《电阻应变片》课件.ppt

2 电阻应变片 本章内容： 2.1 电阻应变片的结构及工作原理 2.2 电阻应变片的工作特性 2.3 电阻应变片的选用 2.4 电阻应变片的粘贴及防护 2.1 电阻应变片的结构及工作原理 电阻应变片是非电量电测法中最 常见的一种传感元件，是一种转换元 件。 即：把机械量（ε）→电量（R）， 以供电子仪器进行测量。 2.1.1 电阻应变片的结构组成 一、电阻应变片的结构 组成 组成：基底 敏感栅 覆盖层 粘结剂 引线 2.结构 二、各组成的作用 敏感栅：是应变片的转换元件 基底：固定和保护敏感栅、引线的几何形状和相对位置。基底厚度一般为0.02～0.04mm，常用的基底材料有纸基、布基和玻璃纤维布基等。 覆盖层：既保持敏感栅和引线的形状和相对位置，还可保护敏感栅不与外界金属物接触，以免引起短路和机械损伤 引线：从敏感栅引出电信号，并与测量电路连接。常用直径约0.1～0.15mm的镀锡铜线或扁带形的其他金属材料制成。 粘结剂：将敏感栅固定于基底上，并将覆盖层与基底粘贴在一起。 2.1.2 电阻应变片的种类及常用材料 电阻应变片的种类：种类很多，分类方法也 各不相同。 1）按基底材料：纸基、胶基、金属基应变片 2）按敏感栅材料分：金属栅、半导体应变片 3）按敏感栅数目、形状和配置分：有单轴、多 轴（应变花）、特殊性应变片 4）按使用场合分：高温、中温、常温、低温、 超低温应变片 5）按粘贴方式分：粘贴式、焊接式、喷射式和 埋入 式应变片 2. 常用电阻应变片及其应用 根据应变片的质地，主要有金属电阻应变片和半导体应变片两大类。 1）金属电阻应变片：结构形式 有丝式、箔式和薄膜式三种 丝式应变片：结构简单、价格低、强度高、但允许通过的电流较小，测量精度较低，适用于测量要求不很高的场合使用。 箔式应变片：敏感栅是通过光刻、腐蚀等工艺制成。箔栅厚度一般在0.003-0.01mm之间。其面积大、散热性好、允许通过较大的电流、且厚度薄，故具有较好的可绕性，灵敏度系数较高。 金属薄膜应变片：采用真空蒸镀或溅射式阴极扩散等方法，在薄的基底材料上制成一层金属电阻材料薄膜而形成应变片。其有较高的灵敏度系数，允许电流密度大，工作温度范围较广。 2）半导体应变片：半导体应变片是利用半导体材料的压阻效应而制成的一种纯电阻性元件 压阻效应：对一块半导体材料的某一轴向施加一定的载荷而产生应力时，它的电阻率会发生变化，这种物理现象称为半导体的压阻效应 半导体应变片的类型：体型半导体应变片、薄膜型半导体应变片、扩散型半导体应变片 概括： 电阻应变片具有金属的应变效应，即在外力作用下产生机械形变，从而使电阻值随之发生相应的变化。电阻应变片主要有金属和半导体两类，金属应变片有金属丝式、箔式、薄膜式之分。半导体应变片具有灵敏度高（通常是丝式、箔式的几十倍）、横向效应小等优点。 典型的应变片——纸基金属丝式应变片 3. 应变片的常用材料 4YC3：Fe-Cr-Al系550℃高应变电阻合金，其电阻率高，电阻温度系数低，热稳定性好，主要用于工作温度≦550℃的电阻应变计 4YC4：Fe-Cr-Al系750℃高温应变电阻合金，其电阻率高、电阻温度系数低，尤其是在600℃以上有较好的热输入和重现性低的零飘。合金主要用作工作温度≦750℃的电阻应变计，用于大型汽轮机、航空、原子反应堆等领域中静态和准静态测量 4YC8：铜镍锰钴合金精密箔材，专用于高精度箔式电阻应变计 4YC9是Ni-Mo系500℃自补偿应变电阻合金，适用于制作在≦500℃工作的自补偿电阻应变计 一般，基材采用高分子薄膜材料， 应变材质为高纯度康铜。基材上的康铜 通过光学处理后刻蚀不同感应形变的电 阻栅丝。因此，电阻应变片的品质不仅 与基材材质和复合的金属纯度有关，而 且与复合工艺、刻蚀技术及工艺、刻蚀 化学材料及后处理工艺和材料等等因 素相关。 2.1.3 电阻应变片的工作原理 ——以金属丝式应变片为例 电阻应变片是利用电阻应变效应原理制成的，即金属材料在外力作用下产生机械变形时，它的电阻值也相应地发生变化的物理现象 应用最为广泛的电阻式传感器，主要用于机械量的检测中，如力、压力等物理量的检测 一、公式推导 1. 公式推导： 设：有一段长为l，横截面积为A，电阻率 为ρ的导体 则：根据电阻的定义，它具有的电阻为： 当其受轴向力F而