電阻應(yīng)變片的選擇與應(yīng)用

1、電阻應(yīng)變片的選擇與應(yīng)用電阻應(yīng)變片的選擇與應(yīng)用康凡南京信息工程大學(xué)電子工程系南京210044摘要：摘要：本文主要從電阻應(yīng)變片的形式、尺寸、阻值、溫度、蠕變等幾個(gè)方面，談了選用電阻應(yīng)變片的方法和原則，還介紹了電阻應(yīng)變片在一些新技術(shù)中的應(yīng)用，以及電阻應(yīng)變片未來(lái)的發(fā)展。對(duì)電阻應(yīng)變片的選擇要點(diǎn)與應(yīng)用注意事項(xiàng)做了簡(jiǎn)要的論述。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：電阻應(yīng)變片；傳感器；柵長(zhǎng)；頻率；蠕變；電阻應(yīng)變測(cè)試技術(shù)。1引言：引言：電阻應(yīng)變片是一種電阻式的敏感元件，它一般

2、由基底、敏感柵、覆蓋層和引線四部分組成。把一根電阻絲機(jī)械的分布在一塊有機(jī)材料制成的基底上，即成為一片應(yīng)變片?，F(xiàn)在使用的稱重傳感器、力傳感器，絕大部分都是電阻應(yīng)變式傳感器。隨著傳感器在科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及日常生活中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用，對(duì)傳感器技術(shù)的要求也越來(lái)越高。以下討論的是傳感器生產(chǎn)選用電阻應(yīng)變片應(yīng)著重考慮的因素及傳感器在生產(chǎn)方面的應(yīng)用。2電阻應(yīng)變片的工作原理電阻應(yīng)變片的工作原理2.1金屬的電阻應(yīng)變效應(yīng)金屬的電阻應(yīng)變效應(yīng)當(dāng)金

3、屬絲在外力作用下發(fā)生機(jī)械型變時(shí)，其電阻值將發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱為電阻的應(yīng)變效應(yīng)。2.2應(yīng)變片的基本結(jié)構(gòu)及量原理應(yīng)變片的基本結(jié)構(gòu)及量原理各種電阻應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)大體相同，一般以合金電阻絲繞成形如柵欄的敏感柵，敏感柵粘貼在絕緣的基底上，電阻絲的兩端焊接引出線，敏感柵上面粘貼有保護(hù)用的覆蓋層。用應(yīng)變片測(cè)量受力應(yīng)變時(shí)，將應(yīng)變片粘貼于被測(cè)對(duì)象的表面。在外力作用下，被測(cè)對(duì)象表面產(chǎn)生微小機(jī)械變形時(shí)，應(yīng)變片敏感柵也隨同變形，其電阻值發(fā)生相應(yīng)變化。通過(guò)轉(zhuǎn)換電

4、路轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電壓或電流變化。其存在如下關(guān)系式:=kRR??式中:為電阻變化率k為靈敏系數(shù)為應(yīng)變值。RR??圖1電阻應(yīng)變片結(jié)構(gòu)圖絕緣電阻是指應(yīng)變片的引線與被測(cè)試件之間的電阻值。通常要求50～100M左右。?絕緣電阻過(guò)低，會(huì)造成應(yīng)變片與試件之間漏電而產(chǎn)生測(cè)量誤差。如果應(yīng)變片受潮，絕緣電阻大大降低。應(yīng)變片絕緣電阻取決與粘合劑及基底材料的種類以及它們的固化工藝。基底與膠層愈厚，絕緣電阻愈大，但會(huì)使應(yīng)變片靈敏系數(shù)減小，蠕變和滯后增加，因此基底與

5、膠層不可太厚。2.4電阻應(yīng)變片的優(yōu)點(diǎn)電阻應(yīng)變片的優(yōu)點(diǎn)與其他測(cè)量手段相比，電阻應(yīng)變片有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）測(cè)量應(yīng)變的靈敏度和精確度高，性能穩(wěn)定、可靠，可測(cè)1～2，誤差小于??1％。（2）應(yīng)變片尺寸小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、響應(yīng)速度快。測(cè)量時(shí)對(duì)被測(cè)件的工作狀態(tài)和應(yīng)力分布影響較小，既可用于靜態(tài)測(cè)量，又可用于動(dòng)態(tài)測(cè)量。（3）測(cè)量范圍大。既可測(cè)量彈性變形，也可測(cè)量塑性變形。變形范圍可從1％～20％。（4）適應(yīng)性強(qiáng)。可在高溫、超低溫、高壓、水下、

6、強(qiáng)磁場(chǎng)以及核輻射等惡劣環(huán)境下使用。（5）便于多點(diǎn)測(cè)量、遠(yuǎn)距離測(cè)量和遙測(cè)。3電阻應(yīng)變片的選擇電阻應(yīng)變片的選擇3.1電阻應(yīng)變片應(yīng)具有的基本特性電阻應(yīng)變片應(yīng)具有的基本特性1具有適當(dāng)?shù)木€性靈敏系數(shù)，并且穩(wěn)定性較高；2具有蠕變自補(bǔ)償功能；3具有小的電阻溫度系數(shù)，熱輸出小，零點(diǎn)漂移?。?橫向效應(yīng)系數(shù)小，機(jī)械滯后小，疲勞壽命高；5具有較好的穩(wěn)定性、重復(fù)性，并且能夠在較寬的溫度范圍內(nèi)工作；6適用于動(dòng)態(tài)和靜態(tài)測(cè)量。滿足以上要求的電阻應(yīng)變片的種類很多，具體

7、選用時(shí)還要根據(jù)彈性體的結(jié)構(gòu)、應(yīng)力狀態(tài)、材料、使用環(huán)境條件、以及電阻應(yīng)變片的阻值、尺寸、蠕變匹配等因素，綜合考慮選用合適的應(yīng)變片。3.2應(yīng)變片結(jié)構(gòu)形式的選擇根據(jù)應(yīng)變測(cè)量的目的、被測(cè)試件的材料和其應(yīng)力狀態(tài)以及測(cè)量精度，選擇應(yīng)變片的形式，對(duì)于測(cè)試點(diǎn)應(yīng)力狀態(tài)是一維應(yīng)力的結(jié)構(gòu)，可以選用單軸應(yīng)變片，已經(jīng)知道主應(yīng)力方向的二維應(yīng)力結(jié)構(gòu)，可以使用直角應(yīng)變花，并使其中一條應(yīng)變柵與主應(yīng)力方向一致，如主應(yīng)力方向未知就必須使用三柵或四柵的應(yīng)變花。對(duì)于傳感器設(shè)計(jì)來(lái)