電子課件《傳感器應(yīng)用技術(shù)》B02964152

1、第五章 力傳感器第二節(jié) 電阻應(yīng)變片式力傳感器電阻應(yīng)變片（簡稱應(yīng)變片）傳感器的作用是利用電阻應(yīng)變片（或彈性敏感元件）將應(yīng)變或應(yīng)變力轉(zhuǎn)換為電阻的傳感器，其核心是電阻應(yīng)變片。電阻應(yīng)變片傳感器由電阻應(yīng)變片和測量電路兩大部分組成。一、電位器式位移傳感器1.工作原理電阻應(yīng)變片的典型結(jié)構(gòu)如圖所示。 1-引線；2-覆蓋層；3-基片；4-電阻絲式敏感柵金屬電阻應(yīng)變片結(jié)構(gòu)一、電位器式位移傳感器把應(yīng)變片粘貼于所需測量變形物體表面，敏感柵隨被測體表面變形而使電阻值改變，測量電阻的變化量可得知變形大小。由于應(yīng)變片具有體積小、使用簡便、測量靈敏度高，可進行動、靜態(tài)測量，精度負荷要求，因此廣泛應(yīng)用于力、壓力、力矩、位移等物

2、理量的測量。電阻應(yīng)變片式傳感器是利用了金屬盒半導(dǎo)體材料的“應(yīng)變效應(yīng)”。金屬盒半導(dǎo)體材料的電阻值隨它承受機械變形大小而發(fā)生變化的現(xiàn)象稱為“應(yīng)變效應(yīng)”。二、應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)類型、形式1.應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)類型常用的電阻應(yīng)變片有兩大類，即金屬電阻應(yīng)變片和半導(dǎo)體應(yīng)變片。前者可分為金屬絲式、箔式、薄膜式三種。如圖所示為幾種不同類型的電阻應(yīng)變片示意圖。電阻應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)二、應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)類型、形式2、電阻應(yīng)變片的主要參數(shù)（1）應(yīng)變片的電阻值（R0）（2）絕緣電阻值（R）（3）靈敏度系數(shù)（K）（4）機械滯后（5）允許電流（6）應(yīng)變極限（7）零漂和蠕變二、應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)類型、形式3.應(yīng)變片的粘貼工藝應(yīng)變片是通過粘合劑粘貼在試

3、件上，粘貼質(zhì)量直接影響應(yīng)變測量的精度，必須十分注意。應(yīng)變片的粘貼工藝如下：（1）應(yīng)變片的檢查與選擇首先要對采用的應(yīng)變片進行外觀檢查，觀察應(yīng)變片的敏感柵是否整齊、均勻，是否有銹斑及短路和折彎等現(xiàn)象；其次要對選用的應(yīng)變片的阻值進行測量，阻值選取合適將對傳感器的平衡調(diào)整帶來方便。二、應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)類型、形式（2）試件的表面處理為了獲得良好的黏合強度，必須對試件表面進行處理，清除試件表面雜質(zhì)、油污及疏松層等。一般的處理辦法可采用砂紙打磨，較好的處理方法是采用無油噴砂法，這樣不但能得到比拋光更大的面積，而且可以獲得質(zhì)量均勻的結(jié)構(gòu)。為了表面的清潔，可用化學(xué)清洗劑（如氯化碳、丙酮、甲苯等）進行反復(fù)清洗，也可采

4、用超聲波清洗。值得注意的是，為了避免氧化，應(yīng)變片的粘貼應(yīng)盡快進行。如果不立刻貼片，可涂上一層凡士林暫作保護。（3）底層處理為了保證應(yīng)變片能牢固的貼在試件上，并具有足夠的絕緣電阻，改善膠接性能，可在粘貼位置涂上一層底膠。二、應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)類型、形式（4）貼片在應(yīng)變片上標(biāo)出敏感柵的縱、橫向中心線，在試件上按照測量要求畫出中心線。要求精密時可用光學(xué)投影的方法來確定位置。確定好位置后，將應(yīng)變片對準(zhǔn)劃線位置迅速貼上，然后蓋一層玻璃紙，用手指或膠輥加壓，擠出氣泡及多余的膠水，保證膠層盡可能薄且均勻，加壓時注意防止應(yīng)變片錯位。（5）固化黏合劑的固化是否完全，直接影響到膠的物理學(xué)性能。關(guān)鍵是要掌握好溫度、時間和

5、循環(huán)周期。無論是自然干燥還是加熱固化，都要嚴格按照工業(yè)規(guī)范進行。為了防止強度降低、絕緣破壞及電化腐蝕，在固化后的應(yīng)變片應(yīng)涂上防潮保護層，防潮層一般可采用稀釋的黏合膠。二、應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)類型、形式（6）粘貼質(zhì)量檢查首先從外觀上檢查粘貼位置是否正確，黏合層是否有氣泡、漏黏、破損等；然后是測量應(yīng)變片敏感柵是否有斷路或短路現(xiàn)象以及測量敏感柵的絕緣電阻。（7）引線焊接與組橋連線檢查合格后即可焊接引出導(dǎo)線，引線應(yīng)適當(dāng)加以固定。應(yīng)變片之間通過粗細合適的漆包線連接組成橋路。連接長度應(yīng)盡量一致，且不宜過多。三、測量轉(zhuǎn)換電路及應(yīng)用1.電阻應(yīng)變片式傳感器的測量電路電阻應(yīng)變式傳感器應(yīng)變電阻的變化是及其微弱的，通常采用惠

6、斯通電橋電路進行測量，將電阻相對變化R/R轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化，再用測量儀表或電阻應(yīng)變式傳感器專用測量電路便可以簡單方便地進行測量?；菟雇姌蛉鐖D所示。三、測量轉(zhuǎn)換電路及應(yīng)用在測量電路中，應(yīng)變片接入電橋可以有以下幾種形式：（1）單臂半橋電路如圖所示，R1為應(yīng)變片，其余各橋臂電阻為固定電阻，稱為單臂半橋電橋電路。單臂半橋電橋電路 三、測量轉(zhuǎn)換電路及應(yīng)用（2）雙臂半橋電橋電路如圖所示，在電橋中接入了兩片應(yīng)變片，其余橋臂為固定電阻，稱為雙臂半橋電橋電路。這種電路可以有兩種接入方式。a)接入方式1；b)接入方式2 雙臂半橋電橋電路三、測量轉(zhuǎn)換電路及應(yīng)用（3）全橋電路電橋的四壁全部接入應(yīng)變片稱為全橋電路。若四片應(yīng)變片完全相同，如圖5-15所示，其中R1、R