电阻应变计基本知识正式版.docx

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电阻应变计基本知识正式版

电阻应变计基本知识

电阻应变计基本知识

电阻应变计选择方法

1、应变计系列的选择：

2、应变计敏感栅和基底材料的选择：

60℃以内、长时间、最大应变量在10um／m以下的应变测量，一般选用以康铜合金或卡玛合金箔为敏感栅、改性酚醛或聚酰亚胺为基底的应变计（BE、ZF、BA系列）；150℃以内的应变测量，一般选用以康铜、卡玛合金箔为敏感栅、聚酰亚胺为基底的应变计（BA系列）；60℃以内高精度传感器常用以康铜合金或卡玛合金箔为敏感栅、改性酚醛为基底的应变计（BF、ZF系列）。

3、应变计敏感栅长度的选择：

应变计在加载状态下的输出应变是敏感栅区域的平均应变。

为了获得真实的测量值，通常应变计的栅长应不大于测量区域半径的1/5-1/10。

栅长较长的应变计具有易干粘贴和接线、散热性好等优点，对应变计的性能有一定的改善作用，但应根据实际测量需要进行选择，对于应变场变化不大和一般传感器用途，我们推荐用户选用栅长3-6mm的应变计。

如果对非均匀材料（如混凝土、铸铁、铸钢等）进行应变测量，应选择栅长不小于材料的不均匀颗粒尺寸的应变计，以便比较真实地反映结构内的平均应变。

对于应变梯度大的应变测量，应尽量选用敏感栅长度较小的应变计。

4、应变计电阻的选择：

应变计电阻的选择应根据应变计的散热面积、导线电阻的影响、信噪比、功耗大小来选择。

对于传感器一般推荐选用350Ω、1000Ω电阻的应变计。

对于应力分布试验、应力测试、静态应变测量等，应尽量选用与仪器相匹配的阻值，一般推荐选用120Ω、350Ω的应变计。

5、应变计敏感栅结构型式的选择：

测量未知主应力方向试件的应变或测量剪应变时选用多轴应变计，前者可用三轴互相夹角为45°，或60°，或120°度等的应变计，后者用夹角为90°的二轴应变计；测量已知主应力方向试件的应变时，可选用单轴应变计；用于压力传感器的应变计可选用圆形敏感栅的多轴应变计；测量应力分布时，可选用排列成串或成行的5-10个敏感栅的多轴应变计。

6、应变计蠕变补偿标号的选择：

应变计蠕变标号的选择可参照蠕变自补偿应变计的简介。

7、应变计露茸圆钩ハ凳难≡瘢?

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应变计温度自补偿系数的选择可参照温度自补偿应变计的简介。

8、应变计接线方式的选择：

用户可根据需要选择相应的接线方式，并在订货型号中注明。

如选用本资料

中标注的标准引线焊接方式，则可以省略，不需专门注明。

电阻应变计型号命名规则

BF350--3AA80（23）N6-X

1.B:

表示应变计类别（B:

箔式;T:

特殊用途;Z:

专用（特指卡玛箔））

2.F:

表示基底材料种类（B:

玻璃纤维增强合成树脂;F:

改性酚醛;A:

聚酰亚胺;E:

酚醛-缩醛;Q:

纸浸胶;J:

聚氨酯）

3.350:

表示应变计标准电阻

4.3表示敏感栅长度（mm）

5.AA表示敏感栅结构形式

6.80表示极限工作温度（）

7.23表示温度自补偿或弹性模量自补偿代号（9:

用于钛合金;M23:

用于铝合金;11:

用于合金钢、马氏体不锈钢和沉淀硬化型不锈钢;16:

用于奥氏体不锈钢和铜基材料;23:

用于铝合金;27:

用于镁合金;-M23:

用于铝合金）

8.N6表示蠕变自补偿标号（蠕变标号:

T8，T6，T4，T2，T0，T1T3T5N2，N4，N6，N8，N0，N1，N3，N5，N7，N9）

9.X表示接线方式（X:

标准引线焊接方式;D:

点焊点;C:

焊端敞开式;U:

完全敞开式，焊引线;F:

完全敞开式，不焊引线；X**:

特殊要求

焊圆引线，**表示引线长度；BX**：

特殊要求焊扁引线，**表示引线长度；Q**:

