from Binsfeld

應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“負荷”測量儀器。

使用應變計的另一個好處是，它們可以應用于任何軸，而無需對軸進行改造。但是，應變計到底是什么？它們如何工作？要真正了解什么是應變計以及它的測量方法，首先必須對應變有一個清晰的定義，這一點很重要。

什么是應變？

當將外力（例如壓力，旋轉力，熱力等）施加到靜止物體上時，會產生應力和應變。應變是發生的物理位移和變形，而應力則定義為對象的內部抵抗力。應變可以是正的（由于物體的伸長）或負的（由于物體的收縮而壓縮）。圖1顯示了一個力感應正應變的簡單示例。當力拉矩形塊時，它會變長。

圖1.正應變

什么是應變計？

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

應變計如何工作？

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

應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。為扭矩測量而設計的應變儀如下所示。

圖2.扭矩應變計的示例。

應變計如何感測扭矩

設計用于扭矩測量的應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（由于感應應變），輸出電壓也會根據以下公式變化：

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與扭矩讀數相關聯。

在測量軸上的扭矩時，至關重要的是安裝扭矩模式應變計，以捕獲惠斯通電橋四個活動臂上的最大應變。正確安裝后，惠斯通電橋的兩個臂承受最大拉伸應變，而另兩個臂承受最大壓縮應變。來自應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.應變計如何感測扭矩。

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

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