摘要
電阻應(yīng)變式傳感器簡(jiǎn)稱(chēng)電阻應(yīng)變計(jì)，由基底、覆蓋層、 黏結(jié)劑、外引線(xiàn)和電阻敏感柵五部分構(gòu)成。
應(yīng)變式傳感器是以電阻應(yīng)變片為敏感元件的傳感器。1856 年發(fā)現(xiàn)應(yīng)變效應(yīng)，1936 年成電阻應(yīng)變計(jì)，1940 年發(fā)明應(yīng)變式傳感器，目前已成為應(yīng)用最廣泛、最成熟的傳感器之一。
應(yīng)變式傳感器與測(cè)量電路組成測(cè)壓、測(cè)力、稱(chēng)重以及測(cè)位移、加速度、扭矩、溫度等多種測(cè)試系統(tǒng)，已成為治金、電力、交通、石化及國(guó)防等行業(yè)不可缺少的信息獲取手段。
傳感器的工作原理
應(yīng)變式傳感器工作原理是基于電阻一應(yīng)變效應(yīng)。所謂電阻一應(yīng)變效應(yīng)是指金屬絲的電阻值隨其變形而發(fā)生改變的一種物理現(xiàn)象。
大多數(shù)應(yīng)變式傳感器都是將應(yīng)變計(jì)粘貼于彈性元件表面。彈性元件表面形變通過(guò)基底和黏結(jié)劑傳遞給應(yīng)變計(jì)敏感柵。由于基底和黏結(jié)劑的彈性模量與敏感柵材料的彈性模量存在差異，彈性元件表面不可能全部均勻地傳輸?shù)矫舾袞拧?/p>
電阻應(yīng)變式傳感器簡(jiǎn)稱(chēng)電阻應(yīng)變計(jì)，由基底、覆蓋層、 黏結(jié)劑、外引線(xiàn)和電阻敏感柵五部分構(gòu)成，基底是將彈性元件表面應(yīng)變傳遞到電阻敏感柵上的中間介質(zhì)，起到敏感柵和彈性元件之間絕緣作用; 覆蓋層起著保護(hù)敏感柵的作用，黏結(jié)劑是將敏感柵和基底粘接成一體;外引線(xiàn)是連接到外部放大器的測(cè)量導(dǎo)線(xiàn)，與其構(gòu)成測(cè)試系統(tǒng);電阻敏感柵可以將應(yīng)變量轉(zhuǎn)換成電阻變化。
概念區(qū)分
1. 電阻敏感柵
敏感柵材料對(duì)電阻應(yīng)變計(jì)性能起決定性作用，制作應(yīng)變計(jì)選用合金材料有如下要求，
(1) 靈敏系數(shù)較高，且在較大應(yīng)變范圍內(nèi)保持不變。
(2) 電阻率較高且穩(wěn)定。
(3) 電阻溫度系數(shù)小，溫度系數(shù)呈線(xiàn)性關(guān)系且重復(fù)性好，熱穩(wěn)定性好。
(4) 機(jī)械強(qiáng)度高，加工性能和焊接性能良好，與引線(xiàn)接觸電阻小。
(5) 抗氧化性能和抗腐蝕性能強(qiáng)。
綜合考慮上述材料選用要求，常用敏感頂合金材料包括：
(1) 銅鎳合金 〈俗稱(chēng)康銅) ，最常用的是含銅 55% 、含鎳 45% 的康銅;
(2) 鎳鉻合金及鎳鉻改性合金，鎳絡(luò)合金一般含鎳80%含鉻20% ;
(3) 鐵鉻鋁合金，一般含鐵70% ，含鉻25% ，含鋁 5% ;
(4) 鎳鉻鐵合金，靈敏系數(shù)大，具有高的疲勞壽命和大的電阻溫度系數(shù)，但不宜在磁場(chǎng)附近使用;
(5) 鉑及鉑合金，具有耐酸、耐堿、抗腐蝕性能，高溫條件下抗氧化性良好，電阻溫度系數(shù)的線(xiàn)性度高，靈敏系數(shù)大， 一般用于高溫動(dòng)態(tài)應(yīng)變測(cè)量場(chǎng)合。
2. 基底
