低温电阻应变式传感器测量技术的研究.pdf

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1、计量与测试技术D15丰第42卷第6期低温电阻应变式传感器测量技术的研究赵珊珊胡立荣兰玉歧(北京航天试验技术研究所，北京100074)摘要：电阻应变片是广泛应用的传感元件之一，已成为电测技术中重要的检测手段。将其制成电阻应变式传感器可以用来测量多种参数。但是，常用的电阻应变式传感器主要是在室温环境条件下使用，对于在低温环境条件下使用的电阻应变式传感器的研究很少。本文旨在针对低温，主要是在液氮(一196℃)温区下开展电阻应变式传感器测量技术的研究，通过将试验结果同理论计算结果相比较来分析该电阻应变式传感器在液氮温区下的测量性能。结果表明

2、，在应变片正确粘贴及良好固化的情况下，低温电阻应变式传感器能够在液氮温区给出较高精度的测量结果。关键词：液氮温区；应变测量中图分类号：TB971文献标识码：A国家标准学科分类代码：460．4030DOI：10．15988／j．cnki．1004—6941．2015．06．012MeasurementofResistanceStrainSensorTechnologyatLowTemperatureZhaoShanshanHuLirongLanYuqi1引言电阻应变片的原理主要是基于金属电阻丝的电阻一近年来传感器测量技术的应用、研究已

3、经在许多发应变效应。设有一段长为L，横截面积为A，电阻率为P达国家中得到了广泛的关注。电阻应变片是应用范围最的金属电阻丝，其初始电阻值R为广、使用最方便的传感元件之一。将电阻应变片粘贴到=p-7(1)各种弹性敏感元件上，可以用来测量力、力矩、重量、压力、加速度等参数，具有测量精度高、应用范围广、使用寿式中：金属电阻丝的横截面积A=7rr，其中，r为金命长、性能稳定可靠等特点。在机械、建筑、化工、电力、属电阻丝的半径。航空等领域中有着广泛的应用。但是，常用的电阻应变当金属电阻丝沿其轴线方向受力而产生形变时，其式传感器主要是适用于室温环

4、境，对于在低温环境条件电阻值也随之发生改变，这一现象称之为电阻一应变效应。为了得到金属电阻丝的电阻与应变之间的转换关下使用的电阻应变片的研究很少。针对上述情况，本文拟在低温，主要是在液氮(一196oC)温区下开展电阻应系，将式(1)取对数并微分，得：dRdodLdA(2)变式传感器测量技术的研究，探索在液氮温区下应变的一一R：=D++。⋯⋯LAll测量技术。式中：40／p为金属电阻丝电阻率的相对变化，由材2应变片的结构料力学知识，可知：应变片主要是由敏感栅、基底、引线和覆盖层组成。dV其中敏感栅是应变片的核心元件，起着将应变转化为电

5、-=m=m(1一)警(3)。阻的关键作用，因而敏感栅的材料对电阻应变式传感器式中：常数；d单位体积的金属电阻丝的体的性能起着关键作用。基底主要是用来固定敏感栅，同积变化。时起到将敏感栅与弹性体相互绝缘的作用。由于应变片一为金属电阻丝的长度变化率，用应变表示为：在工作时，基底起着把瞬时应变传递给敏感栅的作用，因dL此基底通常很薄。常用的基底材料有纸、胶膜和玻璃纤占(4)维布等。引线则主要用于连接敏感栅和测量线路。引线式中：dA／A一单位横截面积的金属电阻丝的面积变材料通常选用电阻率小而稳定、温度系数小的金属导线化，用D表示导线直径则：

6、材料。覆盖层主要起到保护敏感栅的作用，防止其被高温氧化或使其免受机械损伤。警=2=2(一警)=一2c53电阻应变片的原理式中：一金属导线材料的泊松比。收稿日期：2015—03—11赵珊珊等：低温电阻应变式传感器测量技术的研究将式(3)、(4)、(5)代入(2)中，得：的电阻应变片的阻值为(60～1000)Q。所选用的电阻应变片是由日本东京测器研究所(TML)生产的CFLA一警=【(1+)+m(1—2／x)le(6)350—11型电阻应变片，其电阻应变片的阻值为3504-设：[(1+)+m(1一)】=K(7)1．0Q，应变参数为2．0

7、94-1％，其中热输出对应变测量式中：电阻应变片的灵敏度系数，即：的影响为：(4-0．06)％／l0℃。液氮温度的测量选用的：(8)是热电偶壁温温度传感器，并采用数字多用表2700进行温度参数的采集。上式表明，金属电阻丝受力发生变形时，其电阻的相B对变化率与导线的应变成正比关系。因此，我们可以通过测量金属丝电阻的相对变化率来得到弹性体表面的应变。电阻应变片就是利用这一原理制成的传感器元件。4电阻应变式传感器AD电阻应变式传感器主要是基于惠斯顿电桥的原理制作而成的，将其同电阻应变片组成测量电桥并对测量电桥的输出信号进行放大，实现将电阻

8、的变化转换成应变。由(8)可知，为了测得应变，只需求出,4R。因此，我们将电阻应变片，温度补偿片R和精密绕线电阻R，、R(R，=R)组成测量电桥，即惠斯顿电桥，如图1所示。电桥的A、c端为输入端，接直接电流，输入电压为图1惠斯顿电桥；