应变式传感器

编辑:说笑网互动百科 时间:2020-05-27 01:05:53
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应变式传感器是基于测量物体受力变形所产生的应变的一种传感器。电阻应变片则是其最常采用的传感元件。它是一种能将机械构件上应变的变化转换为电阻变化的传感元件。
中文名
应变式传感器
组    成
敏感栅、基底、引线、盖片
主要用途
测量力、力矩压力
种    类
丝式电阻应变片和箔式电阻应变片

应变式传感器基本描述

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利用电阻应变片将应变转换为电阻变化的传感器

应变式传感器主要用途

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测量力、力矩压力、加速度、重量等

应变式传感器原理

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电阻应变片的基本构造如图,它一般由敏感栅、基底、引线、盖片等组成。敏感栅由直径为0.01-0.05mm、高电阻系数的细丝弯曲而成栅状,它实际上是一个电阻元件,是电阻应变片感受构件应变的敏感部分。敏感栅用粘合剂将其固定在基底上。基底的作用应保证将构件上应变准确地传递到敏感栅上去。因此它必须作得很薄,一般为0.03-0.06mm,使它能与试件及敏
应变片的基本构造 应变片的基本构造
感栅牢固地粘结在一起。另外它还应有良好的绝缘性能、抗潮性能和耐热性能。基底材料有、胶膜、玻璃纤维布等。纸具有柔软、易于粘贴、应变极限大和价格低廉等优点,但耐温耐湿性差,一般工作温度低于70℃下采用。为了提高耐湿耐久性和使用温度,可浸以酚醛树脂类粘合剂使用温度可提高至180℃,且时间稳定性好,适用于测力等传感器使用。胶膜基底是由环氧树脂、酚醛树脂、聚脂树脂和聚酰亚胺等有机粘合剂制成的薄膜,胶膜基底具有比纸更好的柔性、耐湿性和耐久性,且使用温度可达100-300℃。玻璃纤维布能耐400-450℃高温,多用做中温或高温应变片基底。引出线的作用是将敏感栅电阻元件与测量电路相连接,一般由0.1-0.2mm低阻镀锡铜丝制成,并与敏感栅两输出端相焊接。
在测试时,将应变片用粘合剂牢固地粘贴在被测试件的表面上,随着试件受力变形,应变片的敏感栅也获得同样的变形,从而使其电阻随之发生变化,而此电阻变化是与试件应变成比例的,因此如果通过一定测量线路将这种电阻变化转换为电压或电流变化,然后再用显示记录仪表将其显示记录下来,就能知道被测试件应变量的大小。

应变式传感器特性

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应变式传感器种类及结构

种类:常见的有丝式电阻应变片和箔式电阻应变片两种。

应变式传感器基本特性

几个概念——变形、弹性变形、弹性元件
基本特性——刚度、灵敏度
刚度——弹性元件受外力作用下变形大小的量度。
灵敏度——单位力作用下弹性元件产生变形的大小。刚度的倒数。

应变式传感器灵敏系数

定义K=(ΔR/R)/εt为应变片的灵敏系数。它表示安装在被测试件上的应变在其轴向受到单向应力时,引起的电阻相对变化(ΔR/R)与其单向应力引起的试件表面轴向应变(εt)之比。
注:应变片的灵敏系数并不等于其敏感栅整长应变丝的灵敏系数,这是因为在单向应力产生应变时,应变片的灵敏系数除受到敏感栅结构形状、成型工艺、粘结剂和基底性能的影响外,尤其受到栅端圆弧部分横向效应的影响。

应变式传感器横向效应

结果:应变片的灵敏度比电阻丝的灵敏度要小
解决办法:多采用箔式应变片

应变式传感器工作电流

绝缘电阻——已粘贴的应变片的引线与被测件之间的电阻值Rm。绝缘电阻越大越好。
最大工作电流——已安装的应变片允许通过敏感栅而不影响其工作特性的最大电流Imax。工作电流大,敏感度高,但也会使应变片过热,应视材料选取不同的电流。[1] 

应变式传感器温度误差

应变片的温度误差——由于测量现场环境温度的改变而给测量带来的附加误差。
电阻应变片的温度补偿方法:
(1)线路补偿法
初始状态 Uo=A(R1 R4- RB R3)=0
温度变化后 Uo=A[(R1+ΔR1t)R4-(RB+ΔRBt)R3]=0
承受应变后 Uo=A[(R1+ΔR1t+ΔR1)R4-(RB+ΔRBt)R3]=AΔR1R4= AR1R4Kε
(2)应变片的自补偿法[1] 
电阻应变片的测量电路

应变式传感器应用

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1.
2.

应变式传感器优点

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应变式传感器具有很多优点:
1、分辨力高,能测出极微小的应变,如1-2微应变;
2、误差较小,一般小于1%;
3、尺寸小、重量轻。
4、测量范围大,从弹性变形一直可测至塑性变形(1-2%),最大可达20%;
5、既可测静态,也可测快速交变应力;
6、具有电气测量的一切优点,如测量结果便于传送、记录和处理;
7、能在各种严酷环境中工作。如从宇宙真空至数千个大气压;从接近绝对零度低温至近1000℃高温;离心加速度可达数十万个“g”;在振动、磁场、放射性、化学腐蚀等条件下,只要采取适当措施,亦能可靠地工作;
8、价格低廉、品种多样,便于选择和大量使用。
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参考资料
  • 1.    陈杰.传感器与检测技术:高等教育出版社,2002.8:40
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