应变规的原理和构造.doc

主題 : 應變規的原理和構造說明 : 應變規的原理應變規是利用金屬導線電阻值的改變來量測應變量。我們先研究當施于應變時，應變規電阻值將會如何改變。 圖2-1表示應變規金屬導線的一小段。l 表示未受力前的長度，其電阻值為R。假使這導線被均勻的接長如虛線所示，其長度改變成 l + l，電阻值變成 R+R電阻值R由以下公式得到A：導線的截面積 ：導線的電阻係數將2-1微分可得2-2，即為單位電阻的改變率由圖2-1，圓形截面積箔狀應變規的截面四方形，其截面積是A=btb：四方形的寬度t：箔的厚度假如圖2-1的導線 l 因受到外來的應變而伸長，使得直徑d亦減少為d(Poissons ratio效應)，因此假如是四方形截面時，則為因此兩條方程式是相同的，將其代入2-2可得假如電阻係數的改變是正比於材料體積的改變，這定理被考慮進去的話，則圖2-1，導線可求出如下：箔狀材料亦可通用此公式，由(2-3),(2-4),(2-5)可得m：是(2-4)的常數，能由實驗求得此一常數的值，大部份應變規所用的電阻材枓是銅鎳合金(Copper-nickel)其m1所以(2-6)等於2(2-7)所導出的值叫做金屬材料的應變靈敏度(STRAIN SENSITIVITY)通常用記號K表示(Gege Factor)由於K值是由應變規所採用的電阻值材料來決定，(2-7)可重寫如下：這代表應變規電阻值的改變是和受測物體的應變大小成正比的關係。不管應變大小K值是保持常數的。當應變規是採半導體電阻材料取代金屬電阻材料時，其K值是和金屬材料不相同的。應變規用來量測應變的元件是使用電阻材料作成柵欄狀或箔材狀以使得在一很小的區域中，其電阻值為120或其他大小。由於電阻材料的不同，其對應變的靈敏度亦稍有不同。如圖2-2 應變規的構造圖2-3表示典型的應變規構造。一片厚度只有10-6m的金屬電阻箔片被黏著在絕緣材料上(Base) ，然後依照所需要的形狀將箔片上多餘的金屬電阻用光蝕的方法除去，再連接導線。通常應變規是設計為120，但近年來350，500，1000亦有生產。如上所述，應變規的電阻值會隨應變而改變，但亦會隨溫度而有所改變。所以必須運用量測方法排除溫度效應。最近大部份的應變規皆具有本身溫度補償的功能以減低溫度效應的影響。這種應變規被叫做SELCOM gages。他們的外觀形狀和構造和一般目的應變規幾乎完全一樣。應變規的種類依照使用者的目的、大小及材質可將應變規分成許多類一般是依照如下的方式來分類： 以電阻材料來分類線狀Gage 半導體Gage（單晶半導體）蒸鍍Gage（半導體，金屬的蒸鍍） 以底材(Base)來分類紙Gage 電木GagePhester GagePolyimide Gage其他（特殊目的） 以Gage長度來分類0.2mm120mm 以形狀來分類單軸Gage 多軸Gage（Rosette Gage）特殊形狀Gage 以使用目的來分類高溫Gage 低溫Gage大應度Gage防水Gage應變規的一般性能 1. 非直線性由於種類、形狀、大小和構造的不同，應變規的線性會有稍微的差異，但當應變量介於3000 及400010-6時，其非直線性大約只有1%而己，通常當應變達到10,000及30,00010-6時，應變規會斷掉或剝落。2. Gage電流當用120 Gage時，其電橋所能施加的最大電壓是5V，350 Gage時是14V。3. 頻率反應用應變規量測動態現象時，應變是經由黏著劑及底座傳到應變規，因為傳遞的速度很快所以不會有任何問題。根據實驗應變規長度為10mm時可量測到170KHz，3mm時則可量到360KHz 的現象。4. 疲勞當應變量很大且快時，可能引起應變規