| 词条 | 电阻应变计式传感器 |
| 释义 | § 简介 电阻应变计式传感器 以电阻应变计为敏感元件,将被测物理量(如力、位移等)转换为电信号的器件。 传感器的弹性元件受被测物理量作用而发生变形时，粘贴在它上面的电阻应变计将弹性元件发生的变形转换成为电阻的变化，通过测量仪器，将此变化转变成和被测物理量成比例的模拟电信号而输出。 电阻应变计式传感器的测量精度可优于0.1％,能在各种环境下长期稳定地工作。因为它输出的信号为电信号，所以便于实现物理量测量的数字化和自动化。为达到此目的，对弹性元件的设计，应保证粘贴电阻应变计的部位有足够明显的应变；弹性元件须采用疲劳强度高、韧性好的优质材料，如 35CrMnSiA、铍青铜、不锈钢等。对所用电阻应变计还须进行老化处理，并选择蠕变小、性能稳定的粘结剂将它粘牢。它的测量线路要有零点补偿、温度补偿、灵敏度补偿和非线性补偿等措施，以保证测量的准确性。 常用的电阻应变计式传感器，按照不同的被测物理量，可分为测定力、压力、扭矩、载荷、位移、速度、加速度、流量等传感器。 § 原理和特点 电阻应变式传感器 电阻应变计有两方面的应用：一是作为敏感元件，直接用于被测试件的应变测量；另一是作为转换元件，通过弹性元件构成传感器，用以对任何能转变成弹性元件应变的其它物理量作间接测量。用作传感器的应变计，应有更高的要求，尤其非线性误差要小(＜0.05%～0.1%F.S.)，力学性能参数受环境温度影响小，并与弹性元件匹配。 应变计式传感器有如下应用特点： (1)应用和测量范围广。用应变计可制成各种机械量传感器，如测力传感器可测10－～107N，压力传感器可测103～10Pa，加速度传感器可测到103级m/s2。 (2)分辨力(1με)和灵敏度高，尤其是用半导体应变计，灵敏度可达几十mV/V；精度较高(一般达1%～3%F.S.，高精度达0.1%～0.01%F.S.)。 (3)结构轻小，对试件影响小；对复杂环境的适应性强，易于实施对环境干扰的隔离或补偿，从而可以在高低温、高压、高速、强磁场、核幅射等特殊环境中使用；频率响应好。 (4)商品化，选用和使用都方便，也便于实现远距离、自动化测量。 因此，目前传感器的种类虽已繁多，但高精度的传感器仍以应变计式应用最普遍。它广泛用于机械、冶金、石油、建筑、交通、水利和宇航等部门的自动测量与控制或科学实验中；近年来在生物、医学、体育和商业等部门亦已得到开发应用。 § 分类 测力传感器 应变计式传感器的最大用武之地还是称重和测力领域。这种测力传感器的结构由应变计、弹性元件和一些附件所组成。视弹性元件结构型式(如柱形、筒形、环形、梁式、轮幅式等)和受载性质(如拉、压、弯曲和剪切等)的不同，它们有许多种类。 压力传感器 图1 筒式应变压力传感器 (a)结构示意；(b)筒式弹性元件；(c)应变计布片 1—插座；2—基体；3—温度补偿应变计；4—工作应变计；5—应变筒 压力传感器主要用来测量流体的压力。视其弹性体的结构形式有单一式和组合式之分。单一式是指应变计直接粘贴在受压弹性膜片或筒上。膜片式应变压力传感器的结构、应力分布及布片，与固态压阻式传感器雷同。图1为筒式应变压力传感器。图中(a)为结构示意；(b)为材料取E和μ的厚底应变筒；(c)为4片应变计布片,工作应变计R1、R3沿筒外壁周向粘贴，温度补偿应变计R2、R4贴在筒底外壁，并接成全桥。当应变筒内壁感受压力P时，筒外壁的周向应变为（见下图公式）： 对厚壁筒 对薄壁筒 压力传感器 组合式压力传感器则由受压弹性元件(膜片、膜盒或波纹管)和应变弹性元件(如各种梁)组合而成。前者承受压力，后者粘贴应变计。两者之间通过传力件传递压力作用。这种结构的优点是受压弹性元件能对流体高温、腐蚀等影响起到隔离作用，使应变计具有良好的工作环境。 位移传感器 应变式位移传感器是把被测位移量转变成弹性元件的变形和应变，然后通过应变计和应变电桥，输出正比于被测位移的电量。它可用来近测或远测静态与动态的位移量。因此，既要求弹性元件刚度小，对被测对象的影响反力小，又要求系统的固有频率高，动态频响特性好。 图2 YW型应变式位移传感器 (a)传感器结构；(b)工作原理 1—测量头； 2—弹性元件； 3—弹簧； 4—外壳； 5—测量杆； 6—调整螺母； 7—应变计 图2(a)为国产YW系列应变式位移传感器结构。这种传感器由于采用了悬臂梁-螺旋弹簧串联的组合结构，因此它适用于较大位移(量程＞10～100mm)的测量。其工作原理如图2(b)所示。 由于测量杆位移d为悬臂梁端部位移量d1和螺旋弹簧伸长量d2之和。由材料力学可知，位移量与贴片处应变ε之间的关系为：d=d1+d2+Kε 上式表明：d和ε成线性关系，其比例系数K与弹性元件尺寸、材料特性参数有关；ε通过4片应变计和应变仪测得。 其他应变式传感器 电阻应变式传感器应用——称重计 利用应变计除可构成上述主要应用传感器外，还可构成其他应变式传感器，如通过质量块与弹性元件的作用，可将被测加速度转换成弹性应变，从而构成应变式加速度传感器。如通过弹性元件和扭矩应变计，可构成应变式扭矩传感器，等等。应变式传感器结构与设计的关键是弹性体型式的选择与计算，应变计的合理布片与接桥。 |
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