該應(yīng)變片實(shí)現(xiàn)形變轉(zhuǎn)電信號(hào)的根本依據(jù)為金屬電阻應(yīng)變效應(yīng)，也就是金屬導(dǎo)體受外力作用產(chǎn)生拉伸、壓縮形變時(shí)，自身電阻值會(huì)同步發(fā)生規(guī)律性改變。KFGS-3-120-D16-11 內(nèi)部傳感載體為高純銅鎳合金箔制成的敏感柵，合金導(dǎo)體存在三個(gè)影響電阻的關(guān)鍵物理參數(shù)：導(dǎo)體長(zhǎng)度、橫截面積、材料電阻率。當(dāng)被測(cè)碳鋼構(gòu)件承受載荷發(fā)生變形時(shí)，形變通過(guò)粘貼膠、14μm 超薄聚酰亞胺基底完整傳遞至內(nèi)部雙組敏感柵。構(gòu)件受拉時(shí)，合金柵絲被拉長(zhǎng)，長(zhǎng)度數(shù)值變大、橫截面積收縮變小，同時(shí)銅鎳合金晶格因拉伸產(chǎn)生畸變，材料電阻率小幅上升，三重變化疊加使敏感柵整體電阻增大；構(gòu)件受壓時(shí)，柵絲被擠壓縮短，橫截面積擴(kuò)張，晶格畸變程度降低，電阻率下降，敏感柵電阻隨之減小。在鋼材彈性形變區(qū)間內(nèi)，敏感柵電阻相對(duì)變化量與構(gòu)件實(shí)際應(yīng)變量呈現(xiàn)穩(wěn)定線性關(guān)系，這是后續(xù)應(yīng)力計(jì)算的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，該型號(hào)合金柵靈敏系數(shù)穩(wěn)定為 2.1，線性測(cè)量區(qū)間覆蓋 0~5% 應(yīng)變。

型號(hào)中 D16 代表一體成型正交雙軸應(yīng)變花，內(nèi)部包含兩組相互垂直、獨(dú)立隔離的 3mm 短敏感柵，一組沿 0° 軸向布置，另一組沿 90° 橫向布置，兩組柵絲互不連通，擁有獨(dú)立引出焊盤(pán)，可分別輸出兩個(gè)垂直方向的電阻變化信號(hào)。常規(guī)單軸應(yīng)變片僅能采集單一方向應(yīng)變，無(wú)法解析平面復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)；而 D16 雙軸結(jié)構(gòu)可在同一測(cè)點(diǎn)同步采集構(gòu)件縱向正應(yīng)變與橫向正應(yīng)變。當(dāng)鋼結(jié)構(gòu)同時(shí)承受彎曲、拉伸、剪切復(fù)合載荷時(shí)，兩個(gè)垂直方向的敏感柵會(huì)分別產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的電阻變化，兩組電阻變化數(shù)據(jù)可同步傳輸至應(yīng)變采集設(shè)備。通過(guò)兩組正交應(yīng)變數(shù)值，結(jié)合平面應(yīng)力轉(zhuǎn)換公式，可直接計(jì)算測(cè)點(diǎn)處最大主應(yīng)力、最小主應(yīng)力、剪切應(yīng)力，完整還原構(gòu)件平面受力狀態(tài)，無(wú)需在同一位置粘貼兩片獨(dú)立單軸應(yīng)變片，減少貼片誤差與布線復(fù)雜度。3mm 短?hào)旁O(shè)計(jì)可精準(zhǔn)捕捉螺栓、小型鋼結(jié)構(gòu)、模具等狹小測(cè)點(diǎn)的局部應(yīng)力集中，不會(huì)因柵長(zhǎng)過(guò)大稀釋局部峰值應(yīng)變。

