应变片：机械应力精密测量技术
细长导电金属条受拉伸变细变长，端到端电阻增大；反之压缩（不屈曲）变宽变短，电阻减小. 将变形限制在金属弹性限内，电阻变化即成可靠应力指示器。
什么是应变片？
利用此原理的器件称应变片. 广泛用于机械工程研发，量化从工业机械到飞机部件的应力. 典型应变片小于邮票，如下图：
应变片导线极细：若作圆线，直径约 1/1000 英寸. 另可将金属薄膜沉积于非导电基板——称载体—成粘贴式应变片. 将应变片粘贴至试件（被测结构）是熟练工序；精准稳定读数依赖细致表面处理、胶粘剂选择与对齐.
应变片电阻
无应力应变片电阻通常 30 Ω–3 kΩ. 因应变片与试件弹性限限制最大应变，电阻变化常仅几十分之一百分比. 故需极高精度仪器检测微小变化；否则过大力永久变形应变片或试件，测量失效.
电桥测量电路
捕捉微小电阻变化采用惠斯通型电桥电路. 与寻求零平衡的经典电桥不同，应变片电桥通过桥中心高分辨电压表测量不平衡度来报告应变：
典型四分之一电桥配置中，变阻臂（R2）预调至应变片无应力电阻，两比率臂（R1、R3）匹配. 应变片受拉/压时电阻偏移，破坏平衡产生可测电压.
导线电阻
因应变片与引线可相距较远，引线串联电阻（Rwire1、Rwire2）通过增加下变阻臂总电阻引入误差，被电压表误读为应变.
虽无法完全消除，但可通过第三引线连接电压表正端直达应变片顶节点来缓解：
第三引线电流极微，其电阻不影响分压. 此布局有效旁路上引线电阻，仅剩下引线串联电阻影响测量——较两线制误差减半.
温度补偿
所有导体电阻随温度变化，可掩盖真实应变信号. 稳健方案是用虚设应变片替代变阻臂（R2），使桥两臂随温度同比例变化. 电路由此对温度波动免疫，因共模电阻变化抵消：
此处 R1、R3 保持匹配，两应变片粘贴同一试件. 仅受力应变片（有源片）随力变阻；虚设片固定，确保桥不平衡仅反映应变.
四分之一与半桥配置
虽虚设片布局中仅一片响应应变，仍称四分之一电桥. 在试件对侧再贴一有源片——一侧受压、一侧受拉——两片均成应变敏感. 此半桥布局灵敏度加倍，且因两片温度系数相同进一步抑制温度影响.
典型半桥粘贴布局如下：
施加向下载荷时，片 1 延伸、片 2 压缩，产生差动电阻驱动桥不平衡.
全桥电路
试件可容纳互补片对于四臂时采用全桥. 此拓扑最大化灵敏度与线性度，因每臂主动跟踪应变，输出电压与施加力成正比：
全桥电路在可行时首选. 其精度与线性响应优于四分之一或半桥，后两者仅在电阻变化相对标称值极小时近似成比例.
应变片系统常作为集成称重传感器出售——密封外壳含片元与桥电阻，防环境侵蚀，可直接机械安装于结构.
应变片技术可深入复杂，专著超出本文范围，但上述原理奠定了可靠机械应力测量基础.
回顾
- 应变片为薄金属条，弹性变形下电阻变化，实现力测量.
- 电阻变化经电桥电路读取，提供高精度与温度补偿.
相关练习册
- 直流电桥电路练习册
工业技术