應變片

應變片（英語：strain gauge, strain gage）是一種用來測量物體應變的測試工具。1938年，它先後由Edward E. Simmons（英語：Edward E. Simmons）和Arthur C. Ruge（英語：Arthur Claude Ruge）各自獨立地發明出來。一般地，應變片由絕緣基片與金屬敏感柵組成。應變片需要使用正確的粘合劑與物體相連接，比如502膠水。當被測部件受外力變形時，敏感柵也隨之變形，因此敏感柵的電阻值會產生相應的變化。通過惠斯通電橋可以測量到這個微小的阻值變化量，而通過應變片生產廠商標明的應變片係數可將測量得到的電阻變化量轉換成實際應變值。

一個典型的應變片，其主測試方向為水平方向。敏感柵外部的標記線便於粘貼時應變片對齊所測應變方向。

原理

導體的電阻與其長度成正比，與截面積成反比

應變片很好地利用了導體的物理特性和幾何特性。當一個導體在其彈性極限內受外力拉伸時，其不會被拉斷或產生永久變形而會變窄變長，這種形變導致了其端電阻變大。相反，當一個導體被壓縮後會變寬變短，這種形變導致了其端電阻變小。通過測量應變片的電阻，其覆蓋區域的應變就可以演算出來。應變片的敏感柵是一條窄導體條曲折排列成的一組平行導線，這樣的布置方式可將基線方向的微小變形累積起來以形成一個較大的電阻變化量累計值。 應變片的測量對象只有其所覆蓋區域的變形量，足夠小的應變片可在諸如有限元式的應力分析當中使用。它被廣泛應用於材料的疲勞測試研究當中。

應變係數

應變係數（gauge factor）${\displaystyle GF}$定義為:

${\displaystyle GF={\frac {\Delta R/R_{G}}{\epsilon }}}$

式中

${\displaystyle \Delta R}$ 表示應變引起的應變片電阻改變量；

${\displaystyle R_{G}}$ 為未變形時應變片電阻；

${\displaystyle \epsilon }$ 表示應變。

對於金屬箔片式應變片，其應變係數通常為2左右。當一個應變片和三個等值電阻組成電橋時，電橋的輸出電壓${\displaystyle v}$為：

${\displaystyle v={\frac {BV\cdot GF\cdot \epsilon }{4}}}$

式中

${\displaystyle BV}$ 為電橋激勵電壓。

箔片應變片的測試區域的面積一般為2–10 mm²。

外部連結

• Strain Gage: Materials （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
• Strain Gage: Sensitivity （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
• An Introduction to Measurements using Strain Gages by Karl Hoffmann^{[永久失效連結]}