电阻应变式传感器概述工作原理
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第2章 电阻应变式传感器
2.基底材料
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。
基底材料有纸基和胶基。胶基由环氧树脂、酚醛树脂和聚酰亚胺等 制成胶膜，厚度约0.03～0.05mm
3.黏合剂材料
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。
s2
ds
l s
d
dR dl ds d
Rls
对半导体材料
dR d E R
π——压阻系数,与晶向有关。 E:半导体材料的弹性模量
x
dl l
——金属丝的轴向应变；
y
dr r
——金属丝的径向应变（ dS /S=2dr/r）
εy= -μ εx ； μ——泊松系数；(Poisson ratio)
3.金属薄膜式应变片(vacuum-deposited thin-metal-film gage,
sputter- deposited thin-metal-film gage) 厚度在0. 1μm以下的金属箔；
第2章 电阻应变式传感器
2.2.3 应变片的材料 1.敏感栅材料
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；
铂
Pt
0.45~0.52 1.0~1.1
1.24~1.42 1.24~1.42
1.3~1.5 0.74~0.76 0.09~0.11
铂铱合金 Pt80,Ir20
0.35
±20 110~130
±20 ±20 ±30~40 139~192 3900
90
2.0 2.1~2.3 2.4~2.6 2.4~2.6
Ks x
线性关系
x通常很小，常用10-6表示之。例如，当 x为0.000001时，在工程
中常表示为110-6或m/m。在应变测量中，也常将之称为微应变 (με)。对金属材料而言，当它受力之后所产生的轴向应变最好不要
大于110-3，即1000m/m，否则有可能超过材料的极限强度而 导致断裂。
厚度在0.001～0.01mm的金属箔；
第2章 电阻应变式传感器
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。
第2章 电阻应变式传感器
汽车衡
第2章 电阻应变式传感器
2.1 电阻应变片的工作原理 ——金属的电阻－应变效应
金属丝的电阻随着它所受的机械变形的大小而发生相应的变 化的现象称为金属的电阻应变效应。
R l
S
金属丝受拉时，l变长、r变小，导致R变大 。
第2章 电阻应变式传感器
dR
s
dl
l
❖结构简单，使用方便 ❖易于实现自动化、多点及远距离测量、遥测； ❖灵敏度高，测量速度快，适合静态、动态测量；
第2章 电阻应变式传感器
第2章 电阻应变式传感器
应变片用于各种电子衡器
电子天平
磅秤
第2章 电阻应变式传感器
材料应变的测量
斜拉桥上的斜拉 绳应变测试
第2章 电阻应变式传感器
汽车衡称重系统
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2章 电阻应变式传感器
类型
主要成分
牌号
第2章 电阻应变式传感器
dR R
ຫໍສະໝຸດ Baidu
(1+2) x
d
=（ 1+2）+ E x
令：
KS
dR R
X
1+2
d
x
式中：KS ——金属丝的灵敏系数；(gage factor)
在金属丝的弹性范围内，灵敏系数KS 为常数，即 ：
R R
第2章 电阻应变式传感器
2.2 电阻应变片的结构、种类和材料 2.2.1应变片的基本结构
2.2.2应变片的种类
第2章 电阻应变式传感器 1.金属丝式应变片 (bonded metal-wire gage)
直径在0.012～0.05mm的金属丝；
2.金属箔式应变片(bonded metal-foil gage)
灵敏系数Ks
线膨胀系数β/ （10-6/℃）
最高使用温度 /℃
康铜
Cu55 Ni45
镍铬合金
Ni80 Cr20
卡玛合金 6J22
Ni74,Cr20 Al3,Fe3
伊文合金 6J23
Ni75,Cr20 Al3,Cu2
铁铬铝合金
Fe余量
Cr26,Al5.4
铂钨合金 Pt90.5~91.5 W8.5~9.5
第2章 电阻应变式传感器
第2章 电阻应变式传感器
Resistance Strain Gage
第2章 电阻应变式传感器
电阻应变式传感器概述
❖可测力、压力、位移、应变、加速度等物理量；
力、压 力、位
移
弹性 敏感 元件
电阻 应变 片
R
电桥 电路
U
❖工作原理：金属丝、箔、薄膜在外界应力 作用下电 阻值变化的效应——电阻应变效应
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。 常用材料有：康铜、镍铬合金、铁铬铝合金、铁镍铬合金、铂、 铂钨合金等，如下表。
第2章 电阻应变式传感器
材料名称
化学成分%
电阻率
电阻温度系数
ρ/(Ω·mm²/m) α/（10-6/℃）
4.6 1.0
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第2章 电阻应变式传感器
