应变片的工作原理

    导体或半导体材料在外界作用下 （如压力等），会产生机械变形，其电阻值也将随着发生变化，这种现象称为应变效应。

    如图2－6所示，以金属丝应变片为例分析这种应变效应。

    金属丝应变片的电阻R可表示为

    （2.3）

    式中 R——金属丝电阻值，Ω；

    ρ——金属丝的电阻率，

    l——金属丝的长度，m；

    A——金属丝的截面积，mm2。

    图2－6 金属丝电阻应变片的结构

    1—焊接点；2—引出线；3—覆盖层；4—基片；5—电阻丝

    如果对整条金属丝长度方向作用均匀力时，由于ρ、l、A的变化会引起电阻的变化。

    实验证明，电阻丝及应变片的电阻相对变化量ΔR／R与材料力学中的轴向应变εx的关系在很大范围内是线性的，即≈Kεx（2.4）

    式中 K——电阻应变片的灵敏度。

    对于不同的金属材料，K略微不同，一般为2左右。而对半导体而言，由于其感受应变时，电阻率ρ会产生很大的变化，所以灵敏度比金属材料大几十倍。

    在材料力学中，εx＝Δl／l称为电阻丝的轴向应变，也称为纵向应变；εy＝Δr／r称为电阻丝的径向应变，且εy＝－μεx，μ为金属材料的泊松比。εx是量纲为1的数，通常很小，常用10－6表示之。例如，当εx为0.000001时，在工程中常表示为1×10－6或μm／m。在应变测量中，也常将之称为微应变 （με）。

    对金属材料而言，当它受力之后所产生的轴向应变最好不要大于1×10－3，即1000μm／m，否则有可能超过材料的极限强度而导致断裂。

    由材料力学可知，εx所以ΔR／R又可表示

    如果应变片的灵敏度K和试件的横截面积A以及弹性模量E均为已知，则只要设法测出ΔR／R的数值，即可获知试件受力F的大小。