應變計和壓力傳感器廣泛用于從靜態(tài)到動態(tài)的許多測量應用。例如，它們通常用于 重量測量的稱重傳感器內(nèi)部，以及某些類型的加速度計傳感器中。應變計傳感器用于測量：
? 拉緊
? 重量
? 力量
? 偏轉(zhuǎn)
? 振動
? 加載
? 扭矩
? 壓力
? 壓力。
簡而言之，它們用于 測量力。
應變計有時也稱為電阻應變計，或簡稱為電阻應變計。 Gage也可以拼寫為 gauge—— 這只是一個慣例問題，沒有什么區(qū)別。
但它們也用于高動態(tài)測量應用，由于被測機械物體的變形，它們的輸出波動很大。
想象一下一輛汽車以非常高的速度快速穿過比利時街區(qū)的車身面板?；蛘甙惭b在以數(shù)千轉(zhuǎn)/分鐘旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動軸上，并 隨著軸上的負載動態(tài)變化而受到拉力和扭轉(zhuǎn)。應變計有無數(shù)的 應用。
稱為“應變”的屬性被認為是物體長度變化與原始無應力長度的比率。
應變計傳感器（又名“應變片傳感器”）可以測量由外力引起的長度變化，并將其轉(zhuǎn)換為電信號，然后將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字值，進行顯示、捕獲和分析。這是有效的，因為應變計傳感器在拉伸或壓縮時會經(jīng)歷電阻變化。
應變計（ 又名“應變儀”）通過電阻的變化來測量應變。在單傳感器應變計中，金屬箔圖案安裝在柔性基板上，該基板還用于將金屬與被測物體絕緣。電流流過箔圖案。當被測物體在與箔圖案平行的軸上受到應力（即彎曲或扭曲）時，電阻會發(fā)生變化，該變化與偏轉(zhuǎn)量成比例。
典型的單箔應變計傳感器
當導體被拉伸時，其電阻會增加。當它被壓縮時，它的阻力就會降低。可以使用惠斯通電橋來測量電阻的變化 。
如下圖所示， 惠斯通電橋電路 通過平衡電橋電路的兩個支路（其中一個支路的值未知）來測量未知電阻 (Rx)。由于其他三個電阻的值已知，并且其中一個也是可調(diào)的，因此電路可以推斷出任意時間點 Rx 的電阻是多少。
應變計操作（為了清晰起見，夸大了彎曲）
當四個電阻器中的一個用于進行單軸測量時，這就是所謂的 四分之一橋 連接。信號調(diào)節(jié)器必須提供三個缺失的傳感器，并平衡電路，實時推導傳感器的電阻值，并將該電阻轉(zhuǎn)換為適當?shù)膽儨y量值（當沒有電流通過 V 時，電路平衡）。
惠斯通電橋圖
因此，使用兩個傳感器是 半橋，而使用所有四個傳感器進行測量是 全橋 配置。在上面的全橋圖中，傳感器的輸出電壓在 C 和 B 處測量，而激勵電壓在 A 和 D 處提供。
有些應變計具有多個傳感器，可以一次測量多個方向的應變。這些通常被稱為 應變儀玫瑰花，它們有不同的幾何形狀，適合不同的應用。
最常見的花環(huán)是 雙軸花環(huán)，其中兩個傳感器安裝在 0° 和 90°（彼此垂直），以及 三軸花環(huán)，其中三個儀表按指定模式排列，例如 0° - 60° - 120°，或0° - 45° - 90°。
應變蓮座結(jié)構(gòu)
當信號調(diào)節(jié)器提供完成惠斯通電橋電路所需的缺失電阻時，這稱為 電橋完成。例如，Dewesoft 的 STG 系列信號調(diào)節(jié)器提供了這種完成功能，甚至允許您在 120Ω 和 350Ω 完成電阻之間進行選擇。
對此完成的控制完全通過 Dewesoft X 數(shù)據(jù)采集軟件完成：無需進行物理開關(guān)或設(shè)置。在這種情況下，信號調(diào)節(jié)器實際上在硬件中具有“缺失”的電阻器，并根據(jù)您在軟件中的設(shè)置將它們切換到電路上的正確位置。
當您購買應變計傳感器時，包裝上通常會顯示 GF 或 應變系數(shù) （或 應變系數(shù)）。這是一個大約 2 的數(shù)字。在軟件中設(shè)置傳感器時了解這一點非常重要。該系數(shù)與由應變引起的電阻變化超過傳感器的固有電阻除以應變本身有關(guān)。同樣，當使用Dewesoft X 數(shù)據(jù)采集軟件 和 Dewesoft STG 系列信號調(diào)節(jié)器 設(shè)置傳感器時 ，可以將量具系數(shù) 直接輸入到軟件中，該軟件將執(zhí)行所有必要的數(shù)學運算，以確保完美的測量。
