電阻應(yīng)變式傳感器結(jié)構(gòu)與原理

電阻應(yīng)變式傳感器結(jié)構(gòu)與原理2024-02-01目錄電阻應(yīng)變式傳感器概述電阻應(yīng)變式傳感器結(jié)構(gòu)組成電阻應(yīng)變式傳感器工作原理電阻應(yīng)變式傳感器性能指標(biāo)電阻應(yīng)變式傳感器制造工藝電阻應(yīng)變式傳感器應(yīng)用案例分析CONTENTS01電阻應(yīng)變式傳感器概述CHAPTER0102定義與作用介紹它的作用是通過(guò)測(cè)量電阻的變化來(lái)推斷出被測(cè)物體所受的應(yīng)變，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)物體變形、力、壓力、重量等物理量的測(cè)量。電阻應(yīng)變式傳感器是一種將機(jī)械應(yīng)變轉(zhuǎn)換為電阻變化的傳感器。發(fā)展歷程及現(xiàn)狀電阻應(yīng)變式傳感器的發(fā)展始于20世紀(jì)初，隨著材料科學(xué)和制造工藝的進(jìn)步，其性能不斷提高，應(yīng)用領(lǐng)域也不斷擴(kuò)大。目前，電阻應(yīng)變式傳感器已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)、醫(yī)療、航空航天等領(lǐng)域，成為現(xiàn)代測(cè)量技術(shù)中不可或缺的一部分。電阻應(yīng)變式傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域包括機(jī)械制造、土木工程、航空航天、汽車(chē)制造、生物醫(yī)學(xué)等。隨著科技的不斷發(fā)展，對(duì)電阻應(yīng)變式傳感器的精度、穩(wěn)定性、可靠性等性能要求越來(lái)越高，市場(chǎng)需求也在不斷增加。同時(shí)，新型電阻應(yīng)變式傳感器的研發(fā)和應(yīng)用也在不斷拓展其應(yīng)用領(lǐng)域。應(yīng)用領(lǐng)域及市場(chǎng)需求02電阻應(yīng)變式傳感器結(jié)構(gòu)組成CHAPTER彈性元件類(lèi)型及特點(diǎn)一端固定，另一端自由，適用于測(cè)量單向應(yīng)力或力矩。兩端簡(jiǎn)單支撐，中間受力，適用于測(cè)量較大負(fù)荷。承受壓縮或拉伸應(yīng)力，具有較高剛度和穩(wěn)定性。承受均勻分布的徑向應(yīng)力，適用于測(cè)量扭矩或壓力。懸臂梁式簡(jiǎn)支梁式柱式環(huán)形或圓盤(pán)式電阻應(yīng)變片構(gòu)造與原理構(gòu)造由敏感柵、基底、引線、覆蓋層等部分組成，敏感柵是核心部分，用于感受應(yīng)變并將應(yīng)變轉(zhuǎn)換為電阻變化。原理基于金屬導(dǎo)體的應(yīng)變效應(yīng)，即導(dǎo)體在受到外力作用時(shí)，其長(zhǎng)度和截面積發(fā)生變化，導(dǎo)致電阻值改變。通過(guò)測(cè)量電阻值的變化，可以推算出相應(yīng)的應(yīng)變或力的大小。惠斯通電橋電路將電阻應(yīng)變片接入電橋電路中作為橋臂之一，當(dāng)應(yīng)變片發(fā)生形變時(shí)，其電阻值發(fā)生變化，導(dǎo)致電橋電路輸出電壓改變。通過(guò)測(cè)量輸出電壓的大小，可以推算出相應(yīng)的應(yīng)變或力的大小。濾波電路為了消除干擾信號(hào)對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，可以在測(cè)量電路中加入濾波電路，對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行濾波處理。數(shù)字化處理將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，便于進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸、存儲(chǔ)和處理?？梢酝ㄟ^(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換。放大電路由于電阻應(yīng)變片輸出的電壓信號(hào)通常較小，需要通過(guò)放大電路進(jìn)行放大處理，以便于后續(xù)的信號(hào)處理和分析。測(cè)量電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)03電阻應(yīng)變式傳感器工作原理CHAPTER

