電阻應變計的分類

圖2-3絲繞式應變計 圖2-4短接式應變計
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(shù)很小 (0.1％)，這是短接式應變計的最大優(yōu)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。
2.3.2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（見圖2-5）?；资窃诓牧硪幻嫱可蠘渲z，經(jīng)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(yōu)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(tài)與試件表面的應變狀態(tài)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?。?BR>4. 箔式片能保證尺寸準確，線條均勻，故靈敏系數(shù)分散性??；
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(chǎn)，生產(chǎn)效率高。
由于箔式應變計具有以上諸多優(yōu)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。

(a)單軸的 (b)測扭矩的 (c)多軸的(應變花)
圖2-5 金屬箔式應變計
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(見圖2-3、圖2-4)。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，如圖2-6所示。這種應變計可方便地測量構件表面的應變梯度。

(a)平行軸多柵 (b)同軸多柵
圖2-6單軸多柵應變計
（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(tài)下構件上某一點處的應變。

（a）二軸90o （b）三軸45o （c）三軸60o （d）三軸120o
圖2-7應變花
2.3.3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(fā)、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(tài)支撐物（即基底）上所形成的薄膜固體材料。其厚度約在數(shù)十埃至數(shù)微米之間。薄膜若按其厚度可分為非連續(xù)金屬膜、半連續(xù)膜和連續(xù)膜。
薄膜應變計的制造主要是成膜工藝，如濺射、蒸發(fā)、光刻、腐蝕等。其工藝環(huán)節(jié)少，工藝周期較短，成品率高，因而獲得廣泛的應用。

2.3.4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(fā)生變化，這種性質稱為壓阻效應。

2.3.5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(jù)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(jīng)過退火處理的康銅箔制成，夾在兩層浸過環(huán)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(fā)生冷作硬化，而使電阻發(fā)生變化，電阻變化值與交變應力的大小、循環(huán)次數(shù)成比例，通?？捎脤嶒灧椒▉斫⒔?jīng)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(huán)次數(shù)，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(jīng)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(huán)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(fā)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(huán)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(huán)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(huán)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(huán)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。