焊接漆包线，**表示引线长度；G**:

焊接高温引线，**表示引线长度）　

应变计补偿功能简介及其选用方法

　1.温度补偿功能

简介：

应变计安装在具有某一线膨胀系数的试件上，试件可以自由膨胀并不受外力作用，在缓慢升（或降）温的均匀温度场内，由温度变化引起的指示应变称为热输出。

热输出是由应变计敏感栅材料的电阻温度系数和敏感栅材料与被测试件材料之间线膨胀系数的差异共同作用、迭加的结果，可由以下公式表示：

ξt=[（αt/k）+βe-βg）]△t

式中αt、βg分别为应变计敏感栅材料的电阻温度系数（1/C）和线膨胀系数（1/C）K为应变计的灵敏系数βe为试件的线膨胀系数（1/C）△t为偏离参考温度的温度变化量（C）.

热输出是静态应变测量中最大的误差源而且应变计的热输出分散随着热输出值的增大而增大.当测试环境存在温度梯度或瞬变时这种差异就更大.因此理想的情况是应变计的热输出值超于零满足这一要求的应变计称为温度自补偿应变计.

通过调整合金成配比改变冷轧成型压缩率以及适当的热处理可以使敏感栅材料的内部晶体结构重新组合改变其电阻温度系数从而使应变计的热输出超过零实现对弹性元件的温度自补偿.

选用方法:

（1）我厂目前提供以下温度自补偿系数的应变计:

9、11、16、23、27。

其中“9”用于钛合金；“11”用于合金铜、马氏不锈钢和沉淀硬化型不锈钢；“16”用于奥氏不锈钢和铜基材料；“23”用于铝合金；“27”用于镁合金。

（2）当温度自补偿应变计与测试件材料匹配时，在补偿温度范围内，热输出误差较小。

（3）当温度自补偿应变计所要求使用材料的线膨胀系数与测试件材料有微小差异时，应选用两片或四片应变计组成半桥或全桥，以消除热输出带来的影响。

（4）采用1/4桥路进行应力测量时，除安装在试件表面的工作应变计外，还应在与测试材料相同的补偿块上安装相同批次的应变计作为补偿片，并与工作片处于相同的环境条件下，这两片应变计分别接在惠斯通电桥的相临桥臂，以消除热输出的影响。

2.蠕变自补偿功能

简介：

传感器弹性元件因其材料的滞弹性效应而存在固有微蠕变特性，表现为传感器的输出随时间增加而增加（正蠕变）。

电阻应变计的基底和贴片用粘结剂具有一定的粘弹性，使应变计的输出随时间的增加而减少；而敏感栅材料存在滞弹性效应使应变计输出随时间的增加而增加，迭加后的结果是应变计在承受固定载荷时呈现或正或负的蠕变特性，其方向和数值可以通过改变敏感栅结构设计、调整基底材料配比及关键工艺参数加以调节。

在弹性体确定后选择蠕变与弹性体固有蠕变数值相等但方向相反的应变计，就能对弹性体本身的不完善性进行补偿。

同理，对传感器制造过程中其他因素引入的蠕变误差也可以用此方法进行调整，并把传感器的综合蠕变数值控制在最小范围内，这就是应变计蠕变补偿的基本原理。

我厂批量提供数十种形成蠕变梯度的应变计系列（相临标号之间蠕变相差0.01-0.015%F。

S/30min）供传感器制造厂家选用。

选用方法：

（1）首次使用时，可选用一种或两种蠕变相差较大（不同蠕变标号）的应变计粘贴在弹性体上，根据实测的综合蠕变大小和方向最终确定与传感器相匹配的蠕变标号。

（2）对弹性体材料、结构相同的传感器来说，量程越小，蠕变越正，应选择蠕变越负的应变计。

（3）不同弹性体材料具有不同的蠕变特性，应选用不同蠕变标号的应变计。

（4）传感器的系统蠕变除与弹性体、应变计、粘结剂等主要因素有关外。

还受密封结构形式、防护胶、生产工艺参数等影响。

但这种误差的量值和方向是可预知的，选择蠕变标号时应一同考虑。

3.弹性模量自补偿功能

简介：

材料的弹性模量一般随着环境温度的升高而下降。

根据虎克定律ε=δ/E，在载荷不变的情况下，随着温度的升高构件的变形量将增大，因而应变计所测量的应变ε也随之增加，这时，如果应变计的灵敏系数K能随温度升高而适当降低，根据R/R=Kε，将会是应变计的输出不随温度改变，从而实现弹性模量补偿，这类应变计就称为弹性模量自补偿应变计。

