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1、主題 : 應變規的原理和構造說明 :MttalResistivity (X1QJ fijn)Aluminum59GoM2ASilverL6Tua(piea5JIroci9.8Nickel72Plaunum10.621應變規的原理 應變規是利用金屬導線電阻值的改變來量測應變量。我們先研究當施于應變時，應變規電阻 值將會如何改變。2-1各ate膺的笔阻诵ftt圖2-1表示應變規金屬導線的一小段。1表示未受力前的長度，其電阻值為R。假使這導線 被均勻的接長如虛線所示，其長度改變成1 + 】，電阻值變成R+AR電阻值R由以下公式得到R =叹(2-1 )A：導線的截面積p:導線的電阻係數將 2-1 微分
2、可得 2-2，即為單位電阻的改變率由圖2-1,圓形截面積箔狀應變規的截面四方形，其截面積是A=bxtb：四方形的寬度t：箔的厚度假如圖2-1的導線1因受到外來的應變而伸長，使得直徑d亦減少為d(Poissons ratio效應), 因此假如是四方形截面時，則為处 旅7 /一 d Li v = Poisons ratio因此兩條方程式是相同的，將其代入2-2可得假如電阻係數P的改變是正比於材料體積的改變，這定理被考慮進去的話，則圖2-1,導線 Y可求出如下:箔狀材料亦可通用此公式，由(2-3),(2-4),(2-5)可得晋/严门斗 2 y)4-m(l - 2 p) =( 1 +&)+ 2 吭 1
3、 一屛 27】m： 是(2-4)的常數，能由實驗求得此一常數的值，大部份應變規所用的電阻材枓是銅一鎳合金(Copper-nickel)其 m=1 所以(2-6)等於 2(2-7)所導出的值叫做金屬材料的應變靈敏度(STRAIN SENSITIVITY)通常用記號K表示 (Gege Factor)由於K值是由應變規所採用的電阻值材料來決定，(2-7)可重寫如下：這代表應變規電阻值的改變是和受測物體的應變大小成正比的關係。不管應變大小 K 值是 保持常數的。當應變規是採半導體電阻材料取代金屬電阻材料時，其 K 值是和金屬材料不相同的。應變 規用來量測應變的元件是使用電阻材料作成柵欄狀或箔材狀以使得
4、在一很小的區域中，其電阻值 為120Q或其他大小。由於電阻材料的不同，其對應變的靈敏度亦稍有不同。如圖2-2Buc lenfthGrid widthStrain GagesHaje HruitivE foilFig2-2Fig.2-3 Gage ConstructionFoil G 仲2-2應變規的構造圖 2-3 表示典型的應變規構造。一片厚度只有 10-6m 的金屬電阻箔片被黏著在絕緣材料上 (Base) ，然後依照所需要的形狀將箔片上多餘的金屬電阻用光蝕的方法除去，再連接導線。通 常應變規是設計為120Q，但近年來350Q, 500Q, 1000Q亦有生產。如上所述，應變規的電阻 值會隨應
5、變而改變，但亦會隨溫度而有所改變。所以必須運用量測方法排除溫度效應。最近大部 份的應變規皆具有本身溫度補償的功能以減低溫度效應的影響。這種應變規被叫做 SELCOM gages。他們的外觀形狀和構造和一般目的應變規幾乎完全一樣。23應變規的種類依照使用者的目的、大小及材質可將應變規分成許多類一般是依照如下的方式來分類： 以電阻材料來分類線狀Gage半導體Gage (單晶半導體) 蒸鍍Gage (半導體，金屬的蒸鍍) 以底材(Base)來分類一紙Gage電木 Gage Phester GagePolyimide Gage其他(特殊目的) 以Gage長度來分類0.2mm120mm 以形狀來分類單軸
6、 Gage多軸 Gage( Rosette Gage) 特殊形狀 Gage 以使用目的來分類高溫 Gage低溫 Gage 大應度 Gage 防水 Gage24應變規的一般性能1. 非直線性由於種類、形狀、大小和構造的不同，應變規的線性會有稍微的差異，但當應變量介於3000及4000x10-6時，其非直線性大約只有1%而己，通常當應變達到10,000及30,000X10-6時，應變規會斷掉或剝落。2. Gage 電流當用120Q Gage時，其電橋所能施加的最大電壓是5V, 350Q Gage時是14V。3. 頻率反應用應變規量測動態現象時，應變是經由黏著劑及底座傳到應變規，因為傳遞的速度很快所以不會有任何問題。根據實驗應變規長度為10mm時可量測到170KHz, 3mm時 則可量到 360KHz 的現象。4. 疲勞 當應變量很大且快時，可能引起應變規電阻值的增加，或電阻之元件和導線的斷掉 或剝落，使得應變規無法再動作，這就叫疲勞。它跟應變的型態，週期和應變規的種類、 形狀、大小有關係。一般是 105 Cycles。
