from Binsfeld

應(yīng)變計傳感器通常由于其靈敏度而成為非常有用的測量工具。應(yīng)變計通常用作精密稱重傳感器中的傳感元件，精密稱重傳感器是可用的最精確的“負(fù)荷”測量儀器。

使用應(yīng)變計的另一個好處是，它們可以應(yīng)用于任何軸，而無需對軸進(jìn)行改造。但是，應(yīng)變計到底是什么？它們?nèi)绾喂ぷ鳎恳嬲私馐裁词菓?yīng)變計以及它的測量方法，首先必須對應(yīng)變有一個清晰的定義，這一點很重要。

什么是應(yīng)變？

當(dāng)將外力（例如壓力，旋轉(zhuǎn)力，熱力等）施加到靜止物體上時，會產(chǎn)生應(yīng)力和應(yīng)變。應(yīng)變是發(fā)生的物理位移和變形，而應(yīng)力則定義為對象的內(nèi)部抵抗力。應(yīng)變可以是正的（由于物體的伸長）或負(fù)的（由于物體的收縮而壓縮）。圖1顯示了一個力感應(yīng)正應(yīng)變的簡單示例。當(dāng)力拉矩形塊時，它會變長。

圖1.正應(yīng)變

什么是應(yīng)變計？

應(yīng)變計可測量給定物體上的應(yīng)變量。在最基本的形式下，應(yīng)變計將尺寸變化轉(zhuǎn)換為電阻變化。機(jī)械應(yīng)變與電阻的比率稱為應(yīng)變系數(shù)，并且特定于所使用的應(yīng)變計的類型/批次。應(yīng)變計可用于感知膨脹和收縮，并產(chǎn)生正或負(fù)信號以區(qū)分兩者。

應(yīng)變計如何工作？

通常，應(yīng)變計利用非常細(xì)的金屬絲或金屬箔以網(wǎng)格圖案布置。應(yīng)變儀金屬柵的電阻與物體承受的應(yīng)變量成正比，從而為操作員提供了清晰，準(zhǔn)確的應(yīng)變測量值，例如，物品被拉伸或扭曲了多少。

應(yīng)變計有多種不同的形狀，尺寸和樣式，這取決于所測量的參數(shù)。為扭矩測量而設(shè)計的應(yīng)變儀如下所示。

圖2.扭矩應(yīng)變計的示例。

應(yīng)變計如何感測扭矩

設(shè)計用于扭矩測量的應(yīng)變計使用惠斯通電橋模式，該模式是一個四元件電路，以菱形示意圖形式配置。

圖3.惠斯通電橋圖。

將激勵電壓（Vex）施加到量具，并測量感測電壓（Vo）作為來自量具的輸出。隨著每個臂的電阻變化（由于感應(yīng)應(yīng)變），輸出電壓也會根據(jù)以下公式變化：

輸出電壓測量值（Vo）可以通過包括軸屬性的計算或自重校準(zhǔn)與扭矩讀數(shù)相關(guān)聯(lián)。

在測量軸上的扭矩時，至關(guān)重要的是安裝扭矩模式應(yīng)變計，以捕獲惠斯通電橋四個活動臂上的最大應(yīng)變。正確安裝后，惠斯通電橋的兩個臂承受最大拉伸應(yīng)變，而另兩個臂承受最大壓縮應(yīng)變。來自應(yīng)變測量的電阻值是用來得出上面計算出的電壓（最終是扭矩）值的值。

圖4.應(yīng)變計如何感測扭矩。

由于應(yīng)變儀直接安裝在物體或試樣上，因此在測量旋轉(zhuǎn)軸上的扭矩時，它們可以提供非常精確的實時結(jié)果。值得注意的是，應(yīng)變計的安裝非常簡單，盡管對正確完成安裝的測量至關(guān)重要。

原文翻譯：https://binsfeld.com/what-is-a-strain-gage-and-how-does-it-work/