第2节应变式传感器.

§2应变式传感器金属丝式应变片金属箔式应变片测量电路应变式传感器应用应变式传感器的优缺点：优点：①精度高，测量范围广②频率响应特性较好③结构简单，尺寸小，重量轻④可在高(低)温、高速、高压、强烈振动、强磁场及核辐射和化学腐蚀等恶劣条件下工作⑤易于实现小型化、固态化⑥价格低廉，品种多样，便于选择缺点：①非线性②输出信号弱③抗干扰能力差材料：1.敏感栅金属丝（0.015～0.05）mm电阻（60，120，200）Ω栅长（100，200）mm栅宽（1，0.5，0.2）mm选材要求：①较大的Ks（常数）②具有高而稳定的电阻率（决定圈数）③电阻温度系数要小④抗氧化，耐腐蚀⑤足够的抗拉强度⑥加工性能良好⑦易于焊接材料名称主要成分%灵敏系数Ks电阻率ρΩm*10-6电阻温度系数α10-6/°c线膨胀系数β10-6/°c最高工作温度°c康铜Cu(55)Ni(45)2.00.45-0.52±2015250静态400动态镍铬合金Ni(80)Cr(20)2.1-2.31.0-1.1110-13014450静态800动态卡玛合金6J-22Ni(74)Cr(20)Al(3)Cu(3）2.4-2.61.24-1.42±2013.3400静态800动态伊文合金6J-23Ni(75)Cr(20)Al(3)Cu(2）同上同上同上同上同上镍铬铁合金Ni(36)Cr(8)Mo(0.5)Fe(55.5)3.21.01757.2230动态铁铬铝合金Cr(25)Al(5)Y(2.6)Fe(67.4)2.6-2.81.3-1.5±30-4011800静态1000动态铂Pt4.60.130008.9同上铂合金Pt(80)Ir(20)4.00.3559013同上铂钨合金Pt(91.5)W(8.5)3.20.741929800静态2.基底和盖片保护敏感栅。纸（不能太厚），一般为（0.02～0.04）mm。基底长：基底的全长，基底宽：基底宽度3.粘结剂有机硅树脂无机聚酰亚胺磷酸盐硅酸硼酸盐4.引线直径（0.1-0.15）mm镀锡铜线，要求电阻率低、电阻温度系数小，抗氧化，易于焊接。酚醛树脂聚丙烯酸酯有机3.机械滞后应变片粘贴在被测试件上，当温度恒定时，其加载特性与卸载特性不重合，其差值即为机械滞后。Δε机械应变ε指示应变εr卸载加载04.零点漂移和蠕变零点漂移：指对于粘贴好的应变片，当温度恒定时，即使被测试件未承受应力，指示应变随时间增加产生的变化。原因：敏感栅通电后的温度效应；应变片的内应力逐渐变化；粘结剂固化不充分等。蠕变：当应变片承受恒定的机械应变量时，指示应变随时间发生变化。原因：由于胶层之间发生“滑动”。2.温度补偿①单丝自补偿应变片应变片的敏感栅用单一的合金丝制成。优点：结构简单、制造和使用方便②双丝组合式自补偿应变片应变片由两种不同电阻温度系数（一正一负）的材料串连组成。优点：两段敏感栅的丝长可调，材料在一定范围内可获得的较好温度补偿。焊点RaRb若有应变1114223SCttUARRRKRRRRARRK为达到完全补偿，需满足下列三个条件：①R1和R2须属于同一批号的；②粘贴补偿片和粘贴工作片的试件二者材料必须相同；③两应变片处于同一温度环境下。二、金属箔式应变片箔式应变片的工作原理基本和电阻丝式应变片相同。它的电阻敏感元件不是金属丝栅，而是通过光刻、腐蚀等工序制成的薄金属箔栅，故称箔式电阻应变片，如图：与丝式应变片相比，有如下特点：优点：①很薄，接触面积大②横向效应小，灵敏度大③表面积大，散热好，有较大的输出信号④尺寸准确，可制成任状⑤便于成批生产缺点：①生产工艺复杂②不适宜高温③价格贵结论：①当ΔRiR时，输出电压与应变呈线性关系；②若相邻两桥臂同为拉应变或压应变时，输出电压为两者之差；③若相邻两桥臂的极性不同时，输出电压为两者之和；④若相对两桥臂应变的极性一致，输出电压为两者之和；⑤若相对桥臂的应变的极性相反，输出电压为两者之差。用法二：第一对称电桥R1=R2=R，R3=R4=R′若R1有一增量ΔR，2242gRRRRRRUEERRRRR1g1412ERURRRUgR2=RR4=R’R1=RR3=R’E第一对称电桥ACD用法三：第二对称电桥RRRRRRRRRREUgRRkRRkkkkRREUg111121R1=R3=R，R2=R4=R′若R1有一增量ΔR，令则，当k1(RR′)，k/(1+k)1/2，其非线性较等臂电桥大；当k＜1(R＜R′)，k/(1+k)＜1/2，其非线性可得到很好改善；当k=1时，等臂电桥。C02柱式测力/称重传感器北京瑞利威尔技术发展有限公司特点：结构兼顾于柱式、S式的优点，结构紧凑，造型优美，内外螺纹做承载连接，测量精度高，抗偏能力强，可做全密封结构微型压式传感器YBSC柱式传感器RL-BK-1柱式测力/称重传感器BK-5型悬臂梁式测力/称重传感器梁式力传感器3、应变式压力传感器2223[(1)(3)]8rpuruxh2223[(1)(13)]8tpuruxh22223(1)(3)8rpurxhE22223(1)()8tpurxhE（b）（a）应变式压力传感器应变片P测量气体或液体压力的薄板式传感器圆板内任一点的径向和切向应变值：圆板上各点径向应力和切向应力：采用变厚度膜片技术和高精度大阻值应变片，具有输出信号大、精度高、抗振动、结构坚固、耐腐蚀等特点。适用于石油钻井、固井、压裂车等设备高压力测量。电阻压力式应变传感器采用独特的机械密封结构技术，使传感器在高压高脉动介质下能正常工作，可以在压力脉动频率40次/分、压力波动幅度高达50Mpa的恶劣环境中，完成对气体或液体介质的压力测量。超高压电阻应变式压力传感器产品照片技术参数额定压力MPa1,1.5,2,3,4,5,6,8,10,12,15,20,25,30,35输出灵敏度MV/V1+0.1非线性%F.S0.10.2滞后%F.S0.10.2重复性%F.S0.10.2零点输出温度影响%F.S/10ºC0.10.2额定输出温度影响%F.S/10ºC0.10.2零点输出MV=+1输出阻抗Ω(ohms)350+3绝缘阻抗MΩ1X10¹º(50VDC)容许激励电压V6—18(DC/AC)温度补偿范围ºC-10—+50允许温度范围ºC-20—+55安全过负载%F.S120要求掌握：应变效应应变片结构横向效应温度误差的补偿方法金属箔式应变片的特点了解：金属应变片传感器的特点主要特性测量电路应变片的应用