概述(电阻应变片 光学应变片)

应变片的构造

应变片的分类

应变片原理

应变片的应用(传感器的定义 电阻应变式称重测力传感器)

概述

电阻应变片

电阻应变片的工作原理是基于应变效应制作的，即导体或半导体材料在外界力的作用下产生机械变形时，其电阻值相应的发生变化，这种现象称为“应变效应”。

半导体应变片是用半导体材料制成的，其工作原理是基于半导体材料的压阻效应。压阻效应是指当半导体材料某一轴向受外力作用时，其电阻率发生变化的现象。

应变片是由敏感栅等构成用于测量应变的元件，使用时将其牢固地粘贴在构件的测点上，构件受力后由于测点发生应变，敏感栅也随之变形而使其电阻发生变化，再由专用仪器测得其电阻变化大小，并转换为测点的应变值。

金属电阻应变片品种繁多，形式多样，常见的有丝式电阻应变片和箔式电阻 应变片。

箔式电阻应变片是一种基于应变——电阻效应制成的，用金属箔作为敏感栅的，能把被测试件的应变量转换成电阻变化量的敏感元件。

光学应变片

光学应变计一般采用不超过 4-9 微米直径的布拉格光栅 玻璃纤维 制造。一般来说,人的头发直径为60-80微米.纤维芯被直径大约125 微米的纯玻璃覆盖层所包围。

基于布拉格光栅的应变片有以下优势：

1. 对电磁场不敏感

2. 可以用于可能爆炸的环境

3. 高震动负载情况下，材料（玻璃）不会产生故障

4. 可以测量更大的应变，一般电阻应变片的最大应变为数百微应变，而光学应变片的可测量的最大应变为7000微应变

5. 更少的连接线，因此会对测试物体产生更少的干扰

6. 互连需要大量的传感器，不同的布拉格波长可以集成在一个光纤中.

应变片的构造

应变片有很多种类。一般的应变片是在称为基底的塑料薄膜（15-16μm）上贴上由薄金属箔材制成的敏感栅（3-6μm），然后再覆盖上一层薄膜做成迭层构造。

箔式电阻应变片

应变片的分类

按材料分： 金属式体型——丝式、箔式、薄膜型；

半导体式体型——薄膜型、扩散型、 外延型、PN结型 按结构分：单片、双片、特殊形状 按使用环境：高温、低温、高压、磁场、水下；

应变片原理

将应变片贴在被测定物上，使其随着被测定物的应变一起伸缩，这样里面的金属箔材就随着应变伸长或缩短。很多金属在机械性地伸长或缩短时其电阻会随之变化。应变片就是应用这个原理，通过测量电阻的变化而对应变进行测定。一般应变片的敏感栅使用的是铜铬合金，其电阻变化率为常数，与应变成正比例关系。即：

其中，R：应变片原电阻值Ω（欧姆）

ΔR：伸长或压缩所引起的电阻变化Ω（欧姆）

K：比例常数(应变片常数)

ε：应变

不同的金属材料有不同的比例常数K。铜铬合金的K值约为2。这样，应变的测量就通过应变片转换为对电阻变化的测量。但是由于应变是相当微小的变化，所以产生的电阻变化也是极其微小的。

要精确地测量这么微小的电阻变化是非常困难的，一般的电阻计无法达到要求。为了对这种微小电阻变化进行测量，我们使用带有惠斯通电桥的专用应变测量仪。

应变片的应用

应变片主要应用于传感器。振动时效效果取决于振型的选择。为确保准确地消除或降低工件关键部位的残余应力，防止焊接、切割、铸造、锻压、机加工件变形与开裂。Sigmar开发出多种常规时效设备，可为用户提供科学的工艺振型分析、方便的设备操作功能，以便定性地保证时效工艺效果……它们可分为分为4个系列16个规格。

传感器的定义

能把被测物理量或化学量转变成为电量的一种器件或元件叫传感器（又称变换器）其中我们平时接触较多物理量就有温度、湿度、质量、重量、力、压强、速度、加速度、长度、角度、液位、流量、密度等；与此相以对应，生产和生活中就需要温度传感器、湿度传感器、称重测力传感器、压强传感器等。

电阻应变式称重测力传感器

称重传感器的定义：

一种已考虑到使用当地的重力加速度和空气浮力影响的用来测量质量的传感器。称重传感器能把被测质量转换成电压信号。有各种各样的称重传感器，例电容式称重传感器；电磁平衡式传感器，有压电式称重传感器等等。

应变式称重传感器

采用电阻应变片作为敏感元件制造生产的称重传感器叫应变式称重传感器。

应变式测力传感器

采用电阻应变片作为敏感元件制造生产的能把各种力学量转换为电量的传感器叫测力传感器。例拉力、压力、压强、扭拒、加速度等传感器。

应变式称重测力传感器与测力传感器之间的关系

从理论上说，质量表征实体的一种性质，，其测量单位是千克，而力学量是一种向量，测量单位是牛顿及其它导出量，彼此毫无关系。但由于质量不能直接测量，质量是利用质量在地球重力场中的力效应（重量）来测量的，所以从测量技术而论它们彼此是同类的。