應(yīng)變計(jì)基底的作用是固定應(yīng)變計(jì)的敏感柵，使它保持原有幾何形狀，電阻敏感柵與彈性元件之間相互絕緣， 應(yīng)變計(jì)基底一般由紙或膠膜材料制成。膠基材料有環(huán)氧、縮醛、聚酰亞胺等，玻璃纖維增強(qiáng)基底應(yīng)變計(jì)的長(zhǎng)期穩(wěn)定性好、蠕變小、滯后小、耐熱性好、疲勞壽命高，最適于應(yīng)用在高精度測(cè)力或稱(chēng)重的電阻應(yīng)變式傳感器場(chǎng)合 。
3. 覆蓋層
應(yīng)變計(jì)覆蓋層又稱(chēng)為面膠，是在敏感柵上蓋上一層膠膜，經(jīng)固化處理后制成敏感柵封閉式電阻應(yīng)變計(jì)。覆蓋層用來(lái)保護(hù)敏感柵，使其避免受機(jī)械力破壞、防止敏感柵氧化。
材料多采用環(huán)氧樹(shù)脂膠、酚醛樹(shù)脂膠等。
4. 外引線(xiàn)
應(yīng)變計(jì)的外引線(xiàn)是連接敏感柵與測(cè)量電路的絲狀或帶狀金屬導(dǎo)線(xiàn)。外引線(xiàn)電阻率穩(wěn)定且較低，電阻溫度系數(shù)小。
常用外引線(xiàn)一般采用鍍銀紫銅絲或銅帶，高溫外引線(xiàn)一般采用鎳、銀、鉑或鉑鉻等材料。高疲勞壽命的應(yīng)變計(jì)外引線(xiàn)采用鈹青銅材料。外引線(xiàn)與敏感柵的鏈接方式包括錫焊、電弧焊、點(diǎn)接觸焊等。
5. 黏合劑
應(yīng)變計(jì)的黏結(jié)劑是在制造應(yīng)變計(jì)時(shí)將敏感柵粘貼在基底上， 或在使用應(yīng)變計(jì)時(shí)將應(yīng)變計(jì)粘貼在彈性元件上。粘貼應(yīng)變計(jì)時(shí)黏結(jié)劑所形成的膠層起著重要的作用。它是將彈性元件表面變形傳遞到應(yīng)變計(jì)的敏感柵上，因此黏結(jié)劑性能的優(yōu)劣直接影響應(yīng)變計(jì)特性， 處理不當(dāng)會(huì)導(dǎo)致蠕變、滯后、非線(xiàn)性，影響特性隨時(shí)間或溫度的變化程度。因此傳感器性能好壞除取決于應(yīng)變計(jì)外，還取決于黏結(jié)劑質(zhì)量和應(yīng)變計(jì)粘貼方法是否正確等。
應(yīng)變式傳感器的典型應(yīng)用
位移傳感器是一種測(cè)量直線(xiàn)位移或與位移相關(guān)物理量的傳感器，它可以與二次儀表(應(yīng)變儀、放大器、數(shù)字電壓表等) 配套使用進(jìn)行位移量測(cè)試。位移傳感器種類(lèi)繁多，包括電感式、應(yīng)變式、電容式、電位計(jì)式等多種形式。
1. 組合式位移傳感器
組合式位移傳感器由懸臂梁和彈簧組合而成，其工作原理是: 將兩個(gè)線(xiàn)性彈性元件〈拉伸彈簧和懸臂梁) 串聯(lián)，并在矩形截面懸辟梁根部正、反面貼四支應(yīng)變計(jì)，組成全橋電路。拉伸彈簧一端與測(cè)量桿連接，當(dāng)測(cè)量桿隨試件產(chǎn)生位移時(shí)，帶動(dòng)彈簧使懸臂梁根部產(chǎn)生彎曲，由懸臂梁彎曲產(chǎn)生的應(yīng)變與測(cè)量桿的位移/ 成函數(shù)關(guān)系。
2.懸臂梁式位移傳感器
在固定端附件截面的上下表面各粘貼兩應(yīng)變計(jì)接成全橋
3、弓形彈性元件位移傳感器
測(cè)量很小區(qū)域內(nèi)的應(yīng)變與位移，測(cè)量段尺寸可制成4-10mm，用膠粘在被測(cè)處，醫(yī)學(xué)測(cè)量心肌力用，可將其縫合在心肌上。
應(yīng)變式傳感器
丹麥Eilersen公司成立于1969年，是一家設(shè)計(jì)、制造高品質(zhì)稱(chēng)重測(cè)力傳感器及相關(guān)儀表的專(zhuān)業(yè)化廠(chǎng)商，在丹麥和瑞士擁有獨(dú)立的制造基地。