弹性模量自补偿应变计能起到普通应变计和弹性模量补偿电阻器的共同作用，将自动消除传感器因弹性模量随温度变化所造成的测量误差。

如果弹性模量自补偿应变计与弹性体材料良好匹配，则传感器温度灵敏度漂移可优于0.001%F.S。

他于目前常用的串联弹性模量补偿电阻器降低拱桥电压的方法相比，具有补偿精度高、稳定性好、灵敏度高、传感器制造工艺简单、成本低等优点。

但单纯弹性模量自补偿应变计存在以下问题：

应变计热输出值较大，致使传感器输出电阻温度系数超差，零点温度漂移较大。

我厂经过多年研究，研制并开发生产出温度自补偿与弹性模量自补偿兼顾型应变计，尤其是半桥和全桥应变计因温度性能比较好而受用户欢迎，被广泛采用。

选用方法：

（1）弹性模量自补偿应变计必须与弹性体材料相匹配，才能取得比较满意的补偿效果。

选用时，一般应根据至少5套传感器的实测数据选择所匹配的应变计。

（2）这种应变计对大多数结构材料不具有温度自补偿能力，热输出系数比一般温度自补偿应变计略大，热输出分散指标较小，因此推荐用于内部温度梯度较小的传感器。

（3）其焊接性比普通应变计稍差，请选用我厂配套助焊剂。

焊接时要细心，并彻底清洗。

基于应变电阻的柱式压力传感器

Columnpressuresensorbasedonstraingauges

20081128王晟楠20081224邹欣宜

摘要：

传感器技术在当代科技领域占有十分重要的地位。

传感器的种类很多，其中的电阻应变式传感器就是应用及其广泛的一种。

本文重点介绍基于应变电阻的柱式压力传感器的设计原理及参数计算。

关键词：

应变式压力传感器；电阻应变片；测量电桥

Abstract:

Thesensortechnologyinthefieldofcontemporaryscienceandtechnologyplaysaveryimportantposition.Manydifferenttypesofsensors,whichistheapplicationofresistancestrainsensorandwidelyused.Thisarticlefocusesonthecolumnbasedonstraingaugepressuresensordesignprinciplesandparametersofcalculation.

Keywords:

straingaugepressuresensor;resistancestraingauge;measuringbridge

1．引言

1.1课题研究背景

现代信息技术的三大基础是信息的拾取、传输和处理技术，也就是传感技术、通信技术和计算机技术，它们分别构成了信息技术系统的“感官”、“神经”、“大脑”。

如果没有“感官”感受信息，或者“感官”迟钝，都难以形成高精度、高反应速度的控制系统。

可见传感器技术是一种和其他多种现代科学技术密切相关的尖端技术。

应变式力传感器用作静态、动态条件下测力或称重，在我国工业生产过程检测与控制、自动计量等领域已大量应用。

随着技术进步以及用现代电子信息技术改造传统产业的深入，其需求量日趋增加。

传感器是测量装置和控制系统的首要环节。

如果没有传感器对原始参数进行精确可靠的测量，那么，无论是信号转换或信息处理，或者最佳数据的显示和控制，都将成为一句空话。

可以说，没有精确可靠的传感器，就没有精确可靠的自动检测和控制系统。

现代电子技术和电子计算机为信息转换与处理提供了极其完善的手段，使检测与控制技术发展到崭新阶段。

但是如果没有各种精确可靠的传感器去检测各种原始数据并提供真实的信息，那么，电子计算机也无法发挥其应有的作用。

1.2传感器发展动态

传感器技术所涉及的知识非常广泛，渗透到各个学科领域。

但是它们的共性是利用物理定律和物质的物理特性，将非电量转换成电量。

所以如何采用新技术、新工艺、新材料以及探索新理论，以达到高质量的转换效能，是总的发展途径。

由于科学技术迅猛发展，工艺过程自动化程度越来越高，因此对