此時，您可能想知道溫度及其對這些測量精度的影響。畢竟，任何時候我們談論電阻測量時，溫度都是一個因素，因為它很容易改變測量結(jié)果，導致錯誤的讀數(shù)。眾所周知，應變計傳感器對溫度很敏感 ，除非進行補償，否則會影響其精度。
傳感器的溫度變化不僅是由環(huán)境溫度引起的（想象一個傳感器在陽光下，或者直接安裝在正在運行的發(fā)動機上，而另一個傳感器則不然），而且還由為惠斯通電橋本身供電的電流引起！這也稱為 自熱現(xiàn)象。
激勵傳播的距離越遠，所需的強度就越大，從而導致激勵本身使傳感器發(fā)熱更多。此外，引線電阻本身可能成為影響測量的因素，例如，在傳感器和信號調(diào)節(jié)器之間的距離特別大的情況下。
由于這些變量， Dewesoft STG 信號調(diào)節(jié)器 被設(shè)計為允許 SENSE 線 連接到 橋式電路的角落。這些線路允許信號調(diào)節(jié)器測量調(diào)節(jié)器和傳感器處的激勵之間的差異，并相應地自動調(diào)整電路，消除誤差并確保讀數(shù)準確穩(wěn)定。
應變測量全橋通道設(shè)置
虛線顯示，雖然可以在連接器處連接傳感線，但最好在傳感器本身處連接，以獲得此功能的全部好處。
分流 器 是一種電阻器，連接在 惠斯通電橋電路的一個支路上，暫時使其不平衡。該方法模擬給定的應變，并且由于分流電阻器的值已知（通常為 59.88 kΩ），因此它提供了已知的偏移。該分流校準電阻器的瞬時接通通常在測試開始和結(jié)束時進行，以便在數(shù)據(jù)分析過程中可以參考測量數(shù)據(jù)。因此，在長時間測試的整個范圍內(nèi)可能發(fā)生的任何基線偏移都可以在以后通過數(shù)學方法檢測和抵消。
Dewesoft STG 信號調(diào)節(jié)器提供一個 內(nèi)部分流校準電阻，無需外部連接（這也無需接觸接線?。?。此外， Dewesoft X DAQ 軟件 允許您通過屏幕上的點擊來進行分流校準。 分流校準 可以在單個通道上完成，也可以同時在多個通道上完成。
分流電阻器以及每個應變計傳感器或傳感器內(nèi)的電阻器的精度 非常重要，因為它會影響最終讀數(shù)的精度。 Dewesoft 等制造商在表示電阻器精度時遵循最佳實踐，提供標稱電阻和容差規(guī)格。標稱電阻代表以歐姆為單位的預期值，而容差是在 25°C 下測量的標稱值的最大可能偏差。
最好的做法是使用盡可能低的激勵電壓，以避免前面提到的自熱現(xiàn)象。同時，有多種激勵水平可供選擇是非常有用的。重要的是，激勵線像信號線一樣被隔離，以確保記錄數(shù)據(jù)的低噪聲和最佳信噪比。
所有 Dewesoft DAQ 系統(tǒng)的先進AD 轉(zhuǎn)換器電子器件 ， 特別是SIRIUS DAQ硬件 的 DualCoreADC? 技術(shù)方法，也確保了這一點 。由于減少信號電纜的長度對于應變傳感器尤為重要，因此所有 Dewesoft 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的模塊化特性 在這些應用中具有堅實的優(yōu)勢。
應變定義為物體與其原始尺寸和形狀相比所經(jīng)歷的變形量（長度相對于原始長度的增加比率）。術(shù)語“應變”通常用于描述截面的伸長率。由于外力作用在物體上，物體可能會受到應變。
應變是無量綱量，通常以百分比表示。對于鋼來說，應變的典型測量值小于 2 mm/m，并且通常以微應變單位表示。一個微應變是產(chǎn)生百萬分之一變形的應變。微應變的縮寫為 με。
應力定義為每單位面積施加的力。它通常是由于施加的力而發(fā)生的，但通常是由于材料內(nèi)或較大系統(tǒng)內(nèi)的力的影響而發(fā)生的。
例如，讓我們想象一根固定在頂部并垂下的電線。我們在這根線的末端施加重物，將其向下拉，從而施加向下的力。我們可以看到，在下圖中， A 是電線的原始橫截面積，L是原始電線的長度。在此示例中，材料（線材）承受稱為軸向應力的應力。
應力變形力
這些單位與壓力相同，因為壓力是應力的特殊變化。應力是比壓力更復雜的量，因為它隨著方向和作用表面而波動。
我們可以通過應變 (ε) 和楊氏模量(E)相乘來計算應力 (σ) 。
楊氏模量，也稱為 拉伸模量 或 彈性模量， 是彈性材料剛度的量度，是用于表征材料的量。
