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行業(yè)資訊
電阻式傳感器與相應的測量電路組成的測力、測壓、稱重、測位移、加速度、扭矩等測量儀表是冶金、電力、交通、石化、商業(yè)、生物醫(yī)學和國防等部門進行自動稱重、過程檢測和實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化不可缺少的工具之一。
電阻式傳感器
電阻式傳感器是利用一定的方式將被測量的變化轉(zhuǎn)化為電阻參數(shù)的變化，再通過電路轉(zhuǎn)變成電壓或電流信號的輸出，從而實現(xiàn)非電量的測量。
可用于各種機械量和熱工量的檢測，如用來測量力、壓力、位移、應變、速度、加速度、溫度和濕度等。它結(jié)構(gòu)簡單，性能穩(wěn)定，成本低廉，在許多行業(yè)得到了廣泛應用。
由于構(gòu)成電阻的材料及種類很多，引起電阻變化的物理原因也很多，這就構(gòu)成了各種各樣的電阻式傳感元件以及由這些元件構(gòu)成的電阻式傳感器。
可用于各種機械量和熱工量的檢測，如用來測量力、壓力、位移、應變、速度、加速度、溫度和濕度等。它結(jié)構(gòu)簡單，性能穩(wěn)定，成本低廉，在許多行業(yè)得到了廣泛應用。
由于構(gòu)成電阻的材料及種類很多，引起電阻變化的物理原因也很多，這就構(gòu)成了各種各樣的電阻式傳感元件以及由這些元件構(gòu)成的電阻式傳感器。
電阻式傳感器的優(yōu)缺點
1、電阻式傳感器的優(yōu)點
1）有較大的非線性、輸出信號較弱，但可采取一定的補償措施。因此它廣泛應用于自動測試和控制技術(shù)中。
2）電阻應變式傳感器中的電阻應變片具有金屬的應變效應，即在外力作用下產(chǎn)生機械形變，從而使電阻值隨之發(fā)生相應的變化
2、電阻式傳感器的缺點
1）對于大應變有較大的非線性、但輸出信號較弱。
2）隨著時間和環(huán)境的變化，構(gòu)成傳感器的材料和器件性能會發(fā)生變化。因此不適用于長期監(jiān)測，因為時漂、溫漂較大，長時間測的話可能就無法取得真實有效的數(shù)據(jù)。
3）易受到電場、磁場、振動、輻射、氣壓、聲壓、氣流等的影響。
電阻應變式傳感器
電阻應變式傳感器是根據(jù)電阻應變效應的原理制成的，將測量物體的變形轉(zhuǎn)換成電阻的變化。主要用于機械量的檢測中，如力、壓力等物理量的檢測中，其應用最為廣泛的形式是電阻應變片。
電阻應變效應：導體或半導體材料在外力作用下會產(chǎn)生機械形變，其電阻值也發(fā)生相應改變，這種現(xiàn)象稱為電阻應變效應。
金屬電阻應變片的工作原理就是電阻應變效應。
電阻應變片又稱為電阻應變計，它的結(jié)構(gòu)形式較多，但其主要組成部分基本相同，是由基底、敏感柵和覆蓋層等組成。
1）敏感柵——實現(xiàn)應變到電阻轉(zhuǎn)換的敏感元件。通常由直徑為0.015～0.05mm的金屬絲繞成柵狀，或用金屬箔腐蝕成柵狀。
2）基底——為保持敏感柵固定的形狀、尺寸和位置，通常用粘結(jié)劑將其固結(jié)在紙質(zhì)或膠質(zhì)的基底上。基底必須很薄，一般為0.02～0.04mm。
3）引線——起著敏感柵與測量電路之間的過渡連接和引導作用。通常取直徑約0.1～0.15mm的低阻鍍錫銅線，并用釬焊與敏感柵端連接。
4）蓋層——用紙、膠作成覆蓋在敏感柵上的保護層，起著防潮、防蝕、防損等作用。
5）粘結(jié)劑——制造應變計時，用它分別把蓋層和敏感柵固結(jié)于基底，使用應變計時，用它把應變計基底粘貼在試件表面的被測部位，它也起著傳遞應變的作用。
2、電阻應變片的要求：
1）應變靈敏度系數(shù)大，且線性范圍寬；
2）電阻率值大，即在同樣長度、同樣橫截面積的電阻絲中具有較大的電阻值；
3）電阻穩(wěn)定性能好，溫度系數(shù)小，其阻值隨環(huán)境溫度變化較小；
4）易于焊接，對引線材料的接觸電勢?。?br /> 5）抗氧化能力高、耐腐蝕、耐疲勞，機械強度高，具有優(yōu)良的機械加工性能。
2）基底——為保持敏感柵固定的形狀、尺寸和位置，通常用粘結(jié)劑將其固結(jié)在紙質(zhì)或膠質(zhì)的基底上。基底必須很薄，一般為0.02～0.04mm。
