第三章力及压力测量应变片
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第三章力及压力测量应变片
（4） 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。
第三章 压力及 力 检测
第三章力及压力测量应变片
压力的概念 和单位
压力及力的 测量
应变效应
应变式压力计
应变片
应变片温度补偿 与粘贴
压电式、压磁式、 电容式、霍尔式
第三章力及压力测量应变片
转换电路
应变式 力与压力传感器
1、压力的表示 2、应变片测力的原理 3、各种类型的应变片及其特点 4、应变片的温度误差及其补偿 5、应变片的应用电路
第三章力及压力测量应变片
设有一长度为、截面积为A、半径为r、电阻率为 的金属单丝，它的电阻值R可表示为
R
l A
l
r2
当沿金属丝的长度方向作用均匀拉力（或压力）时
，上式中、r、l都将发生变化，从而导致电阻值R发生
变化。
例如
（1）金属丝受拉时，l将变长、r变小，均导致R变大； （2）某些半导体受拉时,将变大，导致R变大。
第三章力及压力测量应变片
• 丝式应变片 丝式电阻片是用0.003mm-0.01mm的合
金丝绕成栅状制成的；
第三章力及压力测量应变片
箔式应变片
箔式应变片是利用光刻、腐蚀等工艺制成的一种 很薄的金属箔栅, 其厚度一般在0.003～0.01mm。其优 点是散热条件好, 允许通过的电流较大, 可制成各种所 需的形状, 便于批量生产。
第三章力及压力测量应变片
一、压力及其单位
1.什么是压力 垂直作用在单位面积上的力称压力。
在国际单位制（SI）和我国法定计量单位 中，压力的单位是“帕斯卡”，简称“帕”， 符号为“Pa”。
1Pa1N /m 21m kg 2m s21kgm 1s2
即1N的力垂直均匀作用在1m2的面积上所 形成的压力值为1Pa。
料而言，由于其感受到应变时，电阻率 会产生很大的变化，所以灵敏度
比金属材料大几十倍。
第三章力及压力测量应变片
二、应变片的结构
与材料
由敏感栅1、基底2、盖片3、引线4和粘结剂等组成。 这些部分所选用的材料将直接影响应变片的性能。因 此，应根据使用条件和要求合理地加以选择。
43
b
2
l
栅宽
1 电阻应变片结构示意图 栅长
第三章力及压力测量应变片
（2） 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 底的全长称为基底长，其宽度称为基底宽。
（3） 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。
第三章力及压力测量应变片
• 用应变片测试应变时，将应变片粘 贴在试件表面。当试件受力变形后， 应变片上的电阻丝也随之变形，从 而使应变片电阻值发生变化，通过 测量转换电路最终转换成电压或电 流的变化。
第三章力及压力测量源自文库变片
第三章力及压力测量应变片
三、应变片的种类
1、金属应变片（应变式压力传感器） （1）金属丝式 （2）箔式 （3）薄膜式 2、半导体应变片（压阻式压力传感器）
第三章力及压力测量应变片
2、压力的表示
绝对压力PJ
大气压力PD
表压力PB 1 PB= PJ －PD
真空度PZ（负压）
PZ＝ PD－ PJ
0
表压
绝对 压力
大气压力线
1
负压
真空度
绝对压力的零线
绝对 压力
第三章力及压力测量应变片
二、应变式传感器
1、应变片的工作原理
我们可以做这样一个较简单的实验：取一根细电阻丝， 记下其初始阻值（图中为10.01）。当我们用力将该电 阻丝拉长时，会发现其阻值略有增加（增加到为 10.05）。测量应力、应变、力的传感器就是利用类似 的原理制作的。
第三章力及压力测量应变片
第三章力及压力测量应变片
（1） 敏感栅
由金属细丝绕成栅形。电阻应变片的电阻值为60Ω、120Ω、 200Ω等多种规格，以120Ω最为常用。
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。 对应变片要求必须根据实际使用情况，合理选择。
第三章力及压力测量应变片
实验证明，电阻丝及应变片的电阻相对变化量R R与材料力学中 的轴向应变x的关系在很大范围内是线性的，即
R R
Kx
K—电阻应变片的灵敏度
x — 称为电阻丝的轴向应变，也称纵向应变 x通常很小，在应变测
量中，也常将之称为微应变
对于不同的金属材料，K 略微不同，一般为2左右。而对半导体材
第三章力及压力测量应变片
其他压力单位： “工程大气压力”（kgf/cm2）、“毫米汞柱”
（气m压m” （Hga）t m、）“毫、米“ 巴水”柱（”b（amr ）mH、2 O“）P S、I ”“标）准、大 “PSI”（“磅力每平方英寸 ）
1 kgf/cm2 = 0.9807×105Pa 1mmH2O = 0.9807×10Pa 1 mmHg = 1.332×102Pa 1atm = 1.01325×105Pa 1bar=105Pa 1 PSI=6.89×103Pa
第三章力及压力测量应变片
金属丝式应变片使用最早，有纸基、胶基之分。由于金属丝式应 变片蠕变较大，金属丝易脱胶，有逐渐被箔式所取代的趋势。但 其价格便宜，多用于应变、应力的大批量、一次性试验。
箔式应变片中的箔栅是金属箔通过光刻、腐蚀等工艺制成的。箔 的材料多为电阻率高、热稳定性好的铜镍合金。箔式应变片与片 基的接触面积大得多，散热条件较好，在长时间测量时的蠕变较 小，一致性较好，适合于大批量生产。 还可以对金属箔式应变片进行适当的热处理，使其线胀系数、电 阻温度系数以及被粘贴的试件的线胀系数三者相互抵消，从而将 温度影响减小到最小的程度，目前广泛用于各种应变式传感器中 。
（4） 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。
