應變效應

1、電阻值將發生變化這種現象稱為“應變效應”.根據應變效應將應變片粘貼於被測材料上被測材料受到外界作用產生的應變就會傳送到應變片上使應變片的電阻值發生變化通過測量應變片電阻值的變化就可得知被測機械量的大小。

應變效應應用範圍十分廣泛，可測量應變、應力、力矩、位移、加速度、扭矩等物理參量。電阻式應變片應用模式有兩種，一是將應變片粘貼於彈性剛體上組成平衡電橋，然後接到轉換電路，構成專用應變感測器；二是將應變片粘貼於被測物體上，然後接到專用應變儀直接讀取應變數。

1.專用應變感測器的應用

1)應變式力感測器

應變式力感測器結構見圖14-6。兩種應變式力感測器均為一端固定，一端為自由的彈性敏感裝置，當有力作用其上時，敏感裝置受力發生蠕變。測量前平衡電橋的四組應變片已做調零處理。受力蠕變時平衡條件被破壞，使輸出電壓或電流產生躍變，其躍變值直接反映受力大小。

2)應變式加速度感測器

應變式加速度感測器結構如圖14-7所示。將感測器固定於被測體上，當被測體發生水平加速度α時，因慣性質量塊將產生與加速度方向相反的力F，該力使支撐梁彎曲，梁的表面發生蠕變，致使組成平衡電橋的應變片阻值發生變化。結果同力感測器一樣，使輸出電壓或電流產生躍變，其躍變值直接反映加速度的大小。

3)應變式扭矩感測器

應變式扭矩感測器結構見圖14-8。

使機械部件轉動的力矩稱為轉動力矩，任何轉動部件在轉動力矩的作用下，都會產生不同程度的扭曲變形，尤其是表面蠕變，所以一般也稱轉動力矩為扭矩。圖14-8中捲筒扭矩的大小用T=FD/2來表示。當轉動軸表面產生蠕變時，也會使組成平衡電橋的電阻應變片阻值發生變化，同理輸出電壓或電流產生躍變，其躍變值直接反映扭矩的大小。

4)壓阻式壓力感測器

一體化壓阻式壓力感測器是利用半導體材料的壓阻效應和集成工藝研發出的一種固態感測器，它沒有可動部件。壓變片採用矽片光刻製成，平衡電橋及輸出放大電路均密封在保護殼體中，所以也稱固態感測器。它在工業測量中多用於與應變有關的力、重力、壓力、壓差、液位、真空度等物理參數的測量。

壓阻式壓力感測器的結構見圖14-9。方形虛線區為固態感測器的壓力承受區，也是感測器的核心部分，它採用光刻技術在單晶硅膜片上製成四個等值電阻，並組成平衡全橋。壓阻R2、R4距受壓中心較近，且長邊受壓，它們所感受的應變應為正值(拉應變)；壓阻R1、R3距受壓中心較遠，且短邊受壓，它們所感受的應變應為負值(壓應變)。與上述原理一樣，當固態感測器中心受壓時，也會造成電橋平衡破壞，其輸出電壓直接反映受壓值的大小。

壓阻式固態感測器可以測量儲罐液位見圖14-10。

測量時將重鎚落在基準板上，此時的液位視值應為PI=H1pg。p為被測介質混合密度；g為重力加速度；P1為所測介質重力。

將P1=Hlpg整理代人H =H1+H2式，有：

這種投入式液位計可測範圍較寬，並且不受被測介質性質的影響，測量準確度與混合密度p和被測介質是否靜止有關。

研究 "應變效應" 相關問題的主要學者

陳曼徠娥、王慶松、蔣曉江、何明利、許志強、王景周、楊冰、趙永翔、白象忠、譚文鋒。

出版 "應變效應" 相關文獻的期刊

廈門大學學報、解放軍醫學雜誌、物理學報、半導體學報、感測技術學報、地震、核動力工程、

中風與神經疾病雜、電子學報、中國危重病急救醫。