【正文】 用的電阻系列，習慣上為 60、 1 200、 350、500、 1000Ω ，其中以 120Ω 最常用。 幾點說明 ： ? 絕緣電阻過低，會造成應變片與試件之間漏電而產生測量誤差； ? 如果應變片受潮，絕緣電阻大大降低； ? 應變片絕緣電阻取決于 粘合劑及基底材料的種類以及它們的固化工藝 ； ? 基底與膠層愈厚，絕緣電阻愈大，但會使應變片靈敏系數減小，蠕變和滯后增加，因此 基底與膠層不可太厚 。 山東理工大學機械學院 第二章 電阻式傳感器 絕緣電阻： 是 指應變片的引線與被測試件之間的電阻值。 實際選擇情況： 通常允許電流值在靜態(tài)測量時約取 25mA左右，動態(tài)時可高一些，箔式應變片可取更大一些。 選擇時要考慮的因素： – 工作電流大，應變片輸出信號大，靈敏度高； – 但過大的工作電流會使應變片本身過熱，使靈敏系數變化，零漂、蠕變增加，甚至把應變片燒毀。 疲勞壽命反映了應變片對動態(tài)應變測量的適應性 。 山東理工大學機械學院 第二章 電阻式傳感器 疲勞壽命： 對于已安裝好的應變片，在 恒定幅值的交變力作用 下，可以連續(xù)工作而不產生疲勞損壞的循環(huán)次數 N稱為應變片的疲勞壽命。 應變片在制造過程中所產生的內應力、絲材、粘合劑、基底等的變化是造成應變片零漂和蠕變的因素。 說明： 這兩項指標都是用來衡量 應變片特性對時間的穩(wěn)定性 ，在長時間測量中其意義更為突出。 蠕變： 如果在一定溫度下，使其承受恒定的機械應變，其電阻值隨時間而變化的特性，稱為應變片的蠕變。 減小措施： 選用合適的粘合劑；在新安裝應變片后，做三次以上的加卸載循環(huán)后再正式測量。加載特性曲線與卸載特性曲線的最大差值 Δε m稱應變片的滯后。 為了減少橫向效應產生的測量誤差，一般多采用箔式應變片，其 圓弧部分尺寸較柵絲尺寸大得多，電阻值較小 ，因而電阻變化量也就小得多。這種現象稱橫向效應。而在圓弧的其它各段上，其軸向感受的應變由 +ε x 變化到 ε y。 山東理工大學機械學院 第二章 電阻式傳感器 橫向效應 山東理工大學機械學院 第二章 電阻式傳感器 ? 敏感柵是由多條直線和圓弧部分組成。 ? 一批產品中只能抽樣 5％的產品來測定，取平均值及允許公差值作為該批產品的靈敏系數，又稱 “ 標稱靈敏系數 ” 。 公式： 山東理工大學機械學院 第二章 電阻式傳感器 說明： ? 應變片的電阻 —應變特性與 金屬單絲 時不同，因此須用實驗方法對應變片的靈敏系數 k進行測定。清洗使之無油污、氧化層、銹斑等； （ 3）定位劃線； （ 4）粘貼應變片，并壓合，使粘合劑的厚度盡量減薄； （ 5）粘合劑固化處理； （ 6）引線的焊接處固定以及防護與屏蔽處理等。 常用的粘合劑類型有硝化纖維素粘合劑、氰基丙烯酸脂粘合劑、有機硅粘合劑等。 山東理工大學機械學院 第二章 電阻式傳感器 ★ 粘結劑和粘貼技術 粘合劑 合理選擇粘合劑： 粘合劑必須適合應變片材料和被測試件材料及環(huán)境，例如工作溫度、濕度、化學腐蝕等。 山東理工大學機械學院 第二章 電阻式傳感器 金屬薄膜應變片 制作工藝： 采用 真空蒸發(fā) 或 真空沉積 等方法在薄的絕緣基片上形成厚度在 以下的金屬電阻材料 薄膜敏感柵 ，最后再加上保護層，易實現工業(yè)化批量生產。 4. 蠕變、機械滯后小，疲勞壽命長。散熱條件好，允許電流大，提高了輸出靈敏度。 山東理工大學機械學院 第二章 電阻式傳感器 山東理工大學機械學院 第二章 電阻式傳感器 山東理工大學機械學院 第二章 電阻式傳感器 箔式應變片的優(yōu)點： 1. 可制成 多種復雜形狀尺寸準確 的敏感柵，柵長 l最小可做到，以適應不同的測量要求。 ?金屬絲 常用的材料有康銅、鎳鉻合金、鎳鉻鋁合金、鐵鎳鉻合金以及貴金屬（鉑、鉑鎢合金）等。 山東理工大學機械學院 第二章 電阻式傳感器 ?短接式： – 兩端用直徑比柵絲直徑 粗 5～ 10倍的鍍銀絲 短接而成，有效克服了橫向效應。 回線式主要特點 ：因制作簡單，性能穩(wěn)定，成本低，易粘貼，所以最為常用。 金屬絲式應變片 應變片短接式 山東理工大學機械學院 第二章 電阻式傳感器 ?回線式： – 敏感柵絲直徑在 ～ ，以 ； – 回線的曲率半徑 r為 ～ ； – 基片用厚度為 薄紙 （稱紙基），或用粘結劑和有機樹脂基膜制成（稱 膠基 ），粘貼性能好，能保證有效地傳遞變形。 ? 便于多點測量、遠距離測量和遙測。 ? 適應性強。既可測量彈性變形，也可測量塑性變形。既可用于靜態(tài)測量，又可用于動態(tài)測量。 ? 應變片尺寸小、重量輕、結構簡單、使用方便、響應速度快。 應變 ε(ε=?/E) → ΔR 擴展應用： 通過 彈性敏感元件 的作用，可以將應變片測應變的應用擴展到能 引起彈性元件產生應變的各種非電量的測量 ，如位移、力、力矩、壓力等物理量，從而構成各種電阻應變式傳感器。在外力作用下，被測對象表面產生微小機械變形時，應變片敏感柵也隨同變形，其電阻值發(fā)生相應變化 ΔR 。3覆蓋層 。 山東理工大學機械學院 第二章 電阻式傳感器 圖 221 電阻應變片的基本結構 1敏感柵 。 ? ?12RlRl ?? ?? ? ?? ? ?0//12RRk ???????? ? ? ?令： （ 2－ 3） 山東理工大學機械學院 第二章 電阻式傳感器 ★ 應變片的基本結構及測量原理 絲繞式應變片結構： ? 合金電阻絲（ φ ）繞成敏感柵； ? 敏感柵粘貼在絕緣的基底 1 ； ? 電阻絲的兩端焊接引出線 4； ? 敏感柵上面粘貼有保護用的覆蓋層 3。 對于金屬材料而言，以前者為主，則 k0≈1+2 μ ，對半導體， k0值主要是由電阻率相對變化所決定。 一根長 l ，截面積為 S ，電阻率為 ρ 的金屬絲電阻為 : （ 2－ 1） 山東理工大學機械學院 第二章 電阻式傳感器 如圖 21所示 山東理工大學機械學院 第二章 電阻式傳感器 當電阻絲受到軸向拉力 F作用時，電阻值 ΔR 的變化引起電阻的相對變化為 : Δl/l=ε ，為金屬導體電阻絲的 軸向應變 ，常用單位με （ με=1 106 mm/mm） 假設 Δr/r 為 徑向應變 ，且由材料力學知， Δr/r= ?μΔl/l ，式中 ?為金屬材料的泊松比。 山東理工大學機械學院 第二章 電阻式傳感器 第一節(jié) 應變式傳感器 定義 ：應變式傳感器是利用金屬的 電阻應變效應 ，將被測物變形 轉換成 電阻變化 的傳感器。 ? 主要優(yōu)點 ：結構簡單，性能穩(wěn)定，靈敏度較高，有的可用于動態(tài)測量。 ? 物理學原理：導體、半導體的長度或內應力變化、溫度變化導致電阻變化。山東理工大學機械學院 第二章 電阻式傳感器 第二章 電阻式傳感器 山東理工大學機械學院 第二章 電阻式傳感器 山東理工大學機械學院 第二章 電阻式傳感器 ? 基本原理 ：將被測的非電量轉換成電阻值的變化，再經轉換電路變成電量輸出。 ? 電阻材料 ：導體、半導體、電解質溶液等。 ? 被測參數 ：力、壓力、 應變 、加速度等。 ? 本章主要研究的內容 ：應變式傳感器和壓阻式傳感器。 本節(jié)內容： 一． 工作原理 二． 應變片的類型和材料 三． 金屬應變片的主要特性 四． 轉換電路 五． 溫度誤差及其補償 六． 應變式傳感器舉例 山東理工大學機械學院 第