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1、第五章电阻应变式传感器5.1概述5.2金属电阻应变片的结构和类型5.3金属电阻应变片工作原理5.4误差分析5.5分类5.6应变片命名规则5.7应变片的主要特性及参数5.8电阻应变片的选用和粘贴5.9应变片测量电路5.10半导体应变片5.11电阻应变片式传感器的应用5.1概述电阻应变式传感器是一种利用电阻应变效应，将各种力学量（压力、荷重、扭力等）转换为电信号的结构型传感器。分类：电阻丝应变片、半导体应变片组成:电阻应变片和测量电路。电阻应变片(计)是电阻应变式传感器的核心元件，其工作原理是基于材料的电阻应变效应，电阻应变片既可单独作为传感器使用，又能作为敏感
2、元件结合弹性元件构成力学量传感器。5.2金属电阻应变片的结构和类型图5－1应变计的结构及构成(a)丝式；(b)箔式1－敏感栅；2－基底；3－引线；4－盖层；5－粘结剂常用金属应变片有:金属丝式应变片、箔式应变片以及金属薄膜应变片等。金属电阻应变片的基本结构如图5-1所示，它由盖层、敏感栅、基底及引线四部分组成。敏感栅可由金属丝、金属箔制成，它是转换元件，它被粘贴在基底上。用粘合剂粘贴在传感器弹性元件或试件上的应变片通过基底把应变传递到敏感栅上，同时基底起绝缘作用。盖层起绝缘保护作用。焊接于敏感栅两端的引线作连接测量导线之用。1、金属丝式应变片金属丝式应变片的
3、敏感栅由金属丝绕制而成。金属丝材料为电阻率ρ大而电阻温度系数小的材料。丝式应变片的规格一般以使用面积(L*b)和敏感栅的电阻值来表示。阻值一般在50～10OOΩ范围内，常用的为12OΩ。2、金属箔式应变片箔式应变片的敏感栅通过光刻、腐蚀等工艺制成，可根据需要制成任意形状，具有表面积大、散热性好、允许电流大、便于成批生产等优点。3、金属薄膜应变片金属薄膜应变片是采用真空溅射或真空沉积的方法制成，它将可产生形变的金属或合金直接沉积在弹性元件上而不用粘合剂。这样应变片的性能更好，灵敏度高。所谓薄膜指厚度在0.1µm以下的金属膜。厚度在25µm左右的称厚膜箔式应变片
4、即属厚膜。5.3金属电阻应变片工作原理1、电阻应变效应金属电阻应变片的工作原理是基于电阻应变效应。导体的电阻随着机械变形而发生变化的现象称为电阻应变效应。电阻丝较细,一般在0.015~0.06mm,其两端焊有较粗的低阻镀锡铜丝（0.1~0.2mm）4作为引线,以便与测量电路连接。图中,l称为应变计的标距,也称（基）栅长,b称为（基）栅宽,l×b称为应变计的使用面积。4312bl电阻应变计构造简图2、工作原理:应变效应设有一根圆截面的金属电阻丝如图5-2所示。其原始电阻为：图5－2金属电阻丝受拉变形受力后各部分的变化引起电阻的变化或对于直径为d的圆形截面电阻丝
5、：泊松系数太小，可忽略μ=0.3～0.5K=1.6～2ε=10-6～10-3灵敏度系数K的意义：单位应变所引起的电阻相对变化，主要是受力后材料的几何尺寸变化引起。3、结论金属电阻丝的电阻相对变化率与轴向应变成正比。4、特点优点:稳定性和温度特性好. 缺点:灵敏度系数小.1、横向效应横向缩短作用引起的电阻值的减小对于轴向伸长作用引起的电阻值的增加量起着抵消的作用，它使所测应变数值偏小，或说使应变片灵敏系数减小。弯曲半径越大，横向效应也越大通过改变电阻丝排列的形状可减小之。2、温度影响由于环境温度改变引起电阻值变化，由电阻丝温度系数α引起；由电阻丝与被测件材料的
6、线膨胀系数α1、α2的不同引起的。5.4误差分析当温度变化Δt,应变片电阻的增量ΔRt可用下式表示：ΔRt=RοαΔt+RοK(α1-α2)Δt=Rο[α+K(α1-α2]Δt令αt=α+K(α1-α2)则：ΔRt=RοαtΔt3、蠕变与粘贴相关，基片、粘合剂、被测件材料需相适应。否则不能将被测件表面变形准确地传递给应变片。另外须注意的事项：应变极限，疲劳寿命，绝缘电阻，最大电流。5.5分类应变计有很多品种系列:从尺寸上讲,长的有几百mm,短的仅0.2mm;由结构形式上看,有单片、双片、应变花和各种特殊形状的图案;就使用环境上说,有高温、低温、水、核辐射、高
7、压、磁场等;而安装形式,有粘贴、非粘贴、焊接、火焰喷涂等。主要的分类方法是根据敏感元件材料的不同,将应变计分为金属式和半导体式两大类。从敏感元件的形态又可进一步分类如下:应变计金属属性半导体式体形薄膜型丝式箔式纸基胶基体型薄模型扩散型外延型Pn结及其它形式半导体式体型薄膜型、扩散型、外延型、PN结及其他形式金属电阻应变计常见的形式有丝式、箔式、薄膜式等。丝式应变计是最早应用的品种。金属丝弯曲部分可作成圆弧、锐角或直角,如图所示。弯曲部分作成圆弧（U）形是最早常用的一种形式,制作简单但横向效应较大。直角（H）形两端用较粗的镀银铜线焊接,横向效应相对较小,但制作
8、工艺复杂,将逐渐被横向效应小、其他方面性能更优越的箔
