变计的典型结构如图21所示。221敏感栅敏感栅是用合金丝或合金箔制成的栅。它能将被测构件表面的应变转换为电阻相对变化。由于它非常灵敏,故称为敏感栅。它由纵栅与横栅两部分组成,纵栅的中心线称为应变计的轴线。敏感栅的尺寸用栅长L(横栅为圆弧形时,指两端圆弧内侧之间的距离;横栅为直线形时,则为两端横栅内侧之间的距离)和栅宽B(在与纵轴垂直的方向上,敏感栅外侧之间的距离)表示,参见图22。栅长尺寸一般为02100毫米。
敏感栅是电阻应变计的核心组成部分,它的特性对于电阻应变计的性能有决定性的影响。为了改善电阻应变计的性能,人们探索了多种材料的应变-电阻特性,从而发展了敏感栅材料,包括金属、半导体和金属氧化物等。目前常用的金属敏感栅材料主要有铜镍合金、镍铬合金、镍钼合金、铁基合金、铂基合金、钯基合金等。以金属材料为敏感栅的电阻应变计的灵敏系数大都在20~40间。硅、锗等半导体材料由于具有压阻效应,所有也被人们用作敏感栅的材料,以半导体材料为敏感栅的电阻应变计的灵敏系数大都在150左右,远高于以金属材料为敏感栅的电阻应变计。
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f应变计的灵敏系数应变计的灵敏系数是指:当应变计粘贴在处于单向应力状态的试件表面上,且其纵向敏感栅纵线方向与应力方向平行时,应变计的电阻变化率与试件表面贴片处沿应力方向的应变即沿应变计纵向的应变的比值,即
式中,为应变计的灵敏系数;为试件表面测点处与应变计敏感栅纵线方向平行的应变;KεΔRR为由ε所引起的应变计电阻的相对变化。应变计的灵敏系数主要取决于敏感栅材料的灵敏系数,但两者又不相等,这主要有两个原因:以丝式应变计为例,由于横栅的存在,使制成敏感栅之后的灵敏系数小于丝材的灵敏系数,差别的大小与敏感栅的结构型式和几何尺寸有关;试件表面的变形是通过基底和粘结剂传递给敏感栅,由于端部过渡区的影响又使应变计的灵敏系数小于敏感栅的灵敏系数,此差数不仅与基底和粘结剂的种类及其厚度有关,还受粘结剂的固化程度以及应变计安装质量的影响。因此,应变计的灵敏系数是受多种因素影响的综合性指标,它不能通过理论计算得到,而是由生产厂家经抽样在专门的设备上进行标定试验来确定的。并于包装上注明其平均名义值和标准误差。常用的应变计灵敏系数为2024。
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