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應(yīng)變式傳感器是基于測(cè)量物體受力變形所產(chǎn)生的應(yīng)變的一種傳感器。電阻應(yīng)變片則是其最常采用的傳感元件。它是一種能將機(jī)械構(gòu)件上應(yīng)變的變化轉(zhuǎn)換為電阻變化的傳感元件。

 

中文名	組成	主要用途	種類
應(yīng)變式傳感器	敏感柵、基底、引線、蓋片	測(cè)量力、力矩、壓力	絲式電阻應(yīng)變片和箔式電阻應(yīng)變片

 

 

 

目錄

 

1、應(yīng)變式傳感器的定義

2、應(yīng)變式傳感器的作用

3、應(yīng)變式傳感器的基本特性

4、應(yīng)變式傳感器的優(yōu)點(diǎn)

5、應(yīng)變式傳感器的工作電流

6、應(yīng)變式傳感器的原理

7、應(yīng)變式傳感器的3種布局

8、應(yīng)變式、壓阻式、壓電式傳感器特性比較

9、應(yīng)變式傳感器的安裝步驟

10應(yīng)變式傳感器的生產(chǎn)廠家三個(gè)梯隊(duì)

 

 

應(yīng)變式傳感器的定義：

在測(cè)量構(gòu)件應(yīng)變時(shí)，直接將應(yīng)變片黏貼在構(gòu)件上即可。但若要測(cè)量力、壓力、加速度等信號(hào)，應(yīng)先將這些物理量轉(zhuǎn)變成應(yīng)變，然后用應(yīng)變片測(cè)量。比直接測(cè)量時(shí)多了一個(gè)轉(zhuǎn)換過(guò)程，完成這種轉(zhuǎn)換過(guò)程的原件通常稱為彈性原件，因此，應(yīng)變式傳感器通常由彈性敏感原件和應(yīng)變計(jì)兩部分構(gòu)成。彈性敏感原件是傳感器的核心部件，要求彈性原件彈性儲(chǔ)能高，通常表示為彈性材料儲(chǔ)存變形功而不發(fā)生永久變形的能力。具有良好的機(jī)械加工和熱處理性能。具有較強(qiáng)的抗壓強(qiáng)度。受溫度影響小等特性。正確選擇彈性敏感原件及應(yīng)變計(jì)橋路是提高應(yīng)變式傳感器的重要途徑，

 

應(yīng)變傳感器的作用：

應(yīng)變傳感器除了測(cè)定試件應(yīng)力、應(yīng)變外，還可知制造成多種應(yīng)變式傳感器，用于測(cè)量力、扭矩、加速度、壓力等其他物理量。

應(yīng)變傳感器的基本特性：

基本特性——剛度、靈敏度

剛度——彈性元件受外力作用下變形大小的量度。

靈敏度——單位力作用下彈性元件產(chǎn)生變形的大小。剛度的倒數(shù)。

 

應(yīng)變式傳感器的優(yōu)點(diǎn)：

4.1.分辨力高，能測(cè)出極微小的應(yīng)變，如1-2微應(yīng)變；

4.2.誤差較小，一般小于1%；

4.3.尺寸小、重量輕。

4.4.測(cè)量范圍大，從彈性變形一直可測(cè)至塑性變形（1-2%），最大可達(dá)20%；

4.5.既可測(cè)靜態(tài)，也可測(cè)快速交變應(yīng)力；

4.6.具有電氣測(cè)量的一切優(yōu)點(diǎn)，如測(cè)量結(jié)果便于傳送、記錄和處理；

4.7.能在各種嚴(yán)酷環(huán)境中工作。如從宇宙真空至數(shù)千個(gè)大氣壓；從接近絕對(duì)零度低溫至近1000℃高溫；離心加速度可達(dá)數(shù)十萬(wàn)個(gè)“g”；在振動(dòng)、磁場(chǎng)、放射性、化學(xué)腐蝕等條件下，只要采取適當(dāng)措施，亦能可靠地工作；

4.8.價(jià)格低廉、品種多樣，便于選擇和大量使用。

應(yīng)變式傳感器的工作電流：

絕緣電阻——已粘貼的應(yīng)變片的引線與被測(cè)件之間的電阻值Rm。絕緣電阻越大越好。

最大工作電流——已安裝的應(yīng)變片允許通過(guò)敏感柵而不影響其工作特性的最大電流Imax。工作電流大，敏感度高，但也會(huì)使應(yīng)變片過(guò)熱，應(yīng)視材料選取不同的電流。

