KYOWA 共和半導體應變片 KSPB - 2 - 120 - E3 的工作原理核心基于半導體的壓阻效應,同時搭配雙元件溫度補償結構抵消環境溫度干擾,最終將被測件的機械應變轉化為可測量的電信號,具體原理拆解如下:
核心的壓阻效應轉化應變與電阻變化
該應變片的敏感柵采用 P 型硅半導體材料制成,而半導體材料存在顯著的壓阻效應,即當它沿特定軸向受到外力作用產生機械應變時,其內部晶格結構會發生畸變,進而導致電阻率產生明顯變化。使用時將應變片粘貼在被測工件表面,工件受力變形時會帶動應變片同步產生拉伸或壓縮應變,此時 P 型硅敏感柵的電阻率隨應變改變,結合其幾何尺寸的微小變化(相比壓阻效應影響可忽略),最終使應變片的整體電阻值發生規律性變化。比如被測鋼材受拉力拉伸時,應變片同步伸長,敏感柵電阻率改變,電阻值隨之上升;受壓力壓縮時,電阻值則相應下降。
電路測量轉化電阻變化為電信號
實際應用中會將該應變片接入惠斯通電橋電路。因應變片電阻值的變化量與被測工件的應變大小呈正比關系,在電橋接入穩定電源后,電阻的變化會打破電橋原本的平衡狀態,使電橋輸出與電阻變化量對應的電壓信號。且該應變片標稱電阻為 120Ω,這種規格適配常規測量電路,能讓電壓信號的變化更穩定、易檢測,方便后續儀器捕捉信號。
雙元件結構實現溫度補償保障精度
半導體材料的電阻率對溫度極為敏感,環境溫度變化易引發應變片電阻異常變化,這種變化與工件應變無關,會造成測量誤差。而 KSPB 系列應變片包含雙元件結構,可通過相關設計形成類似半橋的補償機制(同系列 F2 型明確通過 P、N 雙元件形成半橋自動溫度補償),推測 E3 型采用類似的雙元件協同設計。其中一個元件感應工件應變與溫度的綜合影響,另一個元件僅感應溫度影響,通過電路中兩個元件的信號差值抵消溫度帶來的額外電阻變化,從而確保最終測量的電信號僅對應工件的真實應變,保障測量精度。