應變式感測器是基於測量物體受力變形所產生的應變的一種感測器。電阻應變片則是其最常採用的感測元件。它是一種能將機械構件上應變的變化轉換為電阻變化的感測元件。
基本介紹
基本描述,主要用途,原理,特性,種類及結構,基本特性,靈敏係數,橫向效應,工作電流,溫度誤差,套用,優點,
基本描述
利用電阻應變片將應變轉換為電阻變化的感測器
主要用途
原理
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、易於貼上、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線，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。
應變片的基本構造
應變片的基本構造在測試時，將應變片用粘合劑牢固地貼上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表將其顯示記錄下來，就能知道被測試件應變數的大小。
特性
種類及結構
種類：常見的有絲式電阻應變片和箔式電阻應變片兩種。
基本特性
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。
靈敏係數
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向應力時，引起的電阻相對變化(ΔR/R)與其單向應力引起的試件表面軸向應變(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，這是因為在單向應力產生應變時，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。
橫向效應
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
工作電流
絕緣電阻——已貼上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。
溫度誤差
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
溫度變化後 Uo=A[（R1+ΔR1t）R4-(RB+ΔRBt)R3]=0
承受應變後 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
套用
1.
2.
優點
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。