溫度變化會(huì)產(chǎn)生虛假應(yīng)變，干擾真實(shí)載荷應(yīng)變數(shù)據(jù)，該應(yīng)變片搭載共和自研 SELCOM 溫度自補(bǔ)償技術(shù)，型號(hào)后綴 11 代表適配線膨脹系數(shù) 11×10??/℃碳鋼、不銹鋼基材，通過(guò)雙向誤差抵消機(jī)制消除溫漂。溫度帶來(lái)的虛假應(yīng)變由兩類誤差疊加形成：第一類為柵絲固有電阻溫度效應(yīng)，溫度升高，銅鎳合金內(nèi)部自由電子運(yùn)動(dòng)阻力增大，敏感柵電阻自然上升，產(chǎn)生電阻漂移；第二類為熱膨脹失配誤差，溫度升降時(shí)，碳鋼被測(cè)件與銅鎳合金柵絲熱膨脹伸縮量不一致，柵絲會(huì)被基材強(qiáng)制拉伸或擠壓，產(chǎn)生附加機(jī)械應(yīng)變，進(jìn)一步改變電阻。共和在生產(chǎn)階段精準(zhǔn)調(diào)控銅鎳合金箔的電阻溫度系數(shù)，使其溫度升高產(chǎn)生的電阻增量，與鋼材、合金熱膨脹差帶來(lái)的電阻減量數(shù)值相等、變化方向相反。在 10℃~100℃標(biāo)準(zhǔn)補(bǔ)償區(qū)間內(nèi)，兩類溫度誤差相互抵消，無(wú)需額外粘貼補(bǔ)償片，單枚應(yīng)變花即可獨(dú)立完成精準(zhǔn)應(yīng)力測(cè)量，大幅簡(jiǎn)化惠斯通電橋搭建。

基底介于被測(cè)構(gòu)件與合金敏感柵之間，承擔(dān)形變傳遞、電氣絕緣、結(jié)構(gòu)支撐三重作用，是保障測(cè)量精度的關(guān)鍵中間層。形變傳遞層面：采用高溫真空熱壓一體成型工藝，合金柵絲與聚酰亞胺基底完全貼合無(wú)氣泡夾層，構(gòu)件產(chǎn)生的微米級(jí)微小形變可以無(wú)損耗傳導(dǎo)至敏感柵，避免多層結(jié)構(gòu)分層滑移造成的應(yīng)變滯后、數(shù)據(jù)失真；基底厚度僅 14μm，無(wú)剛性阻隔效果，適配微小應(yīng)力測(cè)點(diǎn)測(cè)量。電氣絕緣層面：改性聚酰亞胺材料具備極高絕緣阻抗，可完全隔離金屬被測(cè)構(gòu)件與內(nèi)部合金柵絲，防止構(gòu)件導(dǎo)電造成柵絲短路、漏電，避免采集設(shè)備零點(diǎn)漂移；材料吸水率極低，潮濕、露天工況下絕緣性能不會(huì)快速衰減。結(jié)構(gòu)防護(hù)層面：基底具備柔性改性分子結(jié)構(gòu)，可貼合弧形鋼構(gòu)件，固化后保護(hù)超薄合金柵絲，防止貼片、使用過(guò)程中柵絲斷裂，同時(shí)基底印制對(duì)位標(biāo)線，輔助人工精準(zhǔn)對(duì)齊受力方向，降低安裝誤差。

應(yīng)變片自身電阻變化量極其微小，無(wú)法直接被采集設(shè)備識(shí)別，實(shí)際測(cè)量時(shí)需將 KFGS-3-120-D16-11 接入惠斯通半橋或全橋電路，完成微小電阻差向電壓信號(hào)的轉(zhuǎn)換。該應(yīng)變片標(biāo)稱電阻為標(biāo)準(zhǔn) 120Ω，與市面上全部通用應(yīng)變采集儀匹配。接入橋路后，采集儀向電橋輸入穩(wěn)定恒定激勵(lì)電壓，無(wú)載荷、無(wú)溫度變化的平衡狀態(tài)下，電橋?qū)禽敵鲭妷簽榱?；?dāng)構(gòu)件受力變形，雙軸中任意一組敏感柵電阻發(fā)生改變，電橋原有電阻平衡狀態(tài)被打破，對(duì)角端會(huì)輸出與電阻變化量成正比的微弱差分電壓信號(hào)。采集設(shè)備內(nèi)部放大電路將微弱電壓信號(hào)放大，再通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，設(shè)備內(nèi)置程序結(jié)合應(yīng)變片靈敏系數(shù)、鋼材彈性模量，將數(shù)字電壓信號(hào)換算為直觀的應(yīng)變數(shù)值，再依托 D16 雙軸兩組應(yīng)變數(shù)據(jù)計(jì)算測(cè)點(diǎn)各類應(yīng)力參數(shù)，最終完成構(gòu)件應(yīng)力狀態(tài)的量化檢測(cè)。