5.1.溫度誤差

應(yīng)變片的溫度誤差——由于測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫度的改變而給測(cè)量帶來(lái)的附加誤差。

5.2.電阻應(yīng)變片的溫度補(bǔ)償方法：

5.2.1線路補(bǔ)償法

初始狀態(tài)　Uo=A（R1 R4- RB R3）=0

溫度變化后　Uo=A[（R1+ΔR1t）R4-(RB+ΔRBt)R3]=0

承受應(yīng)變后　Uo=A[（R1+ΔR1t+ΔR1）R4-(RB+ΔRBt)R3]=AΔR1R4= AR1R4Kε

5.2.2應(yīng)變片的自補(bǔ)償法

電阻應(yīng)變片的測(cè)量電路

 

應(yīng)變式傳感器的原理：

電阻應(yīng)變片的基本構(gòu)造，它一般由敏感柵、基底、引線、蓋片等組成。敏感柵由直徑為0.01-0.05mm、高電阻系數(shù)的細(xì)絲彎曲而成柵狀，它實(shí)際上是一個(gè)電阻元件，是電阻應(yīng)變片感受構(gòu)件應(yīng)變的敏感部分。敏感柵用粘合劑將其固定在基底上。基底的作用應(yīng)保證將構(gòu)件上應(yīng)變準(zhǔn)確地傳遞到敏感柵上去。因此它必須作得很薄，一般為0.03-0.06mm，使它能與試件及敏感柵牢固地粘結(jié)在一起。另外它還應(yīng)有良好的絕緣性能、抗潮性能和耐熱性能?；撞牧嫌屑?、膠膜、玻璃纖維布等。紙具有柔軟、易于粘貼、應(yīng)變極限大和價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，但耐溫耐濕性差，一般工作溫度低于70℃下采用。為了提高耐濕耐久性和使用溫度，可浸以酚醛樹脂類粘合劑使用溫度可提高至180℃，且時(shí)間穩(wěn)定性好，適用于測(cè)力等傳感器使用。膠膜基底是由環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、聚脂樹脂和聚酰亞胺等有機(jī)粘合劑制成的薄膜，膠膜基底具有比紙更好的柔性、耐濕性和耐久性，且使用溫度可達(dá)100-300℃。玻璃纖維布能耐400-450℃高溫，多用做中溫或高溫應(yīng)變片基底。引出線的作用是將敏感柵電阻元件與測(cè)量電路相連接，一般由0.1-0.2mm低阻鍍錫銅絲制成，并與敏感柵兩輸出端相焊接。 

應(yīng)變式傳感器的3種布局：

在高端市場(chǎng)主要以跨國(guó)公司如Vishay 測(cè)量集團(tuán)、HBM 公司、梅特勒-托利多集團(tuán)和瑞典Flintec公司等為主，不僅提供高端高質(zhì)量產(chǎn)品，而且還提供各類解決方案。在細(xì)分市場(chǎng)，我國(guó)地區(qū)龍頭企業(yè)如中航電測(cè)、寧波柯力等，表現(xiàn)極為突出，擁有價(jià)格和應(yīng)用等優(yōu)勢(shì)，占據(jù)市場(chǎng)主導(dǎo)。在中低端市場(chǎng)，主要以中國(guó)、韓國(guó)等企業(yè)為主，主要憑借勞動(dòng)力成本來(lái)競(jìng)爭(zhēng)，但技術(shù)水平尚不能參與全球競(jìng)爭(zhēng)。

應(yīng)變式傳感器是基于測(cè)量物體受力變形所產(chǎn)生的應(yīng)變的一種傳感器。電阻應(yīng)變片則是其最常采用的傳感元件。它是一種能將機(jī)械構(gòu)件上應(yīng)變的變化轉(zhuǎn)換為電阻變化的傳感元件。

從細(xì)分市場(chǎng)而言，我國(guó)是橋式傳感器的最大生產(chǎn)和銷售基地，占據(jù)全球70%的生產(chǎn)量，主要優(yōu)勢(shì)為價(jià)格和普及面。鋼制傳感器則主要應(yīng)用于醫(yī)藥、生物、化工、食品和電力等工業(yè)和高端領(lǐng)域。數(shù)字傳感器則逐漸在全球市場(chǎng)更受歡迎，尤其是隨著智能化程度不斷提升，應(yīng)用也更為廣泛。

 

