現代工業的神經元細胞

摘 要:通過對電測技術的論述，初步闡述了電阻應變片的工作原理，使人們深刻的認識到作為現在工業的神經元細胞的電阻應變片，會在人們生活和工作中應用越來越廣泛、越來越重要。

關鍵詞:應變 電阻應變計 敏感柵

中圖分類號:TP212文獻標識碼:A 文章編號:1674-098X(2012)07(a)-0101-01

當你走進現代化的試驗室，一個個大型的構件表面布滿了一個個小巧的測量元件，在構件受到力的作用時，測量儀器上很靈敏的測出構件上每個部位的輕微變化時，當裝滿貨物的卡車通過汽車衡很方便的稱量出所載貨物的重量的時候，當你看到一個個小巧的機器人靈活的運轉著小小的身軀，等等。你可曾想到這些使用方便便捷的儀器里使用了什么元件，如此輕松的改變了我們的生活。這就是電阻應變計，通過惠斯通電橋，精確地計量出我們所需要的每一個數值，也可以這么說，是電阻應變計改變了我們的生活，成了現代工業中最小的神經元。

1 什么是電阻應變計

電阻應變計(resistance strain gage)能將工程構件上的應變，即尺寸變化轉換成為電阻變化的變換器(又稱電阻應變片)，簡稱為應變計。一般由敏感柵、引線、粘結劑、基底和蓋層組成。

將電阻應變計安裝在構件表面，構件在受載荷后表面產生的微小變形(伸長或縮短)，會使應變計的敏感柵隨之變形，應變計的電阻就發生變化，其變化率和安裝應變計處構件的應變ε成比例。測出此電阻的變化，即可按公式算出構件表面的應變，以及相應的應力。敏感柵的柵長一般為 0.2～100mm，電阻為60～1000Ω(最常用的為120Ω和350Ω)，測量范圍為幾微應變至數萬微應變(με，1微應變=10-6mm/mm)。

按敏感柵的材料，電阻應變計分為絲式片和箔式片兩類。

1.1 絲式應變計

這種應變計的敏感柵最常見的有絲繞式和短接線式兩種。①絲繞式的敏感柵由金屬絲連續繞制而成，一般選用直徑為0.015～0.05mm的金屬絲。端部是半圓形。安裝了應變計的構件表面如果出現了兩個方向的應變，此圓弧端不僅產生縱向應變，還產生橫向應變(橫向效應)。為使測量精度準確可靠，應考慮橫向效應的影響并進行修正。②短接線式的敏感柵采用較粗的橫絲，將平行排列的一組直徑為0.015～0.05mm的金屬縱絲交錯連接而成，端部是平直的。它的橫向效應很小，耐疲勞性卻差于絲繞式。

1.2 箔式應變計

這種應變計的敏感柵是金屬箔采用刻圖、制版、及腐蝕等工藝過程制成。金屬箔的厚度一般為0.002～0.005mm。這種方法便于制出多種形狀和尺寸的應變計。箔柵優點:①箔柵薄，有利于變形傳遞，測量精度高;②橫向端部可制成較寬的柵條，減小橫向效應;③制造柵長很小的應變計;④可成批生產。因此，在各個測量領域中得到廣泛的應用。

2 電阻應變計的工作系統

電阻應變儀采用電橋或電位差計的測量線路，將電阻應變計的電阻變化轉換為電壓(或電流)的變化，并經放大后輸出一般應變測量技術應變測量技術可分為靜態應變測量和動態應變測量兩類。

2.1 靜態應變測量工作過程

應用電阻應變計測量常溫下的靜態應變時，可達到較高的靈敏度和精度，其最小應變讀數為1微應變，一般精度為1%～2%，應變測量范圍從1微應變到2萬微應變，特殊的大應變電阻應變計可測到結果為20％的應變值。常溫箔式電阻應變計柵長可短到0.178mm，適于測量應力梯度較大的構件的應變。采用應變花，可方便地測定平面應變狀態下構件上一點的應變。多點巡回的測量裝置，可在數分鐘內自動記錄上千個應變數據。如果采用存儲器，由于每秒可存儲數萬個數據，適合測量測點較多的大型構件的應變。

環境溫度變化時，安裝在可自由膨脹的構件上的電阻應變計，由于敏感柵的電阻溫度效應，以及敏感柵和被測構件材料的線脹系數不同，電阻應變計的電阻將發生變化，溫度的變化使電阻應變計產生的指示應變值，稱為熱輸出(或稱視應變)，它和所需測定的應變無關，必須消除。消除的方法:①采用補償塊線路補償法。在一塊和構件材料相同但不受力的補償塊上，安裝一個和工作電阻應變計的規格性能相同的電阻應變計(稱為補償應變計)，將補償塊和構件置于溫度相同的環境中，并將工作應變計和補償應變計分別接入電橋的相鄰橋臂，利用惠斯頓電橋特性消除熱輸出。②采用特殊的溫度自補償應變計。③采用熱輸出曲線修正法，將和工作應變計規格性能相同的應變計，安裝在材料和被測構件相同的試件上，在和實測相似的熱循環情況下，測取應變計的熱輸出和溫度的關系曲線。在現場測量應變的同時，測定相應的溫度。根據上述曲線對測得的應變數據進行修正。④采用溫差電偶補償法。在直流的電橋電路中，用溫差電偶的熱電動勢將熱輸出的電壓變化預先抵消。一般在常溫條件下測量應變時，采用第一種方法;在高溫或低溫條件下測量應變時，采用第一、第二或第四種方法，也可在用第二種方法之后，再用第三種方法將前法測得的應變數據修正。

另外，在使用長導線及與電阻應變儀的電阻不匹配或靈敏系數不相同的應變計時，對測量結果要進行修正。

2.2 動態應變測量工作過程

電阻應變計的頻率響應時間約為10s，半導體應變計可達10-11s，構件應變的變化幾乎立即傳遞給敏感柵，但由于應變計有一定柵長，當構件的應變波沿柵長方向傳播時，應變計的瞬時應變讀數為應變波在柵長間距內的應變平均值。這會給測量結果帶來誤差。假設應變波為正弦波，其傳播速度與聲波在材料中傳播速度相同，若采用柵長1mm的應變計對鋼構件進行測量，則當應變頻率達25萬赫時，應變測量誤差小于2％。一般機械的應變頻率都不超過25萬赫，應變測量誤差也不超出上值。高頻應變測量的范圍，主要受電阻應變儀和記錄器的限制，在測量動態應變時，要根據被測應變的頻率，對應變計進行動態標定及選擇合適的電阻應變儀和記錄器。對于隨機應變信號，采用數據處理裝置，可大大減少整理工作的時間。

電阻應變計被黏貼在所測的構件上，和外力同步，準確地測出我們所需要的量，形象的稱之為神經元細胞并不為過，我相信在以后的科技發展中，電阻應變計還將發揮更大的作用。

參考文獻

[1] 電阻應變儀測試技術.北京:科學出版社.1980.