應變式感測器

利用電阻應變片將應變轉換為電阻變化的感測器

測量力、力矩、壓力、加速度、重量等

電阻應變片的基本構造如圖，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、高電阻係數的細絲彎曲而成柵狀，它實際上是一個電阻元件，是電阻應變片感受構件應變的敏感部分。敏感柵用粘合劑將其固定在基底上。基底的作用應保證將構件上應變準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 感柵牢固地粘結在一起。另外它還應有良好的絕緣性能、抗潮性能和耐熱性能。基底材料有紙、膠膜、玻璃纖維布等。紙具有柔軟、易於粘貼、應變極限大和價格低廉等優點，但耐溫耐濕性差，一般工作溫度低於70℃下採用。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℃，且時間穩定性好，適用於測力等感測器使用。膠膜基底是由環氧樹脂、酚醛樹脂、聚脂樹脂和聚醯亞胺等有機粘合劑製成的薄膜，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100-300℃。玻璃纖維布能耐400-450℃高溫，多用做中溫或高溫應變片基底。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低阻鍍錫銅絲製成，並與敏感柵兩輸出端相焊接。

在測試時，將應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，應變片的敏感柵也獲得同樣的變形，從而使其電阻隨之發生變化，而此電阻變化是與試件應變成比例的，因此如果通過一定測量線路將這種電阻變化轉換為電壓或電流變化，然後再用顯示記錄儀錶將其顯示記錄下來，就能知道被測試件應變數的大小。

種類：常見的有絲式電阻應變片和箔式電阻應變片兩種。

幾個概念——變形、彈性變形、彈性元件

基本特性——剛度、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生變形的大小。剛度的倒數。

定義K=(ΔR/R)/εt為應變片的靈敏係數。它表示安裝在被測試件上的應變在其軸向受到單嚮應力時，引起的電阻相對變化(ΔR/R)與其單嚮應力引起的試件表面軸嚮應變(εt)之比。

註：應變片的靈敏係數並不等於其敏感柵整長應變絲的靈敏係數，這是因為在單嚮應力產生應變時，應變片的靈敏係數除受到敏感柵結構形狀、成型工藝、粘結劑和基底性能的影響外，尤其受到柵端圓弧部分橫向效應的影響。

結果：應變片的靈敏度比電阻絲的靈敏度要小

解決辦法：多採用箔式應變片

絕緣電阻——已粘貼的應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，但也會使應變片過熱，應視材料選取不同的電流。

應變片的溫度誤差——由於測量現場環境溫度的改變而給測量帶來的附加誤差。

電阻應變片的溫度補償方法：

（1）線路補償法

初始狀態　Uo=A（R1 R4- RB R3）=0

溫度變化后　Uo=A[（R1+ΔR1t）R4-(RB+ΔRBt)R3]=0

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

（2）應變片的自補償法

電阻應變片的測量電路

1.（a）柱形（b）筒形（c）圓柱面展開圖（d）橋路連線圖

2.（a）應變變化圖（b）應變片粘貼

應變式感測器具有很多優點：

1、分辨力高，能測出極微小的應變，如1-2微應變；

2、誤差較小，一般小於1%；

3、尺寸小、重量輕。

4、測量範圍大，從彈性變形一直可測至塑性變形（1-2%），最大可達20%；

5、既可測靜態，也可測快速交變應力；

6、具有電氣測量的一切優點，如測量結果便於傳送、記錄和處理；

7、能在各種嚴酷環境中工作。如從宇宙真空至數千個大氣壓；從接近絕對零度低溫至近1000℃高溫；離心加速度可達數十萬個“g”；在振動、磁場、放射性、化學腐蝕等條件下，只要採取適當措施，亦能可靠地工作；

8、價格低廉、品種多樣，便於選擇和大量使用。