优化应变片测量非均匀材料的性能

应变是对材料施加应用力时材料产生的形变，它由长度的变化来衡量。它可以是拉伸的或是压缩的。应变片是一种装置，其电阻与应变成比例。应变可能来自于一系列内在和外在的影响，包括压力，温度，或者结构的变化。最常用的是粘结金属应变片，由组装在一个网格样式中的细金属丝或金属箔组成。网格与被测样品相连，当施加负载时，可检测出长度的变化。这将导致电阻变化，由一个电路来衡量。对于非均匀物质，在测量过程中为获得准确的应变，可能会出现大量的复杂性。

直到最近，大部分的应变测量都应用于金属，如钢和铝合金。目前，聚合物和复合材料取代金属已成为趋势，因而具有显著不同的机械、热、化学性能的增强塑料越来越多。金属和聚合物物理性质的一个主要区别是在弹性模量中发现的。含聚合物或塑料基质的复合材料具有的弹性模量可能是金属的两倍以上，这取决于纤维材料和加固体积。总之，非均匀材料的应变测量应用比金属更多，且需要特殊的应变片和布线技术。

聚合物基复合材料的热传导率可以低于金属两个数量级。当试样和薄片发生形变时，应变片电阻会随着应变而变化，并产生一个校准的电压偏移。若应变片具有较高电阻，则电压产热较少。然而，聚合物基复合材料的导热性不佳，会使热量累积在薄片上。温度升高，使得电阻增大，随后就会导致应变测量发生错误。在一些情况下，这可能需要温度补偿。

一些非均匀材料具有吸湿性，当水分含量变化时，这些非均匀材料会扩张或收缩。这些尺寸波动没有从热输出中区别开来，因此会导致应变测量错误。各种不同塑料复合基质的吸湿性也大不相同。比如，亚克力塑料易于吸湿，但聚乙烯基本不吸湿。木制品是另一种会吸湿的非均匀材料。当大气层变化时，木制品会扩张或收缩。另外，在干燥过程中，平行纹理方向的收缩会比垂直纹理方向的收缩小。这强调了为补偿应变片选择正确样本的必要性，也强调了为补偿片提供恒定的大气条件的必要性。

应变片的长度定义为网格可容纳的范围。因焊片和端循环具有较大截面面积和低电阻，因此不计入应变片应变感应区。应变片的长度一般根据样品的尺寸、形状和预期的应变分布来选择。对于应变测量的准确性，应变片的长度也扮演着重要的角色。0.125英寸或者更长的应变片，常常能提供更好的稳定性和测量范围。另外，大尺寸的应变片能提供更好的散热性，因为其每单元网格具有较小的瓦数。

对于像增强塑料和混泥土这样的非均匀物质，对其进行应变测量时，应变片长度也需重要考虑。长度应该和样品中非均匀物质相关联，以提供代表整个结构的应变测量。非均匀物质测量通常会取一个平均值，而不是取由聚合材料和基质材料边缘引起的矛盾值。

选择正确的应变片样式对于优化应变测量十分重要。应变片样式指定了网格和焊片的配置。根据应用，网格宽度可窄可宽。窄的网格宽度减少了跟应变片垂直对齐的应变梯度的平均误差，而更宽的网格便于较差传热性能的试样散热。焊片配置应该和安装的尺寸与位置一致，且允许导线连接。

同样的应变片样式通常具有不通的电阻。最常见的是120欧姆和350欧姆的。人们更偏好于高电阻的应变片，因为它可以减少来自导线和其他电阻变化产生的热量和噪声。

粘合剂的选择会影响应变片的性能，因为它本质上会成为测量系统的一部分。因此，使用应变片厂商推荐的粘合剂是可取的。对于大部分非均匀材料，如复合材料，在室温条件下使用环氧胶粘剂进行加工处理是可取的。它们在多配方中均适用，且具有适应温度、时间、延伸能力变化的性能。如果你使用环氧基树脂把复合材料板粘合在一起，使用的环氧基树脂将是粘合应变片的极好选择。人们更偏向于使用未填充的粘合剂来减少蠕变。然而，含纤维的复合材料引起的不规则表面在粘合过程中可能会出现难题。这种情况下，在用未填充的粘合剂连接样品和应变片前，可用部分填充的粘合剂使表面变光滑。

OMEGA® SGD-30/120-LY40是专为测量非均匀材料而设计的超长应变片。网格尺寸是8mm*25mm，载体尺寸是12mm*40mm。额定电阻是120欧姆，终止于焊盘。康铜衬片被焊接到一个聚酰亚胺载体，用来形成网格。OMEGA的SGD-30/120-LY40应变片功能强大，十分灵活，可提供高精度的动态和静态测量。

SGD-30/350-LY40应变片采用跟SGD-30/120-LY40应变片同等质量的材料。它50mm的长度提高了非均匀材料应变测量的准确性。网格尺寸是3mm*30mm，载体尺寸是5mm*36mm。SGD-30/350-LY40的额定电阻是350欧姆。该线性样式应变片是专为测量单一方向的应变而设计的。

超长应变片为非均匀材料的应变测量提供了几个优势。它们提供了更大面积的测量，使得材料的结构得到更好地呈现。另外，较大的表面面积有利于散热，因此能保证更稳定的测量。