第三章 压力及 力 检测
第三章力及压力测量应变片
压力的概念 和单位
压力及力的 测量
应变效应
应变式压力计
应变片
应变片温度补偿 与粘贴
压电式、压磁式、 电容式、霍尔式
第三章力及压力测量应变片
转换电路
应变式 力与压力传感器
1、压力的表示 2、应变片测力的原理 3、各种类型的应变片及其特点 4、应变片的温度误差及其补偿 5、应变片的应用电路
第三章力及压力测量应变片
设有一长度为、截面积为A、半径为r、电阻率为 的金属单丝，它的电阻值R可表示为
R
l A
l
r2
当沿金属丝的长度方向作用均匀拉力（或压力）时
，上式中、r、l都将发生变化，从而导致电阻值R发生
变化。
例如
（1）金属丝受拉时，l将变长、r变小，均导致R变大； （2）某些半导体受拉时,将变大，导致R变大。
第三章力及压力测量应变片
• 丝式应变片 丝式电阻片是用0.003mm-0.01mm的合
金丝绕成栅状制成的；
第三章力及压力测量应变片
箔式应变片
箔式应变片是利用光刻、腐蚀等工艺制成的一种 很薄的金属箔栅, 其厚度一般在0.003～0.01mm。其优 点是散热条件好, 允许通过的电流较大, 可制成各种所 需的形状, 便于批量生产。
第三章力及压力测量应变片
一、压力及其单位
1.什么是压力 垂直作用在单位面积上的力称压力。
在国际单位制（SI）和我国法定计量单位 中，压力的单位是“帕斯卡”，简称“帕”， 符号为“Pa”。
1Pa1N /m 21m kg 2m s21kgm 1s2
即1N的力垂直均匀作用在1m2的面积上所 形成的压力值为1Pa。
料而言，由于其感受到应变时，电阻率 会产生很大的变化，所以灵敏度
比金属材料大几十倍。
第三章力及压力测量应变片
二、应变片的结构
与材料
由敏感栅1、基底2、盖片3、引线4和粘结剂等组成。 这些部分所选用的材料将直接影响应变片的性能。因 此，应根据使用条件和要求合理地加以选择。
43
b
2
l
栅宽
1 电阻应变片结构示意图 栅长
第三章力及压力测量应变片
（2） 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 底的全长称为基底长，其宽度称为基底宽。
（3） 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。
第三章力及压力测量应变片
• 用应变片测试应变时，将应变片粘 贴在试件表面。当试件受力变形后， 应变片上的电阻丝也随之变形，从 而使应变片电阻值发生变化，通过 测量转换电路最终转换成电压或电 流的变化。
第三章力及压力测量源自文库变片
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三、应变片的种类
1、金属应变片（应变式压力传感器） （1）金属丝式 （2）箔式 （3）薄膜式 2、半导体应变片（压阻式压力传感器）
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2、压力的表示
绝对压力PJ
大气压力PD
表压力PB 1 PB= PJ －PD
真空度PZ（负压）
PZ＝ PD－ PJ
0
表压
绝对 压力
大气压力线
1
负压
真空度
绝对压力的零线
绝对 压力
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二、应变式传感器
1、应变片的工作原理
我们可以做这样一个较简单的实验：取一根细电阻丝， 记下其初始阻值（图中为10.01）。当我们用力将该电 阻丝拉长时，会发现其阻值略有增加（增加到为 10.05）。测量应力、应变、力的传感器就是利用类似 的原理制作的。
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第三章力及压力测量应变片
（1） 敏感栅
由金属细丝绕成栅形。电阻应变片的电阻值为60Ω、120Ω、 200Ω等多种规格，以120Ω最为常用。
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。 对应变片要求必须根据实际使用情况，合理选择。
第三章力及压力测量应变片
实验证明，电阻丝及应变片的电阻相对变化量R R与材料力学中 的轴向应变x的关系在很大范围内是线性的，即
R R
Kx
K—电阻应变片的灵敏度
x — 称为电阻丝的轴向应变，也称纵向应变 x通常很小，在应变测
量中，也常将之称为微应变
对于不同的金属材料，K 略微不同，一般为2左右。而对半导体材
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其他压力单位： “工程大气压力”（kgf/cm2）、“毫米汞柱”
（气m压m” （Hga）t m、）“毫、米“ 巴水”柱（”b（amr ）mH、2 O“）P S、I ”“标）准、大 “PSI”（“磅力每平方英寸 ）
1 kgf/cm2 = 0.9807×105Pa 1mmH2O = 0.9807×10Pa 1 mmHg = 1.332×102Pa 1atm = 1.01325×105Pa 1bar=105Pa 1 PSI=6.89×103Pa
第三章力及压力测量应变片
金属丝式应变片使用最早，有纸基、胶基之分。由于金属丝式应 变片蠕变较大，金属丝易脱胶，有逐渐被箔式所取代的趋势。但 其价格便宜，多用于应变、应力的大批量、一次性试验。
箔式应变片中的箔栅是金属箔通过光刻、腐蚀等工艺制成的。箔 的材料多为电阻率高、热稳定性好的铜镍合金。箔式应变片与片 基的接触面积大得多，散热条件较好，在长时间测量时的蠕变较 小，一致性较好，适合于大批量生产。 还可以对金属箔式应变片进行适当的热处理，使其线胀系数、电 阻温度系数以及被粘贴的试件的线胀系数三者相互抵消，从而将 温度影响减小到最小的程度，目前广泛用于各种应变式传感器中 。