應(yīng)變式、壓阻式、壓電式傳感器特性比較：

8.1．應(yīng)變式傳感器

應(yīng)變式傳感器是把力的變化轉(zhuǎn)換成電阻值的變化來(lái)進(jìn)行測(cè)量的，應(yīng)變片是由金屬導(dǎo)體或半導(dǎo)體制成的電阻體，其阻值隨力所產(chǎn)生的應(yīng)變而變化。應(yīng)變效應(yīng)是導(dǎo)體受機(jī)械變形時(shí)，其電阻值發(fā)生變化的現(xiàn)象。

 

8.2．壓阻式傳感器

壓阻式傳感器的靈敏度比金屬絲式應(yīng)變片的靈敏度高，其精度好，而且響應(yīng)頻率好，工作可靠。缺點(diǎn)是受溫度影響較大，應(yīng)進(jìn)行溫度補(bǔ)償壓阻效應(yīng)是物質(zhì)受外力作用發(fā)生變形時(shí)，其電阻率發(fā)生變化的現(xiàn)象。

 

8.3．壓電式傳感器

壓電式傳感器的原理是基于某些晶體材料的壓電效應(yīng)，目前廣泛使用的壓電材料有石英和鈦酸鋇等，當(dāng)這些晶體受壓力作用發(fā)生機(jī)械變形時(shí)，在其相對(duì)的兩個(gè)側(cè)面上產(chǎn)生異性電荷，這種現(xiàn)象稱為“壓電效應(yīng)”。

壓電式壓力傳感器不能用作靜態(tài)測(cè)量，一般用于測(cè)量脈動(dòng)壓力，不能測(cè)量靜壓力；

 

壓電傳感器產(chǎn)生的信號(hào)很弱而輸出阻抗很高，必須根據(jù)壓電傳感器的輸出要求，將微弱的信號(hào)經(jīng)過(guò)電壓放大或電荷放大（一般是電荷放大），同時(shí)把高輸出阻抗變換成低輸出阻抗，此信號(hào)才能被示波器或其他二次儀表接受。

 

應(yīng)變傳感器的安裝步驟：

9.1.打磨待測(cè)點(diǎn)表面：用砂紙或鋼刷或角磨機(jī)等將待測(cè)點(diǎn)表面打磨干凈；打磨面積以粘貼基座面為準(zhǔn)，間距150㎜左右（因傳感器標(biāo)距為150mm）；打磨好后，用基座模板放貼上去比一下，看基座模板放上去是否是水平的。如果模板放上去有點(diǎn)翹，用鏟子鏟一下打磨點(diǎn)，調(diào)節(jié)使模板放上去大致能水平。

 

9.2.粘膠：將兩個(gè)基座分別用螺絲固定在模板兩端，在基座底表面捻上粘膠502；

 

9.3.固定基座：將此模板輕輕扣安在欲測(cè)試體表面，約等3~5分鐘，讓粘膠稍微干即可，松揩螺絲，輕取下模板；（在基座四周涂上302膠可以讓基座粘的更牢固）

 

9.4.至此，用來(lái)固定數(shù)碼應(yīng)變傳感器的基座粘貼完成，等待大約30分鐘（粘膠）后，將數(shù)碼應(yīng)變傳感器用螺絲固定在基座上。

 

9.5.將傳感器用接線電纜連接到R485總線的分線盒上。

 

應(yīng)變式傳感器的生產(chǎn)廠家三個(gè)梯隊(duì)：

10.1.第一梯隊(duì)以跨國(guó)公司為主，如Vishay 測(cè)量集團(tuán)、HBM 公司、梅特勒-托利多集團(tuán)和瑞典Flintec公司。其中Vishay 測(cè)量集團(tuán)和HBM 公司專注提供一站式解決方案;梅特勒-托利多集團(tuán)擅長(zhǎng)開辟新領(lǐng)域的稱重解決方案;瑞典Flintec公司以產(chǎn)品齊全、技術(shù)領(lǐng)先見(jiàn)長(zhǎng)。

10.2.第二梯隊(duì)以中航電測(cè)、寧波柯力等為代表的地區(qū)龍頭企業(yè)為主，在細(xì)分市場(chǎng)、產(chǎn)品價(jià)格及下游應(yīng)用等方面各有所長(zhǎng)。

10.3.第三梯隊(duì)是中國(guó)、韓國(guó)等國(guó)家的中低端產(chǎn)品生產(chǎn)廠家，其產(chǎn)品主要在國(guó)內(nèi)銷售，競(jìng)爭(zhēng)力主要體現(xiàn)在相對(duì)低廉的勞動(dòng)力成本上，技術(shù)水平相對(duì)較低，尚不能參與全球市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)。