3）引線——起著敏感柵與測量電路之間的過渡連接和引導作用。通常取直徑約0.1～0.15mm的低阻鍍錫銅線，并用釬焊與敏感柵端連接。
4）蓋層——用紙、膠作成覆蓋在敏感柵上的保護層，起著防潮、防蝕、防損等作用。
5）粘結(jié)劑——制造應變計時，用它分別把蓋層和敏感柵固結(jié)于基底，使用應變計時，用它把應變計基底粘貼在試件表面的被測部位，它也起著傳遞應變的作用。
2、電阻應變片的要求：
1）應變靈敏度系數(shù)大，且線性范圍寬；
2）電阻率值大，即在同樣長度、同樣橫截面積的電阻絲中具有較大的電阻值；
3）電阻穩(wěn)定性能好，溫度系數(shù)小，其阻值隨環(huán)境溫度變化較小；
4）易于焊接，對引線材料的接觸電勢?。?br /> 5）抗氧化能力高、耐腐蝕、耐疲勞，機械強度高，具有優(yōu)良的機械加工性能。
3、電阻應變片的分類
按照電阻應變片的制造方法、工作溫度以及用途，可以對電阻應變片進行不同的分類。
根據(jù)應變片的制作材料，可以把應變片分為金屬電阻應變片和半導體應變片兩大類。
金屬電阻應變片
金屬絲式應變片由基體材料、金屬應變絲或應變箔、絕緣保護片和引出線等部分組成。
金屬絲式應變片有回線式和短接式二種?；鼐€式最為常用，制作簡單，性能穩(wěn)定，成本低，易粘貼，但橫向效應較大。絲式金屬電阻應變片的敏感柵由直徑0.01～0.05mm的電阻絲平行排列而成。應變片的阻值為幾十歐至幾十千歐左右。
按照電阻應變片的制造方法、工作溫度以及用途，可以對電阻應變片進行不同的分類。
根據(jù)應變片的制作材料，可以把應變片分為金屬電阻應變片和半導體應變片兩大類。
金屬電阻應變片
金屬絲式應變片由基體材料、金屬應變絲或應變箔、絕緣保護片和引出線等部分組成。
金屬絲式應變片有回線式和短接式二種?；鼐€式最為常用，制作簡單，性能穩(wěn)定，成本低，易粘貼，但橫向效應較大。絲式金屬電阻應變片的敏感柵由直徑0.01～0.05mm的電阻絲平行排列而成。應變片的阻值為幾十歐至幾十千歐左右。
金屬箔式電阻應變片
它的敏感柵是通過光刻、腐蝕等工藝制成。將合金先軋成厚度為0.002mm~0.01mm的箔材，經(jīng)過熱處理后在一面圖刷一層0.03~0.05mm厚的樹脂膠，再經(jīng)聚合固化形成基底。在另一面經(jīng)照相制版、光刻、腐蝕等工藝制成敏感柵，焊上引線，并涂上與基底相同的樹脂膠作為覆蓋片。
箔式應變計的主要特點：
①工藝上，它能保證敏感柵尺寸準確，線條均勻。大批量生產(chǎn)時，電阻值一致性好，離散程度小。
②箔式應變計的敏感柵的橫截面積為矩形，表面積和截面積之比大，散熱性能好，允許通過的電流較大，靈敏度系數(shù)較高。
③箔式應變計比絲式應變計厚度薄，其厚度一般為0.003~0.01mm，由于它的厚度薄，具有較好的可繞性，因此可以根據(jù)需要制成任意形狀的敏感柵（即應變花）和微型小基長（如基長為0.1mm），有利于傳遞變形。
④由于箔式應變計的特殊工藝，適合批量生產(chǎn)，且生產(chǎn)效率高。
金屬薄膜應變片
薄膜，一般指厚度不超過0.1μm的膜。金屬薄膜應變片是采用真空蒸鍍、沉積或濺射式陰極擴散等方法按規(guī)定圖形制成的掩膜版，在很薄的絕緣基底材料上制成一層金屬電阻材料薄膜以形成敏感柵，再加上保護層而制成。
金屬薄膜應變片可以采用一些高溫材料制成可在高溫條件下工作的電阻應變片。例如，采用鉑或鉻等材料沉積在藍寶石薄片上或覆有陶瓷絕緣層的鉬條上，工作溫度范圍在600℃~800℃。
若按照工作溫度進行分類，可將電阻應變計分為低溫（-30℃以下）、常溫（-30℃～60℃）、中溫（60℃～300℃）和高溫（300℃以上）幾種應變計。
①工藝上，它能保證敏感柵尺寸準確，線條均勻。大批量生產(chǎn)時，電阻值一致性好，離散程度小。
②箔式應變計的敏感柵的橫截面積為矩形，表面積和截面積之比大，散熱性能好，允許通過的電流較大，靈敏度系數(shù)較高。
③箔式應變計比絲式應變計厚度薄，其厚度一般為0.003~0.01mm，由于它的厚度薄，具有較好的可繞性，因此可以根據(jù)需要制成任意形狀的敏感柵（即應變花）和微型小基長（如基長為0.1mm），有利于傳遞變形。
④由于箔式應變計的特殊工藝，適合批量生產(chǎn)，且生產(chǎn)效率高。
金屬薄膜應變片
