)很重要。

什么是應(yīng)變？

當(dāng)將外力（例如壓力，旋轉(zhuǎn)力，熱力等）施加到靜止物體上時(shí)，會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力和應(yīng)變。應(yīng)變是發(fā)生的物理位移和變形，而應(yīng)力則定義為對(duì)象的內(nèi)部抵抗力。應(yīng)變可以是正的（由于物體的伸長(zhǎng)）或負(fù)的（由于物體的收縮而壓縮）。圖1顯示了一個(gè)力感應(yīng)正應(yīng)變的簡(jiǎn)單示例。當(dāng)力拉矩形塊時(shí)，它會(huì)變長(zhǎng)。

圖1.正應(yīng)變

什么是應(yīng)變計(jì)？

應(yīng)變計(jì)可測(cè)量給定物體上的應(yīng)變量。在最基本的形式下，應(yīng)變計(jì)將尺寸變化轉(zhuǎn)換為電阻變化。機(jī)械應(yīng)變與電阻的比率稱為應(yīng)變系數(shù)，并且特定于所使用的應(yīng)變計(jì)的類型/批次。應(yīng)變計(jì)可用于感知膨脹和收縮，并產(chǎn)生正或負(fù)信號(hào)以區(qū)分兩者。

應(yīng)變計(jì)如何工作？

通常，應(yīng)變計(jì)利用非常細(xì)的金屬絲或金屬箔以網(wǎng)格圖案布置。應(yīng)變儀金屬柵的電阻與物體承受的應(yīng)變量成正比，從而為操作員提供了清晰，準(zhǔn)確的應(yīng)變測(cè)量值，例如，物品被拉伸或扭曲了多少。

應(yīng)變計(jì)有多種不同的形狀，尺寸和樣式，這取決于所測(cè)量的參數(shù)。為扭矩測(cè)量而設(shè)計(jì)的應(yīng)變儀如下所示。

圖2.扭矩應(yīng)變計(jì)的示例。

應(yīng)變計(jì)如何感測(cè)扭矩

設(shè)計(jì)用于扭矩測(cè)量的應(yīng)變計(jì)使用惠斯通電橋模式，該模式是一個(gè)四元件電路，以菱形示意圖形式配置。

圖3.惠斯通電橋圖。

將激勵(lì)電壓（Vex）施加到量具，并測(cè)量感測(cè)電壓（Vo）作為來(lái)自量具的輸出。隨著每個(gè)臂的電阻變化（由于感應(yīng)應(yīng)變），輸出電壓也會(huì)根據(jù)以下公式變化：

輸出電壓測(cè)量值（Vo）可以通過(guò)包括軸屬性的計(jì)算或自重校準(zhǔn)與扭矩讀數(shù)相關(guān)聯(lián)。

在測(cè)量軸上的扭矩時(shí)，至關(guān)重要的是安裝扭矩模式應(yīng)變計(jì)，以捕獲惠斯通電橋四個(gè)活動(dòng)臂上的最大應(yīng)變。正確安裝后，惠斯通電橋的兩個(gè)臂承受最大拉伸應(yīng)變，而另兩個(gè)臂承受最大壓縮應(yīng)變。來(lái)自應(yīng)變測(cè)量的電阻值是用來(lái)得出上面計(jì)算出的電壓（最終是扭矩）值的值。

圖4.應(yīng)變計(jì)如何感測(cè)扭矩。

由于應(yīng)變儀直接安裝在物體或試樣上，因此在測(cè)量旋轉(zhuǎn)軸上的扭矩時(shí)，它們可以提供非常精確的實(shí)時(shí)結(jié)果。值得注意的是，應(yīng)變計(jì)的安裝非常簡(jiǎn)單，盡管對(duì)正確完成安裝的測(cè)量至關(guān)重要。

原文翻譯：https://binsfeld.com/what-is-a-strain-gage-and-how-does-it-work/