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利用電阻應(yīng)變片將應(yīng)變轉(zhuǎn)換為電阻變化的傳感器

測量力、力矩、壓力、加速度、重量等

電阻應(yīng)變片的基本構(gòu)造如圖,它一般由敏感柵、基底、引線、蓋片等組成。敏感柵由直徑為0.01-0.05mm、高電阻系數(shù)的細(xì)絲彎曲而成柵狀,它實(shí)際上是一個(gè)電阻元件,是電阻應(yīng)變片感受構(gòu)件應(yīng)變的敏感部分。敏感柵用粘合劑將其固定在基底上。基底的作用應(yīng)保證將構(gòu)件上應(yīng)變準(zhǔn)確地傳遞到敏感柵上去。因此它必須作得很薄,一般為0.03-0.06mm,使它能與試件及敏感柵牢固地粘結(jié)在一起。另外它還應(yīng)有良好的絕緣性能、抗潮性能和耐熱性能�；�底材料有紙、膠膜、玻璃纖維布等。紙具有柔軟、易于粘貼、應(yīng)變極限大和價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn),但耐溫耐濕性差,一般工作溫度低于70℃下采用。為了提高耐濕耐久性和使用溫度,可浸以酚醛樹脂類粘合劑使用溫度可提高至180℃,而且時(shí)間穩(wěn)定性好,適用于測力等傳感器使用。膠膜基底是由環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、聚脂樹脂和聚酰亞胺等有機(jī)粘合劑制成的薄膜,膠膜基底具有比紙更好的柔性、耐濕性和耐久性,且使用溫度可達(dá)100-300℃。玻璃纖維布能耐400-450℃高溫,多用做中溫或高溫應(yīng)變片基底。引出線的作用是將敏感柵電阻元件與測量電路相連接,一般由0.1-0.2mm低阻鍍錫銅絲制成,并與敏感柵兩輸出端相焊接。

在測試時(shí),將應(yīng)變片用粘合劑牢固地粘貼在被測試件的表面上,隨著試件受力變形,應(yīng)變片的敏感柵也獲得同樣的變形,從而使其電阻隨之發(fā)生變化,而此電阻變化是與試件應(yīng)變成比例的,因此如果通過一定測量線路將這種電阻變化轉(zhuǎn)換為電壓或電流變化,然后再用顯示記錄儀表將其顯示記錄下來,就能知道被測試件應(yīng)變量的大小。

種類及結(jié)構(gòu)

種類:常見的有絲式電阻應(yīng)變片和箔式電阻應(yīng)變片兩種。

基本特性

幾個(gè)概念——變形、彈性變形、彈性元件

基本特性——?jiǎng)偠�、靈敏度

剛度——彈性元件受外力作用下變形大小的量度。

靈敏度——單位力作用下彈性元件產(chǎn)生變形的大小。剛度的倒數(shù)。

靈敏系數(shù)

定義K=(ΔR/R)/εt為應(yīng)變片的靈敏系數(shù)。它表示安裝在被測試件上的應(yīng)變在其軸向受到單向應(yīng)力時(shí),引起的電阻相對變化(ΔR/R)與其單向應(yīng)力引起的試件表面軸向應(yīng)變(εt)之比。

注:應(yīng)變片的靈敏系數(shù)并不等于其敏感柵整長應(yīng)變絲的靈敏系數(shù),這是因?yàn)樵趩蜗驊?yīng)力產(chǎn)生應(yīng)變時(shí),應(yīng)變片的靈敏系數(shù)除受到敏感柵結(jié)構(gòu)形狀、成型工藝、粘結(jié)劑和基底性能的影響外,尤其受到柵端圓弧部分橫向效應(yīng)的影響。

橫向效應(yīng)

結(jié)果:應(yīng)變片的靈敏度比電阻絲的靈敏度要小

解決辦法:多采用箔式應(yīng)變片

工作電流

絕緣電阻——已粘貼的應(yīng)變片的引線與被測件之間的電阻值Rm。絕緣電阻越大越好。

最大工作電流——已安裝的應(yīng)變片允許通過敏感柵而不影響其工作特性的最大電流Imax。工作電流大,敏感度高,但也會(huì)使應(yīng)變片過熱,應(yīng)視材料選取不同的電流。

溫度誤差

應(yīng)變片的溫度誤差——由于測量現(xiàn)場環(huán)境溫度的改變而給測量帶來的附加誤差。

電阻應(yīng)變片的溫度補(bǔ)償方法:

1、線路補(bǔ)償法

初始狀態(tài) Uo=A(R1 R4- RB R3)=0

溫度變化后 Uo=A[(R1+ΔR1t)R4-(RB+ΔRBt)R3]=0

承受應(yīng)變后 Uo=A[(R1+ΔR1t+ΔR1)R4-(RB+ΔRBt)R3]=AΔR1R4= AR1R4Kε

2、應(yīng)變片的自補(bǔ)償法

電阻應(yīng)變片的測量電路

應(yīng)變式傳感器具有很多優(yōu)點(diǎn):

1、分辨力高,能測出極微小的應(yīng)變,如1-2微應(yīng)變;

2、誤差較小,一般小于1%;

3、尺寸小、重量輕。

4、測量范圍大,從彈性變形一直可測至塑性變形(1-2%),最大可達(dá)20%;

5、既可測靜態(tài),也可測快速交變應(yīng)力;

6、具有電氣測量的一切優(yōu)點(diǎn),如測量結(jié)果便于傳送、記錄和處理;

7、能在各種嚴(yán)酷環(huán)境中工作。如從宇宙真空至數(shù)千個(gè)大氣壓;從接近絕對零度低溫至近1000℃高溫;離心加速度可達(dá)數(shù)十萬個(gè)"g";在振動(dòng)、磁場、放射性、化學(xué)腐蝕等條件下,只要采取適當(dāng)措施,亦能可靠地工作;

8、價(jià)格低廉、品種多樣,便于選擇和大量使用。