应变片工作原理.pptx

当电阻丝受到拉力F作用时，
将伸长Δl，
横截面积相应减小ΔA，
电阻率因材料晶格发生变形等因素影响而改变了dρ，
从而引起电阻值相对变化量为

当半导体应变片受轴向力作用时，

/箔式应变片的优点：
表面积和截面积之比大，
散热性能好，
允许通过的电流较大，
可制成各种形状，便于批量生产。覆盖层与基片将敏感栅紧密地粘贴在中间，
对敏感栅起几何形状的固定和绝缘、保护作用。
基片将被测体的应变准确地传递到敏感栅上，
基片很薄，0.03～0.06mm,
基片与被测体及敏感栅能牢固地粘合在一起。基片要求有良好的性能：
绝缘性能
抗潮性能
耐热性能。基片和覆盖层的材料：
胶膜
纸
玻璃纤维布等。3.2.2金属电阻应变片的材料
对电阻丝材料的要求：
①灵敏系数大，
且在相当大的应变范围内保持常数；
②ρ值大，即在同样长度、同样横截面积的电阻丝中具有较大的电阻值；③电阻温度系数小，否则因环境温度变化也会改变其阻值；
④与铜线的焊接性能好，
与其它金属的接触电势小；
⑤机械强度高，
具有优良的机械加工性能。表3-1常用金属电阻丝材料的性能康铜（镍Ni：45％；铜Cu：55％）是目前应用最广泛的应变丝材料。镍：近似银白色、硬而有延展性并具有铁磁性的金属元素,
它能够高度磨光和抗腐蚀。康铜的特性：
灵敏系数稳定性好，
不但在弹性变形范围内能保持为常数，
进入塑性变形范围内也基本上能保持为常数；康铜的电阻温度系数较小且稳定，
采用合适的热处理工艺时，可使电阻温度系数在±50×10—6/℃的范围内；
康铜的加工性能好，易于焊接，
国内外多以康铜作为应变丝材料。3.2.3金属电阻应变片的粘贴
应变片用粘结剂粘贴到被测件上。
粘结剂形成的胶层必须准确迅速地将被测件的应变传递到敏感栅上。选择粘结剂时必须考虑应变片材料和被测件材料性能，粘接力强，机械性能可靠，
粘合层要有足够大的剪切弹性模量，良好的电绝缘性，蠕变和滞后小，耐湿，耐油，耐老化。蠕变：在温度一定时，应变片承受一恒定的机械应变时，指示应变随时间变化。
还要考虑应变片的工作条件，如温度、相对湿度、稳定性要求以及贴片固化时加热加压的可能性等。粘结剂类型：
硝化纤维素型
氰基丙稀酸型
聚酯树脂型
环氧树脂型
酚醛树脂型等。3.3电阻应变片的特性
3.3.1弹性敏感元件及其基本特性
物体在外力作用下改变原来尺寸或形状的现象称为变形，
而当外力去掉后物体又能完全恢复其原来的尺寸和形状，称为弹性变形。
具有弹性变形特性的物体称为弹性元件。

图3-4弹性特性曲线2.灵敏度表3-2常用弹性元件的结构和特性表3-2常用弹性元件的结构和特性弹性元件的材料：
合金钢（40Cr，35CrMnSiA等）
铍青铜（Qbe2，QBr2.5等）
不锈钢（1Cr18Ni9Ti等）
传感器中弹性元件的输入量是力或压力，输出量是应变或位移。3.3.2灵敏系数
当初始电阻值R的应变片粘贴于试件表面时，试件受力引起的表面应变，将传递给应变片的敏感栅，使其产生电阻相对变化ΔR/R。εt为应变片的轴向应变K=(ΔR/R)/εt为应变片的灵敏系数。
应变片的灵敏系数K并不等于其敏感栅整长应变丝的灵敏系数K0，K<K0
因为，在单向应力产生应变时，K除受到敏感栅结构形状、成型工艺、粘结剂和基底性能的影响外，尤其受到栅端圆弧部分横向效应的影响。应变片的灵敏系数直接关系到应变测量的精度。
实测k，所需测试条件：
①试件材料取泊松比μ0=0.285的钢材；
②试件单向受力；
③应变片轴向与主应力方向一致。图3-5应变片轴向受力及横向效应
（a）应变片及轴向受力图；（b）应变片的横向效应图但在半圆弧段则受到从+εx到
—μεx之间变化的应变，
其电阻的变化将小于沿轴向安放的同样长度电阻丝电阻的变化。将直的电阻丝绕成敏感栅后，虽然长度不变，应变状态相同，
但由于敏感栅的电阻变化减小，
因而其灵敏系数K较整长电阻丝的灵敏系数K0小，
称为应变片的横向效应。为了减小横向效应产生的测量误差，
多采用箔式应变片。3.3.4绝缘电阻和最大工作电流
已粘贴的应变片的引线与被测件之间的电阻值Rm。
通常要求Rm在50~100MΩ以上。
绝缘电阻下降将使测量系统的灵敏度降低，
使应变片的指示应变产生误差。Rm取决于粘结剂及基底材料的种类及固化工艺。
在常温下要采取防潮措施，
在中温或高温条件下，要选取电绝缘性能良好的粘结剂和基底材料。最大工作电流是指已安装的应变片允许通过敏感栅而不影响其工作特性的最大电流Imax。工作电流大，输出信号也大，灵敏度就高。
但工作电流过大会使应变片过热，灵敏系数产生变化，零漂及蠕变增加，甚至烧毁应变片。
工作电流的选取要根据试件的导热性能及敏感栅形状和尺寸来决定。通常静态测量时取25mA左右。
动态测量时取75～100m