2.基底材料
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。
基底材料有纸基和胶基。胶基由环氧树脂、酚醛树脂和聚酰亚胺等 制成胶膜，厚度约0.03～0.05mm
3.黏合剂材料
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。
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l s
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dR dl ds d
Rls
对半导体材料
dR d E R
π——压阻系数,与晶向有关。 E:半导体材料的弹性模量
x
dl l
——金属丝的轴向应变；
y
dr r
——金属丝的径向应变（ dS /S=2dr/r）
εy= -μ εx ； μ——泊松系数；(Poisson ratio)
3.金属薄膜式应变片(vacuum-deposited thin-metal-film gage,
sputter- deposited thin-metal-film gage) 厚度在0. 1μm以下的金属箔；
第2章 电阻应变式传感器
2.2.3 应变片的材料 1.敏感栅材料
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；
铂
Pt
0.45~0.52 1.0~1.1
1.24~1.42 1.24~1.42
1.3~1.5 0.74~0.76 0.09~0.11
铂铱合金 Pt80,Ir20
0.35
±20 110~130
±20 ±20 ±30~40 139~192 3900
90
2.0 2.1~2.3 2.4~2.6 2.4~2.6
Ks x
线性关系
x通常很小，常用10-6表示之。例如，当 x为0.000001时，在工程
中常表示为110-6或m/m。在应变测量中，也常将之称为微应变 (με)。对金属材料而言，当它受力之后所产生的轴向应变最好不要
大于110-3，即1000m/m，否则有可能超过材料的极限强度而 导致断裂。
厚度在0.001～0.01mm的金属箔；
第2章 电阻应变式传感器
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。
第2章 电阻应变式传感器
汽车衡
第2章 电阻应变式传感器
2.1 电阻应变片的工作原理 ——金属的电阻－应变效应
金属丝的电阻随着它所受的机械变形的大小而发生相应的变 化的现象称为金属的电阻应变效应。
R l
S
金属丝受拉时，l变长、r变小，导致R变大 。
第2章 电阻应变式传感器
dR
s
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❖结构简单，使用方便 ❖易于实现自动化、多点及远距离测量、遥测； ❖灵敏度高，测量速度快，适合静态、动态测量；
第2章 电阻应变式传感器
第2章 电阻应变式传感器
应变片用于各种电子衡器
电子天平
磅秤
第2章 电阻应变式传感器
材料应变的测量
斜拉桥上的斜拉 绳应变测试
第2章 电阻应变式传感器
汽车衡称重系统
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2章 电阻应变式传感器
类型
主要成分
牌号
第2章 电阻应变式传感器
dR R
ຫໍສະໝຸດ Baidu
(1+2) x
d
=（ 1+2）+ E x
令：
KS
dR R
X
1+2
d
x
式中：KS ——金属丝的灵敏系数；(gage factor)
在金属丝的弹性范围内，灵敏系数KS 为常数，即 ：
R R
第2章 电阻应变式传感器
2.2 电阻应变片的结构、种类和材料 2.2.1应变片的基本结构
2.2.2应变片的种类
第2章 电阻应变式传感器 1.金属丝式应变片 (bonded metal-wire gage)
直径在0.012～0.05mm的金属丝；
2.金属箔式应变片(bonded metal-foil gage)
灵敏系数Ks
线膨胀系数β/ （10-6/℃）
最高使用温度 /℃
康铜
Cu55 Ni45
镍铬合金
Ni80 Cr20
卡玛合金 6J22
Ni74,Cr20 Al3,Fe3
伊文合金 6J23
Ni75,Cr20 Al3,Cu2
铁铬铝合金
Fe余量
Cr26,Al5.4
铂钨合金 Pt90.5~91.5 W8.5~9.5
第2章 电阻应变式传感器
第2章 电阻应变式传感器
Resistance Strain Gage
第2章 电阻应变式传感器
电阻应变式传感器概述
❖可测力、压力、位移、应变、加速度等物理量；
力、压 力、位
移
弹性 敏感 元件
电阻 应变 片
R
电桥 电路
U
❖工作原理：金属丝、箔、薄膜在外界应力 作用下电 阻值变化的效应——电阻应变效应
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。 常用材料有：康铜、镍铬合金、铁铬铝合金、铁镍铬合金、铂、 铂钨合金等，如下表。
第2章 电阻应变式传感器
材料名称
化学成分%
电阻率
电阻温度系数
ρ/(Ω·mm²/m) α/（10-6/℃）