电阻式传感器

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1、第二章电阻式传感器把被测量转换为电阻变化的一种传感器位移、力、力矩、加速度、压力外力作用应变片被测对象表面产生微小机械变形应变片敏感栅随同变形电阻值发生相应变化2.1电阻应变片的工作原理2.1.1原理：应变效应电阻——应变特性LR=ρ⋅lA/电阻RρρlldR=−+dldAdρAAA2A∆LdRdldAdρ电阻R=−+＋∆RRlAρA－∆AdRdldAdρ=−+RlAρdRdl2drdρ=−+Rlrρdldrdl=ε=−=µ−µεxxrll金属导体材料与纵向应变横向应变半导体材料的情形大不一样。µ为材料的泊松比金属应变丝：dRdρ=++=(12)µεKsxRρK

2、金属应变丝的灵敏系数s金属应变片：dR=KεxRK金属应变片的灵敏系数KK

3、片结构示意图由敏感栅1、基底2、盖片3、引线4和粘结剂等组成。应变片测得的应变大小是应变片栅长和栅宽所在面积内的平均轴向应变量。敏感栅：由金属细丝绕成栅形。对敏感栅的材料的要求：①应变灵敏系数大，并在所测应变范围内保持为常数；②电阻率高而稳定，以便于制造小栅长的应变片；③电阻温度系数要小；④抗氧化能力高，耐腐蚀性能强；⑤在工作温度范围内能保持足够的抗拉强度；⑥加工性能良好，易于拉制成丝或轧压成箔材；⑦易于焊接，对引线材料的热电势小。基底和盖片:基底用于保持敏感栅、引线的几何形状和相对位置，盖片既保持敏感栅和引线的形状和相对位置，还可保护敏感栅。基底的全长称为基长

4、，其宽度称为基宽。引线:是从应变片的敏感栅中引出的细金属线。对引线材料的性能要求：电阻率低、电阻温度系数小、抗氧化性能好、易于焊接。大多数敏感栅材料都可制作引线。粘结剂:用于将敏感栅固定于基底上，并将盖片与基底粘贴在一起。使用金属应变片时，也需用粘结剂将应变片基底粘贴在构件表面某个方向和位置上。以便将构件受力后的表面应变传递给应变计的基底和敏感栅。常用的粘结剂分为有机和无机两大类。有机粘结剂用于低温、常温和中温。常用的有聚丙烯酸酯、酚醛树脂、有机硅树脂，聚酰亚胺等。无机粘结剂用于高温，常用的有磷酸盐、硅酸、硼酸盐等。对粘合剂有如下要求:(1)有一定的粘结强度；(

5、2)能准确传递应变；(3)蠕变小；(4)机械滞后小；(5)耐疲劳性能好；(6)具有足够的稳定性能；(7)对弹性元件和应变计不产生化学腐蚀作用；(8)有适当的储存期；(9)应有较大的温度使用范围。应变片粘接工艺:(1)应变片的外观检查和电阻值检查；(2)修整应变片；(3)试件表面处理；(4)划粘贴应变片的定位线；(5)粘贴应变片；(6)粘合剂的固化处理；(7)应变片粘贴质量检查；(8)引出线的固定保护；(9)应变片的防潮处理。2.2金属应变片种类应变片的分类•按材料分：金属式：丝式、箔式、薄膜式半导体式：体型、薄膜型•按结构分：单片、双片、特殊形状•按使用环境：高

6、温、低温、高压、磁场、水下金属箔式应变片金属箔式应变片在绝缘基底上，将厚度为0.003～0.01mm电阻箔材，利用照相制板或光刻腐蚀的方法，制成适用于各种需要的形状优点：（1）尺寸准确，线条均匀，适应不同的测量要求，（2）可制成多种复杂形状尺寸准确的敏感栅（3）与被测试件接触面积大，粘结性能好。散热条件好，允许电流大，灵敏度提高。（4）横向效应可以忽略。（5）蠕变、机械滞后小，疲劳寿命长。金属薄膜应变片采用真空蒸发或真空沉积等方法在薄的绝缘基片上形成厚度在0.1μm以下的金属电阻材料薄膜敏感栅，再加上保护层，易实现工业化批量生产优点：应变灵敏系数大，允许电流

7、密度大，工作范围广，易实现工业化生产问题：难控制电阻与温度和时间的变化关系2.3电阻应变片的特性2.3.1静态特性(1)电阻值未安装的应变片，在不受外力的情况下，于室温条件下测得的电阻值。应变计阻值已趋于标准化，如60Ω、120Ω、250Ω、350Ω和1000Ω等。(2)灵敏度∆R=KεxRε:为应变片轴向所受的应变xK:电阻应变片的灵敏系数。应变片的灵敏系数K与金属丝材的灵敏系数K0是不同的。实验证明，K

8、愈窄、愈长，而横栅愈宽、