应变式传感器原理
应变式传感器是基于应变效应。应变效应是指金属丝电阻值随其形变而发生变 化的物理现象。物理学中，金属丝的阻值R与其长度l成正比，与其截面积S成反 比，比例系数为电阻率口。其表达式可以看出，影响K。有两个因素，第一项(1+2户是金属丝受 力后几何形状发生变化所引起的，第二项是由于金属丝自由电子的活动能力发生变 化引起的，该项无法用解析式表示，只能依靠实验求出。对于金属材料和半导体材 料的电阻率应变效应原理有所不同，但结果相近。
通过以上原理分析可知，电阻丝受外力引起轴向应变，致使电阻值成比例地变 化，通过转换电路可将电阻值变化转化成电信号输出，这就是应变式 传感器的基本 原理。
1.应变片的结构与分类
根据应变式传感器的基本原理制作的 应变计又名应变片。常见的粘贴式结构如 图11一3所示。应变片的典型结构包括有敏 感栅、基底、盖片、引线及豁合剂等。
(1)敏感栅。应变片中实现电阻转换的 元件，其合金材料的选择对所制造的应变片的性能起决定性的作用。因此对合金材 料的选择需考虑的因素有:①较高的灵敏系数并在较大的应变范围内稳定;②有高的和稳定的电阻率;③电阻温度系数小并 有足够的热稳定性;④机械强度高、加工和焊接性能良好;⑤抗氧化和抗腐蚀性能 强等。工程应用中应根据实际情况综合考虑。常用的合金大致有:铜镍合金(康 铜)、镍铬合金、铁铬铝合金、镍铬铁合金、铂及铂合金等。
(2)基底。基底的作用是保持敏感栅固定的形状、尺寸和位置，并使敏感栅与 弹性元件相互绝缘。对基底材料的要求是挠性好，具有一定的机械强度，赫合性和绝缘性能好、蠕变和滞后小、不吸潮和热稳定性好等。
常用的基底材料有纸、胶膜和玻璃纤维布。聚酸亚胺是一种综合性能极佳的有 机高分子材料之一，其胶膜耐高温达400℃以上，长期使用温度范围为一200一 300℃，高绝缘性，成膜性好，制成的应变片蠕变小、滞后小、稳定性好、疲劳寿 命高，已广泛应用在航空、航天、微电子、纳米、液晶、分离膜、激光等领域。玻 璃纤维是一种性能优异的无机非金属材料，优点是绝缘性好、耐热性强、抗腐蚀性 好，机械强度高，稳定性和疲劳寿命也高，适用于高精度传感器上。
(3)盖片。盖片的作用是防潮、防腐、防损、避免机械损伤和高温氧化等。其 材料采用纸或胶膜或纤维布，也可以用钻合剂作为保护层。
(4)引线。它的作用是连接敏感栅与测量电路。通常使用低的稳定电阻率及小 电阻温度系数的丝状或带状的金属导线。常温应变片多用镀银紫铜丝或铜带，高温 应变片多采用镍铬、银、铂等，高疲劳寿命的应变片采用敏青铜作为引线。引线与 敏感栅的连接可以采用钎焊、锡焊、电弧焊或电接触焊等。
(4)豁合剂。生产应变片时，粘合剂的作用是把盖片和敏感栅固定在基底上， 使用应变片时，勃合剂的作用是把应变片贴在弹性体被测位置上。粘贴应变片时， 因为钻合剂参与弹性体形变到应变片的传递，所以其形成的胶层直接影响应变片的性能。工程上赫合剂的选择要根据具体要求，有针对性的选择。
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