基于应变电阻的筒式压力传感器.doc

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1、前言传感器技术在当代科技领域占有十分重要的地位。所谓传感器就是能够规定的被测量并按一定规律转换成可用于输出信号的器件或装置。传感器的种类很多，其中的电阻应变式传感器就是应用及其广泛的一种。电阻应变式传感器具有悠久的历史。将电阻应变片粘贴到各种弹性敏感元件上，可构成测量位移、力、力矩、压力等各种参数的电阻应变式传感。电阻应变式传感器具有以下很多优点：1.结构简单，使用方便，性能稳定、可靠；2.易于实现测试过程自动化合多点同步测量、远距离测量和遥测；3.灵敏度高，测量速度快，适合静态、动态测量；4.可以测量多种物理量。电阻应变式传感器的结构和工作原理很简单。电阻应变式式传感器由弹性敏感元

2、件与电阻应变片构成。弹性元件在感受被测量时将产生变形，其表面产生应变。而粘贴在敏感元件表面的电阻应变片将随着弹性敏感元件产生变形，因此电阻应变片的电阻值也产生相应的变化。这样，测量电阻应变片的电阻值变化就可以确定被测量的大小了。设计的传感器的技术参数：最大量程：10MPa精度：1级最大工作频率：30KHz第一章电阻应变敏感元件的设计1.1电阻--应变特性我们知道金属丝的电阻可表示为(1.1)式中R---金属丝的电阻；---金属丝的电阻率（·mm²/m）；L---金属丝的长度(m);F---金属丝的截面积。如图1—1示，图1—1金属导体受力变形情况考虑到金属材料的泊松效应，经数学变换可

3、以得到金属丝的电阻应变特性即（1.2）令（1-3）称为金属丝的灵敏系数，表征金属丝产生单位变形时电阻相对变化的大小。由于目前还不能用确切的表达式给出，因此都由实验测得。实验表明，在金属丝变形的弹性围，电阻相对变化与应变式成正比的，故是一个常数。所以式（1-3）以增量表示为（1-4）金属丝做成敏感栅时，其电阻—应变特性就与直线时不同了，实验表明，应变片的与的关系在很大围仍有很好的线性关系，即(1--5)式中为电阻应变片的灵敏系数。因为应变片存在横向效应所以<。1.2应变片的选择1.应变片材料的选择（1）灵敏系数和电阻率要尽可能高而稳定，电阻率与机械应变之间应该具有良好而宽广的线性关系，

4、即要求在很大围位常数；（2）电阻温度系数要小，电阻—温度间的线性关系和重复性好；（3）机械强度高，辗压及焊接性能好，与其他金属之间接触热电势小；（4）抗氧化、耐腐蚀性能强、无明显机械滞后。制作应变片敏感栅常用的材料有康铜、镍铬合金、铁镍铬合金、贵金属（铂、铂钨合金等）材料等，材料的性能见表1—1.表1—1常见应变电阻合金材料性能表由上表，选择康铜箔片作为敏感栅材料。康铜这种材料容易得到，价格便宜，其电阻温度系数较小。2.应变片基底材料基底的作用是固定应变计的敏感栅，使它保持一定的几何形状，并使电阻敏感栅与弹性元件相互绝缘。所以它是电阻应变计的重要组成部分。应变片基底材料有纸和聚合物两

5、大类，纸类逐渐被胶基（有机聚合物）取代，因为胶基各方面性能都好于纸基。胶基是由环氧树脂、酚醛树脂和聚酰亚胺等制成膜，厚约0.03—0.05mm.对基底材料性能的要求有如下要求：（1）机械强度高，挠性好；（2）粘贴性能好；（3）电绝缘性能好；（4）热稳定性好和抗湿性好；（5）无滞后和蠕变。所以可以选用玻璃纤维布作为基底材料。3.引线材料引出线是连接敏感栅和测量线路的丝状或带状的金属导线，一般要求引出线材料具有低的稳定的电阻率及小的电阻温度系数。常温应变计引出线多用镀银紫铜丝或铜带，高温应变计多采用镍铬、银、铂或铂铬等。高疲劳寿命的应变计采用铍青铜作引出线。引出线与敏感栅的连接，可以用锡

6、焊、电弧焊、电接触焊等。康铜丝敏感栅应变片引线采用直径为0.05—0.18mm的银铜丝，采用点焊焊接。4.粘合剂电阻应变片工作时总是被粘贴在试件或传感器的弹性元件上。在测试被测量时粘合剂所形成的胶层起着非常重要的作用，它应准确无误地将试件或弹性元件的应变传递到应变片的敏感栅上去。所以粘合剂与粘贴技术对于测量结果有直接作用。粘合剂的要求有：（1）有一定的粘结强度；（2）能准确传递应变；（3）蠕变小；（4）机械滞后小；（5）耐疲劳、性能好（6）长期稳定性好；（7）能够足够的稳定性能；（8）对弹性元件和应变片不产生化学腐蚀作用（9）有适当的贮存期（10）有较大的使用温度围。在实际上不可能满

7、足所有的要求只能针对具体条件和主要性能要求选用适当的粘合剂。5.应变极限对于已安装好的应变计，在一定温度下，指示应变与被测试件真实应变的相对误差不超过一定值（一般为10%)时，所能测量的最大真实应变值称为应变极限。我们要求应变片的应变极限至少要大于1000×10-6。影响应变极限的主要因素是粘结剂和基底材料传递变形的能力，以及应变片的安装质量。为了减小此影响，应选用抗剪强度较高的粘结剂和基底材料，以及合理的粘贴安装。基底和粘结剂的厚度不要太大，并应适当地进