應(yīng)變效應(yīng)產(chǎn)生機(jī)制彈性體受力變形當(dāng)電阻應(yīng)變式傳感器受到外力作用時(shí)，彈性體會(huì)發(fā)生形變，導(dǎo)致其上的電阻應(yīng)變片也發(fā)生相應(yīng)變形。電阻絲幾何尺寸變化電阻應(yīng)變片中的電阻絲隨著彈性體的變形而發(fā)生幾何尺寸的變化，如長(zhǎng)度和截面積的改變。電阻率變化在電阻絲幾何尺寸變化的同時(shí)，其電阻率也會(huì)因材料的形變而發(fā)生變化。03輸出信號(hào)與應(yīng)變關(guān)系橋式電路的輸出電壓與電阻應(yīng)變片的應(yīng)變之間存在一定的線性關(guān)系，通過(guò)測(cè)量輸出電壓即可得到相應(yīng)的應(yīng)變值。01電阻值變化由于電阻絲的幾何尺寸和電阻率的變化，導(dǎo)致電阻應(yīng)變片的電阻值也發(fā)生變化。02橋式電路輸出電阻應(yīng)變式傳感器通常采用橋式電路作為測(cè)量電路，當(dāng)電阻值發(fā)生變化時(shí)，橋式電路的輸出電壓也會(huì)相應(yīng)變化。電阻變化與輸出信號(hào)關(guān)系非線性誤差由于電阻應(yīng)變片的應(yīng)變與輸出電壓之間存在一定的非線性關(guān)系，因此會(huì)產(chǎn)生非線性誤差。通常采用線性化電路或軟件進(jìn)行校正。溫度誤差由于電阻應(yīng)變片的電阻率隨溫度變化而變化，因此會(huì)產(chǎn)生溫度誤差。通常采用溫度補(bǔ)償電阻或自補(bǔ)償應(yīng)變片來(lái)減小溫度誤差。滯后誤差當(dāng)外力去除后，電阻應(yīng)變片的應(yīng)變不會(huì)立即消失，而是存在一定的滯后現(xiàn)象。為了提高測(cè)量精度，需要對(duì)傳感器進(jìn)行滯后補(bǔ)償。蠕變誤差長(zhǎng)時(shí)間受力后，電阻應(yīng)變片會(huì)發(fā)生蠕變現(xiàn)象，導(dǎo)致測(cè)量誤差。為了減小蠕變誤差，需要選擇蠕變較小的材料和采取適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)措施。誤差來(lái)源及補(bǔ)償措施04電阻應(yīng)變式傳感器性能指標(biāo)CHAPTER靈敏度指?jìng)鞲衅鬏敵鲎兓颗c輸入變化量之比，它反映了傳感器對(duì)輸入量變化的敏感程度。對(duì)于電阻應(yīng)變式傳感器，靈敏度主要取決于應(yīng)變片的靈敏系數(shù)和橋路形式。分辨率指?jìng)鞲衅髂軝z測(cè)到的最小輸入變化量，即傳感器對(duì)輸入量變化的分辨能力。分辨率越高，傳感器對(duì)輸入量的變化越敏感，測(cè)量精度也越高。靈敏度與分辨率概念指?jìng)鞲衅鬏敵雠c輸入之間的實(shí)際關(guān)系曲線與擬合直線之間的最大偏差與滿量程輸出之比。線性度越好，傳感器的測(cè)量誤差就越小。線性度指在同一工作條件下，傳感器正行程特性與反行程特性的不一致程度。遲滯性越小，傳感器的測(cè)量精度和重復(fù)性就越好。評(píng)估遲滯性時(shí)，通常通過(guò)比較正行程和反行程的輸出差值與滿量程輸出之比來(lái)計(jì)算遲滯誤差。遲滯性線性度和遲滯性評(píng)估方法穩(wěn)定性指?jìng)鞲衅髟陂L(zhǎng)時(shí)間工作過(guò)程中，其性能保持不變的能力。穩(wěn)定性好的傳感器，其輸出值不會(huì)因時(shí)間或環(huán)境條件的變化而發(fā)生明顯的漂移。重復(fù)性指在同一工作條件下，對(duì)同一輸入量進(jìn)行多次連續(xù)測(cè)量時(shí)，傳感器輸出值之間的一致程度。重復(fù)性好的傳感器，其測(cè)量結(jié)果的分散性小，測(cè)量精度高?？煽啃灾?jìng)鞲衅髟谝?guī)定的條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，能夠完成規(guī)定功能的能力?？煽啃允莻鞲衅鞯闹匾|(zhì)量指標(biāo)之一，它反映了傳感器的綜合性能和使用壽命。為了提高傳感器的可靠性，需要采用高質(zhì)量的元器件和材料，以及合理的結(jié)構(gòu)和工藝設(shè)計(jì)。穩(wěn)定性、重復(fù)性和可靠性要求05電阻應(yīng)變式傳感器制造工藝CHAPTER材料選擇電阻應(yīng)變式傳感器的敏感元件通常采用電阻應(yīng)變片，其材料應(yīng)具有高電阻率、良好的機(jī)械性能和穩(wěn)定性，常用的材料有金屬箔、半導(dǎo)體等。