应变片（应变计）工作原理

核心是金属电阻应变效应：金属导体受外力拉伸 / 压缩时，几何尺寸改变，电阻跟着发生变化。

1. 应变效应公式

\(\frac{\Delta R}=K \cdot \varepsilon\)

• R：应变片原始电阻（常见 120Ω、350Ω）

• \(\Delta R\)：受力后的电阻变化量

• K：灵敏系数（箔式应变片一般≈2.0～2.1，共和 KYOWA 箔片大多约 2.1）

• \(\varepsilon\)：构件的应变 \(\varepsilon=\Delta L/L\)，单位微应变 με，\(1\mu\varepsilon=10^\)

简单理解：构件被拉长 → 应变片跟着拉长变细 → 电阻变大；构件受压缩短 → 应变片变短变粗 → 电阻变小。电阻的相对变化量，和应变成正比。

2. 应变片结构（箔式，如 KYOWA KFGS）

• 敏感栅：镍铬合金薄膜，感受形变

• 基底：聚酰亚胺薄膜，绝缘，传递试件变形给敏感栅

• 引线：引出信号

• 覆盖层：保护敏感栅

应变片必须紧密粘贴在被测构件表面，构件形变要完整传递给敏感栅；如果脱胶就测不准。

3. 为什么要用惠斯通电桥？

应变带来的电阻变化极其微小，比如 1000 微应变，120Ω 应变片电阻仅变化约 0.25Ω，万用表根本测不出来。所以工程上用惠斯通电桥：

• 把微小电阻变化转换成电压信号；

• 还可以用半桥 / 全桥接法，消除温度带来的虚假应变。

共和带温度补偿的应变片，是在敏感栅合金本身做温度自补偿，减少温度漂移，简化接线。

4. 测量完整流程

构件受力 → 产生形变 → 应变片同步形变 → 电阻改变 → 惠斯通电桥输出微弱电压 → 应变放大器放大信号 → 采集仪读取数值 → 换算应变、应力

应力 \(\sigma=E\cdot\varepsilon\)，E 是材料弹性模量，知道应变就可以算出应力。

5. 补充：半导体应变片（KSP）

原理是压阻效应，不是单纯几何形变：硅材料受力，内部载流子迁移率改变，电阻变化。灵敏系数比金属箔式大几十倍，适合微小载荷，但非线性大、温度敏感性更强。