电阻应变片式传感器应用

应变片主要参数和工作特性
蠕变 机械滞后
标准：应变片承受应变为1000με时，经一小时 应变片指示应变的变化量。
对已安装的应变片，在环境温度恒定，加载和减 载过程中同一载荷下应变片指示应变量大差值。
应变极限 横向效应系数 绝缘电阻 疲劳寿命 最大工作电流
电阻应变片式传感器应用
粘贴质量要求 粘贴牢固 胶层薄而均匀 绝缘性好 蠕变小
固化过程变形小 绝缘阻值高 工艺性
电阻应变片式传感器工作原理
电阻应变效应 当金属丝在外力作用下产生机械变形时，
其电阻值发生变化。
R L
A
dL
L
微分 电阻相对变化
dR dL L dA L d
A
A2
A
dR dL dA d R LA
纵向应变
106
整理
A r 2
dA 2rdr
用途：位移传感器、压力传感器、温度传感器、…
工作原理：电阻应变式、电感式、电容式、压电式、…
被测量的转换特征：结构型和物性型
能量传递方式：能量控制型传感器和能量转换型传感器
主要内容
电位器式式传感器 电阻应变式传感器 电感式传感器 电容式传感器 压电式传感器 磁敏传感器 光电式传感器 集成传感器
vsound / fvibration
灵敏度系数K 特定条件：单向应力；轴线应力；材料一定，μ不变
零点飘移
对已安装的应变片，在环境温度恒定，但无机械应变条件 下，应变片指示应变随时间的变化。
热输出
安装在线膨胀系数试件上，试件可以自由膨胀并不受外力作
用，缓慢升（或降）温的均匀温度场内，温度变化引起的应 变片指示应变。
快、技术成熟
电阻应变片式传感器
• 结构
1-敏感栅 2-基片 3-覆盖层 4-引线 l——应变片的基长，b——基宽
• 材料 直径为0.025mm左右的康铜(wCu为57％、wNi为43％)或
镍铬合金丝(wNi为80％、wCr为20％) 阻值系列：60Ω、120Ω、350Ω、600Ω、1000Ω，以120Ω为最常用。
表面清理 划线 应变片粘贴 粘接层固化
直流电阻电桥 万用表
粘贴质量检验 测量通断 应变片和实践通断
兆欧表
502胶 引线和试件间的绝缘电阻
安装连接线 连接端子、连接线
检查 应变片防护
无水乙醇
如何评价应变片粘贴工艺
对粘接剂要求 强度 固化后不吸潮 蠕变和滞后小 能长期储存
金属电阻丝的灵敏度一般在1.7～3.6左右。
二、半导体应变片
压阻效应 半导体单晶材料在沿某一方
向受到外力作用时，电阻率会发生相应变
化的现象称为压阻效应。
dR (1 2) d
R

(1+2μ)ε很小
λ压阻系数
dR d E R
灵敏度
• 类型
K dR / R E
dR dL 2dr d RLr
dr dL
r
L
dR (1 2) d
R

电阻应变片式传感器工作原理
dR (1 2) d
R

应变系数或灵敏度 金属电阻应变系数
K dR / R (1 2) d /


dR K
R
K dR / R dR / R 1 2 常数 dL/L
体型半导体应变片 薄膜型半导体应变片 扩散型半导体应变片
1-基片 2-半导体 3-导线 4-接线片 5-引出线
优点： ➢灵敏度高，比金属应变片 要高50～70倍，P型硅的灵 敏度可达175。 ➢还有横向效应和机械滞后 小、体积小等特点。
半导体应变片
局限性
电阻值温度稳定性差 因附加变形产生的电阻变化大 灵敏系数温度稳定性差 受拉应变和压应变时的K不一致 输出量较大时，非线性严重
电位器式位移测量传感器
光电式电位器结构图 线绕电位器的阶梯输出特性
1-光电导体 2-基体 3-电阻薄膜 4-窄光束5-导电带
电阻应变式传感器
电阻应变片 金属电阻应变片 半导体应变片
原理：利用电阻应变片将应变转换为
电阻变化
功能：测量应变、力、扭矩、位移、加
速度等
特点：灵敏度高、测量精确、动态响应
孙裕晶
2011.10.10
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传感器原理与应用
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测试系统特性分析
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测试系统 传感器
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第2章 常用传感器原理与应用
分类
600-1000με时非线性开始明显； 1000με以上时非线性较大。
半导体应变片灵敏度系数离散度大 3%-5%
应变片主要参数和工作特性
应变片尺寸 阻值
最小尺寸： 丝式：3-5mm 箔式：0.2-0.5mm 选片原则：试件测量部位大小； 应变梯度；
动态测试中 栅长<
~ 1 1
10 20
位移传感器
悬臂梁式位移传感器
应变片式位移传感器
1-测量头 2-悬臂梁 3-弹簧 4-外壳 5-测量杆 6-调整螺母 7-应变片
电阻应变片式传感器应用
适用于电子汽车衡、轨道衡和测力系统
直接把应变片贴在试件上:
安装方便 适用于电子吊秤 配料秤． 机改电等悬挂称 重系统
机器人
实验1：应变片的粘贴工艺