薄膜，一般指厚度不超過0.1μm的膜。金屬薄膜應變片是采用真空蒸鍍、沉積或濺射式陰極擴散等方法按規(guī)定圖形制成的掩膜版，在很薄的絕緣基底材料上制成一層金屬電阻材料薄膜以形成敏感柵，再加上保護層而制成。
金屬薄膜應變片可以采用一些高溫材料制成可在高溫條件下工作的電阻應變片。例如，采用鉑或鉻等材料沉積在藍寶石薄片上或覆有陶瓷絕緣層的鉬條上，工作溫度范圍在600℃~800℃。
若按照工作溫度進行分類，可將電阻應變計分為低溫（-30℃以下）、常溫（-30℃～60℃）、中溫（60℃～300℃）和高溫（300℃以上）幾種應變計。
4、電阻應變式傳感器的測量電路
電阻應變式傳感器的測量電路按照工作電源分為直流電源測量電路和交流電源測量電路兩種。
1）直流電橋電路
直流電橋電路是由連接成環(huán)形的四個橋臂組成的，每個橋臂上是一個電阻，分別為R1、R2、R3及R4，他們可全部或部分是應變片。
2）交流電橋電路
由于應變電橋輸出電壓很小，一般都要加放大器，而直流放大器易于產(chǎn)生零漂，因此應變電橋多采用交流電橋。
（c）為差動電容調(diào)平衡法 （d）為阻容調(diào)平衡法
5、電阻應變式傳感器的粘貼
應變片是用粘結(jié)劑粘貼到被測件上的，粘結(jié)劑形成的膠層必須準確迅速地將被測件應變傳遞到敏感柵上。選擇粘結(jié)劑時必須考慮應變片材料和被測件材料性能，不僅要求粘接力強，粘結(jié)后機械性能可靠，而且粘合層要有足夠大的剪切彈性模量，良好的電絕緣性，蠕變和滯后小，耐濕，耐油，耐老化，動態(tài)應力測量時耐疲勞等。
應變片的粘貼步驟一般可分為：
（1）應變片的檢查與選擇
（2）試件的表面處理
（3）底層處理
（4）貼片
（5）固化
（6）粘貼質(zhì)量檢查
（7）引線焊接與組橋連線
應變片的選用：
（1）選擇類型—使用目的、要求、對象、環(huán)境
（2）材料考慮—使用溫度、時間、最大應變量及精度。
（3）阻值選擇—根據(jù)測量電路和儀器選定標稱電阻
（4）尺寸考慮—試件表面、應力分布、粘貼面積
（5）其他考慮—特殊用途、惡劣環(huán)境、高精度
6、電阻應變式傳感器的應用
電阻應變片的應用有兩個方面：一是作為敏感元件，可直接用于被測試件的應變測量；另一方面作為轉(zhuǎn)換元件，通過彈性元件構(gòu)成傳感器，可用于對任何能轉(zhuǎn)換成彈性元件應變的其他物理量的間接測量。
應變片式傳感器的特點：
①應用和測量范圍廣；
②分辨率和靈敏度高、精度較高；
③結(jié)構(gòu)輕小，對試件影響小，環(huán)境適應性強，頻率響應好；
④商品化，選用方便，便于實現(xiàn)遠距離、自動化測量。
5、電阻應變式傳感器的粘貼
應變片是用粘結(jié)劑粘貼到被測件上的，粘結(jié)劑形成的膠層必須準確迅速地將被測件應變傳遞到敏感柵上。選擇粘結(jié)劑時必須考慮應變片材料和被測件材料性能，不僅要求粘接力強，粘結(jié)后機械性能可靠，而且粘合層要有足夠大的剪切彈性模量，良好的電絕緣性，蠕變和滯后小，耐濕，耐油，耐老化，動態(tài)應力測量時耐疲勞等。
應變片的粘貼步驟一般可分為：
（1）應變片的檢查與選擇
（2）試件的表面處理
（3）底層處理
（4）貼片
（5）固化
（6）粘貼質(zhì)量檢查
（7）引線焊接與組橋連線
應變片的選用：
（1）選擇類型—使用目的、要求、對象、環(huán)境
（2）材料考慮—使用溫度、時間、最大應變量及精度。
（3）阻值選擇—根據(jù)測量電路和儀器選定標稱電阻
（4）尺寸考慮—試件表面、應力分布、粘貼面積
（5）其他考慮—特殊用途、惡劣環(huán)境、高精度
6、電阻應變式傳感器的應用
電阻應變片的應用有兩個方面：一是作為敏感元件，可直接用于被測試件的應變測量；另一方面作為轉(zhuǎn)換元件，通過彈性元件構(gòu)成傳感器，可用于對任何能轉(zhuǎn)換成彈性元件應變的其他物理量的間接測量。
應變片式傳感器的特點：
①應用和測量范圍廣；
②分辨率和靈敏度高、精度較高；
③結(jié)構(gòu)輕小，對試件影響小，環(huán)境適應性強，頻率響應好；
④商品化，選用方便，便于實現(xiàn)遠距離、自動化測量。
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