它被定義為在胡克定律成立的應力范圍內(nèi)沿軸的應力 （每單位面積的力）與 沿該軸的應變 （變形與初始長度的比率）的比率 。
楊氏模量值非常高的材料是剛性的。
楊氏模量 [E] 可以通過將拉伸應力除以應力-應變曲線的彈性（初始、線性）部分中的拉伸應變來計算：
在哪里：
? E是楊氏模量（彈性模量）；
? F是施加在受拉物體上的力；
? A0為受力時原始橫截面積；
? ΔL是物體長度變化的量；
? L0是物體的原始長度。
根據(jù)國際單位制 (SI)，楊氏模量的單位是帕斯卡（Pa 或 N/m2 或 m?1·kg·s?2）。實際使用的單位是兆帕（MPa 或 N/mm2）或千兆帕（GPa 或 kN/mm2）。
在美國習慣單位中，楊氏模量以磅每平方英寸 (psi) 表示。
應變通常以μm/m（微米每米）表示，也稱為 微應變，符號為 με。您可能還會看到“mV/V”，它是指每伏激勵的輸出（以毫伏為單位）。應變計需要由電源電壓激勵或驅(qū)動，以便提供與沿測量軸看到的應變量成比例的輸出。
彈性模量和屈服應力是兩種常見的材料特性，可以通過使用機械測試系統(tǒng)進行拉伸測試來計算。
機械測試系統(tǒng)的程序是將所選材料夾在兩個夾具之間。底部夾具在表面上拉緊，而頂部夾具以一定的位移速率向上移動。
測試系統(tǒng)記錄拉伸材料所需的力以及夾具的適當位移。工程師測量樣本的原始橫截面積和夾具之間的原始長度。之后，他們能夠根據(jù)力數(shù)據(jù)計算應力，并根據(jù)位移數(shù)據(jù)計算應變。然后使用所有數(shù)據(jù)創(chuàng)建應力應變圖，如下圖所示。
泊松比是橫向應變與軸向應變的負比（假設(shè)軸向應變沿施加載荷的方向）。該比率通常由希臘字母 v （也寫為 nu，發(fā)音類似于“new”）給出。您可以通過拉伸橡皮筋來可視化這種效果 - 當您將其兩端拉得更遠時，橡皮筋本身的寬度就會收縮。大多數(shù)材料的泊松比在 0 到 0.5 ν 之間。鋼的測量值通常為 0.3 ν，而橡膠的測量值幾乎為 0.5 ν。
有兩種正常應力 - 拉伸和壓縮。拉應力為正，壓應力為負。當拉伸力或壓縮力相互作用時，就會產(chǎn)生正應力。
在下圖中，我們可以看到施加在長方體上的拉伸載荷。長方體對拉伸載荷的響應很大程度上取決于增強纖維的拉伸剛度和強度特性，因為它們遠遠高于樹脂系統(tǒng)本身。
下圖顯示了承受剪切載荷的復合材料。該負載試圖使相鄰的纖維層彼此滑動。在剪切載荷下，樹脂在將應力傳遞到復合材料上方面發(fā)揮著重要作用。為了使復合材料在剪切載荷下表現(xiàn)良好，樹脂元件不僅必須表現(xiàn)出良好的機械性能，而且還必須對增強纖維具有高粘附力。復合材料的層間剪切強度 (ILSS) 通常用于指示多層復合材料（“層壓板”）中的此屬性。
? 軸向應變：“軸向應變”是指物體由于沿其水平軸的力而拉伸或壓縮的方式。它在數(shù)學上定義為軸向應力除以楊氏模量。
? 彎曲應變（力矩應變）：“彎曲應變”是指物體由于沿其垂直軸施加的力而如何在一側(cè)拉伸并在另一側(cè)收縮。彎曲應變也稱為“力矩應變”，在數(shù)學上定義為彎曲應力除以楊氏彈性模量。
? 剪切應變：“剪切應變”結(jié)合了物體沿水平軸和線性軸變形的測量。它在數(shù)學上定義為剪應力除以剪應力模量。
? 扭轉(zhuǎn)應變：“扭轉(zhuǎn)應變”是指沿被測物體水平軸和垂直軸的圓周力。它在數(shù)學上定義為扭轉(zhuǎn)應力除以扭轉(zhuǎn)彈性模量。
? 壓縮應變：當兩個相等且相反的力作用來壓縮物體時，就會產(chǎn)生壓縮應變。發(fā)生這種情況時，物體的長度在壓應力下會減小。
通過 應力-應變曲線可視化應力和應變之間關(guān)系的最簡單方法。您可以在下圖中看到該曲線提供了一些非常有用的材料屬性。應力-應變曲線是通過實驗計算的。
應變應力曲線
應力-應變曲線是結(jié)構(gòu)鋼的典型曲線：
? 極限力量
? 屈服強度（屈服點）
? 破裂
? 應變硬化區(qū)域
? 頸縮區(qū)域
? 表觀應力（F/A0）
? 實際應力（F/A）
? TORQUE-LINK-200 無線扭矩/應變傳感器節(jié)點
? SG-LINK-200-OEM 嵌入式無線應變/模擬傳感器
? SG-LINK-200 三通道無線應變/模擬傳感器
? V-LINK-200 8 通道無線應變/模擬傳感器節(jié)點
