應(yīng)變式傳感器是基于測量物體受力變形所產(chǎn)生的應(yīng)變的一種傳感器。電阻應(yīng)變片則是其最常采用的傳感元件。它是一種能將機(jī)械構(gòu)件上應(yīng)變的變化轉(zhuǎn)換為電阻變化的傳感元件。
基本描述
利用電阻應(yīng)變片將應(yīng)變轉(zhuǎn)換為電阻變化的傳感器
主要用途
測量力、力矩、壓力、加速度、重量等
原理
電阻應(yīng)變片的基本構(gòu)造如圖，它一般由敏感柵、基底、引線、蓋片等組成。敏感柵由直徑為0.01-0.05mm、高電阻系數(shù)的細(xì)絲彎曲而成柵狀，它實(shí)際上是一個(gè)電阻元件，是電阻應(yīng)變片感受構(gòu)件應(yīng)變的敏感部分。敏感柵用粘合劑將其固定在基底上。基底的作用應(yīng)保證將構(gòu)件上應(yīng)變準(zhǔn)確地傳遞到敏感柵上去。因此它必須作得很薄，一般為0.03-0.06mm，使它能與試件及敏 感柵牢固地粘結(jié)在一起。另外它還應(yīng)有良好的絕緣性能、抗潮性能和耐熱性能。基底材料有紙、膠膜、玻璃纖維布等。紙具有柔軟、易于粘貼、應(yīng)變極限大和價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，但耐溫耐濕性差，一般工作溫度低于70℃下采用。為了提高耐濕耐久性和使用溫度，可浸以酚醛樹脂類粘合劑使用溫度可提高至180℃，且時(shí)間穩(wěn)定性好，適用于測力等傳感器使用。膠膜基底是由環(huán)氧膠、酚醛樹脂、聚脂樹脂和聚酰亞胺等有機(jī)粘合劑制成的薄膜，膠膜基底具有比紙更好的柔性、耐濕性和耐久性，且使用溫度可達(dá)100-300℃。玻璃纖維布能耐400-450℃高溫，多用做中溫或高溫應(yīng)變片基底。引出線的作用是將敏感柵電阻元件與測量電路相連接，一般由0.1-0.2mm低阻鍍錫銅絲制成，并與敏感柵兩輸出端相焊接。
在測試時(shí)，將應(yīng)變片用粘合劑牢固地粘貼在被測試件的表面上，隨著試件受力變形，應(yīng)變片的敏感柵也獲得同樣的變形，從而使其電阻隨之發(fā)生變化，而此電阻變化是與試件應(yīng)變成比例的，因此如果通過一定測量線路將這種電阻變化轉(zhuǎn)換為電壓或電流變化，然后再用顯示記錄儀表將其顯示記錄下來，就能知道被測試件應(yīng)變量的大小。
特性
種類及結(jié)構(gòu)
種類：常見的有絲式電阻應(yīng)變片和箔式電阻應(yīng)變片兩種。
基本特性
幾個(gè)概念——變形、彈性變形、彈性元件
基本特性——剛度、靈敏度
剛度——彈性元件受外力作用下變形大小的量度。
靈敏度——單位力作用下彈性元件產(chǎn)生變形的大小。剛度的倒數(shù)。
靈敏系數(shù)
定義K=(ΔR/R)/εt為應(yīng)變片的靈敏系數(shù)。它表示安裝在被測試件上的應(yīng)變在其軸向受到單向應(yīng)力時(shí)，引起的電阻相對變化(ΔR/R)與其單向應(yīng)力引起的試件表面軸向應(yīng)變(εt)之比。
注：應(yīng)變片的靈敏系數(shù)并不等于其敏感柵整長應(yīng)變絲的靈敏系數(shù)，這是因?yàn)樵趩蜗驊?yīng)力產(chǎn)生應(yīng)變時(shí)，應(yīng)變片的靈敏系數(shù)除受到敏感柵結(jié)構(gòu)形狀、成型工藝、粘結(jié)劑和基底性能的影響外，尤其受到柵端圓弧部分橫向效應(yīng)的影響。
橫向效應(yīng)
結(jié)果：應(yīng)變片的靈敏度比電阻絲的靈敏度要小
解決辦法：多采用箔式應(yīng)變片
工作電流
絕緣電阻——已粘貼的應(yīng)變片的引線與被測件之間的電阻Rm。絕緣電阻越大越好。
最大工作電流——已安裝的應(yīng)變片允許通過敏感柵而不影響其工作特性的最大電流IMAX。工作電流大，敏感度高，但也會使應(yīng)變片過熱，應(yīng)視材料選取不同的電流。
溫度誤差
應(yīng)變片的溫度誤差——由于測量現(xiàn)場環(huán)境溫度的改變而給測量帶來的附加誤差。
電阻應(yīng)變計(jì)的溫度補(bǔ)償方法：
（1）線路補(bǔ)償法
初始狀態(tài) Uo=A（R1 R4- RB R3）=0
溫度變化后 Uo=A[（R1+ΔR1t）R4-(RB+ΔRBt)R3]=0
承受應(yīng)變后 Uo=A[（R1+ΔR1t+ΔR1）R4-(RB+ΔRBt)R3]=AΔR1R4= AR1R4Kε
（2）應(yīng)變片的自補(bǔ)償法
電阻應(yīng)變片的測量電路
應(yīng)用
1.（a）柱形（b）筒形（c）圓柱面展開圖（d）橋路連線圖
2.（a）應(yīng)變變化圖（b）應(yīng)變片粘貼
優(yōu)點(diǎn)
應(yīng)變式傳感器具有很多優(yōu)點(diǎn)：
1、分辨力高，能測出極微小的應(yīng)變，如1-2微應(yīng)變；
2、誤差較小，一般小于1%；
3、尺寸小、重量輕。
4、測量范圍大，從彈性變形一直可測至塑性變形（1-2%），最大可達(dá)20%；
5、既可測靜態(tài)，也可測快速交變應(yīng)力；
6、具有電氣測量的一切優(yōu)點(diǎn)，如測量結(jié)果便于傳送、記錄和處理；
7、能在各種嚴(yán)酷環(huán)境中工作。如從宇宙真空至數(shù)千個(gè)大氣壓；從接近絕對零度低溫至近1000℃高溫；離心加速度可達(dá)數(shù)十萬個(gè)“g”；在振動(dòng)、磁場、放射性、化學(xué)腐蝕等條件下，只要采取適當(dāng)措施，亦能可靠地工作；
8、價(jià)格低廉、品種多樣，便于選擇和大量使用。
參考資料 >