加工流程包括材料準(zhǔn)備、切割、粘貼、固化、引線焊接等步驟，其中每一步都需要嚴(yán)格控制工藝參數(shù)，以確保產(chǎn)品質(zhì)量。材料選擇與加工流程VS主要包括應(yīng)變片的粘貼質(zhì)量、引線焊接的可靠性、溫度漂移的補(bǔ)償?shù)葐?wèn)題。解決方案針對(duì)粘貼質(zhì)量問(wèn)題，可以采用優(yōu)化粘貼工藝、選用高性能膠粘劑等方法；針對(duì)引線焊接可靠性問(wèn)題，可以采用激光焊接、超聲波焊接等先進(jìn)技術(shù)；針對(duì)溫度漂移問(wèn)題，可以采用溫度補(bǔ)償電路或軟件算法進(jìn)行補(bǔ)償。關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)及解決方案主要包括外觀檢查、電性能測(cè)試、機(jī)械性能測(cè)試、環(huán)境適應(yīng)性測(cè)試等，其中電性能測(cè)試包括靈敏度、線性度、重復(fù)性、遲滯等指標(biāo)。通常依據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)估，如GB/T13823-2008《金屬箔式應(yīng)變計(jì)》等，評(píng)估指標(biāo)包括精度等級(jí)、使用溫度范圍、絕緣電阻等。質(zhì)量檢測(cè)評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)與評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)06電阻應(yīng)變式傳感器應(yīng)用案例分析CHAPTER電阻應(yīng)變式傳感器被廣泛應(yīng)用于汽車(chē)安全系統(tǒng)，如安全氣囊、安全帶預(yù)緊器等，通過(guò)檢測(cè)車(chē)輛碰撞時(shí)的應(yīng)變變化來(lái)觸發(fā)安全裝置，保護(hù)乘客安全。汽車(chē)安全系統(tǒng)在汽車(chē)底盤(pán)控制系統(tǒng)中，電阻應(yīng)變式傳感器被用于檢測(cè)車(chē)身姿態(tài)、懸掛系統(tǒng)狀態(tài)等信息，為車(chē)輛提供穩(wěn)定的操控性能。汽車(chē)底盤(pán)控制系統(tǒng)電阻應(yīng)變式傳感器能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)系統(tǒng)的應(yīng)變變化，為故障診斷和性能優(yōu)化提供重要數(shù)據(jù)支持。發(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)汽車(chē)行業(yè)應(yīng)用實(shí)例飛機(jī)結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)電阻應(yīng)變式傳感器被嵌入飛機(jī)結(jié)構(gòu)中，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)飛行過(guò)程中的應(yīng)變變化，確保飛機(jī)結(jié)構(gòu)的完整性和安全性。航空發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試在航空發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試過(guò)程中，電阻應(yīng)變式傳感器被用于測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)各部件的應(yīng)變和溫度等參數(shù)，為發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)和性能優(yōu)化提供依據(jù)。航天器姿態(tài)控制電阻應(yīng)變式傳感器在航天器姿態(tài)控制系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用，通過(guò)檢測(cè)航天器各部件的應(yīng)變變化來(lái)實(shí)現(xiàn)精確的姿態(tài)調(diào)整。航空航天領(lǐng)域應(yīng)用實(shí)例其他行業(yè)應(yīng)用拓展在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，電阻應(yīng)變式傳感器被用于測(cè)量人體肌肉、骨骼等