應變管式傳感器:應變傳感器的組成及分類_應變式傳感器工作原理介紹 – 全文

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應變管式傳感器:應變傳感器的組成及分類_應變式傳感器工作原理介紹-全文一、應變式傳感器簡介應變式傳感器是基于測量物體受力變形所產生的應變的一種傳感器。電阻應變片則是其最常采用的傳感元件。它是一種能將機械構件上應變的變化轉換為電阻變化的傳感元件。二、應變傳感器工作原理應變式傳感器是利用電阻應變片將應變轉換為電阻變化的傳感器,傳感器由在彈性元件(感知應變)上粘貼電阻應變敏感元件(

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應變管式傳感器:應變傳感器的組成及分類_應變式傳感器工作原理介紹 - 全文

  一、應變式傳感器簡介
  應變式傳感器是基于測量物體受力變形所產生的應變的一種傳感器。電阻應變片則是其最常采用的傳感元件。它是一種能將機械構件上應變的變化轉換為電阻變化的傳感元件。

  二、應變傳感器工作原理
  應變式傳感器是利用電阻應變片將應變轉換為電阻變化的傳感器,傳感器由在彈性元件(感知應變)上粘貼電阻應變敏感元件(將應變轉換為電阻變化)構成。當被測物理量作用在彈性元件上時,彈性元件的變形引起敏感元件的阻值變化,通過轉換電路將其轉變成電量輸出,電量變化的大小反映了被測物理量的大小。應變式傳感器可以測量應變應力、彎矩、扭矩、加速度、位移等物理量。
  應變是物體在外部壓力或拉力作用下發生變形的現象,當外力去除后物體又能完全恢復其原來的尺寸和形狀的應變稱為彈性應變,具有彈性應變特性的物體稱為彈性元件。電阻應變片的工作原理是基于應變效應,即在導體產生機械變形時,它的電阻值相應發生變化。

  三、應變式傳感器組成
 ?。?)敏感柵敏感柵是應變片的核心部分,感受應變,并將應變轉變為電阻的變化。敏感柵有絲式、箔式和薄膜式3種。
 ?。?)基底基底是將傳感器彈性體表面的應變傳遞到電阻絲柵上的中間介質,并起到電阻絲與彈性體之間絕緣和保護的作用?;慕^緣性要好,否則,應變片的微小變化就要漏掉?;滓话阌杀〖?、膠質膜等組成。
 ?。?)粘結劑粘結劑用于敏感柵與基底、基底與試件、基底與覆蓋層之間的粘結。
 ?。?)覆蓋層覆蓋層具有保護應變片的作用,同時防濕、防腐蝕和除塵。
 ?。?)引線引線用于連接電阻絲與測量電路,輸出電參量。

  四、常見的金屬應變片
  常見的金屬應變片有金屬絲式應變片、金屬箔式應變片以及金屬薄膜應變片等。
 ?。?)絲式應變片是一根金屬絲按圖示形狀彎曲后用膠黏劑貼于襯底,襯底用紙或有機聚合物等材料制成,電阻絲的兩端焊有引線,電阻絲的直徑為0.012~0.050mm。絲柵狀的電阻絲可以作成V、U、H形狀。U型——彎頭呈半圓型,制造簡單,但易產生“橫向效應”誤差。V、H型——可以減小“橫向效應”誤差。
 ?。?)金屬箔式應變片是在絕緣基底上,利用光刻、腐蝕等工藝制成的一種很薄的金屬箔柵,其厚度一般為0.003~0.01mm。其優點是線柵尺寸準確、均勻,電阻值離散程度小,可以制成任意形狀;尺寸?。?.2mm),厚度?。?.003~0.01mm),可撓性好;蠕變小,疲勞壽命高;散熱條件好,允許通過的電流較大,可制成各種所需的形狀,便于批量生產。缺點是電阻值的分散性大。
 ?。?)金屬薄膜應變片是采用真空蒸發或真空沉淀等方法在薄的絕緣基片上形成0.1μm以下的金屬電阻薄膜的敏感柵,最后再加上保護層。它的優點是應變靈敏度系數大,允許電流密度大,工作范圍廣。缺點是具有負電阻溫度系數,溫度穩定性差。

  五、應變式傳感器優點
  1、分辨力高,能測出極微小的應變,如1-2微應變;
  2、誤差較小,一般小于1%;
  3、尺寸小、重量輕。
  4、測量范圍大,從彈性變形一直可測至塑性變形(1-2%),最大可達20%;
  5、既可測靜態,也可測快速交變應力;
  6、具有電氣測量的一切優點,如測量結果便于傳送、記錄和處理;
  7、能在各種嚴酷環境中工作。如從宇宙真空至數千個大氣壓;從接近絕對零度低溫至近1000℃高溫;離心加速度可達數十萬個“g”;在振動、磁場、放射性、化學腐蝕等條件下,只要采取適當措施,亦能可靠地工作;
  8、價格低廉、品種多樣,便于選擇和大量使用。

  六、應變壓力傳感器的四大常見分類
  壓力傳感器不僅在生產測量中應用廣泛,在我們日常生活中也常??梢?,現在大多數交通工具中都有安裝壓力傳感器,很多人知曉汽車上有壓力傳感器,其實即使是常見的普通摩托車上也是有壓力傳感器的存在。而應變式壓力傳感器是壓力傳感器中應用較多的一種傳感器,一般用來測量較大的壓力,廣泛應用于測量管道內部壓力、內燃機燃氣的壓力、壓差和噴射壓力、發動機和導彈試驗中的脈動壓力,以及各領域中的流體壓力等。
  1.組合式
  組合式應變壓力傳感器中,其彈性敏感元件可分為感受元件和彈性應變元件。其中,感受元件把壓力轉換為力傳遞到彈性應變元件應變最敏感的部位,而應變片則貼在彈性應變元件的最大應變處。實際上,較復雜的應變管式和應變梁式都屬于這種型式。
  感受元件有膜片、膜盒、波紋管、波登管等,彈性應變元件有懸臂梁、固定梁、π形梁、環形梁、薄壁筒等。它們之間可根據不同需要組合成多種型式。應變式壓力傳感器主要用來測量流動介質動態或靜態壓力,例如動力管道設備的進出口氣體或液體的壓力、內燃機管道壓力等等。
  2.膜片式
  它的彈性敏感元件為周邊固定圓形金屬平膜片。膜片受壓力變形時,中心處徑向應變和切向應變均達到正的最大值,而邊緣處徑向應變達到負的最大值,切向應變為零。因此常把兩個應變片分別貼在正負最大應變處,并接成相鄰橋臂的半橋電路以獲得較大靈敏度和溫度補償作用。采用圓形箔式應變計(見電阻應變計)則能最大限度地利用膜片的應變效果,這種傳感器的非線性較顯著。膜片式壓力傳感器的最新產品是將彈性敏感元件和應變片的作用集于單晶硅膜片一身,即采用集成電路工藝在單晶硅膜片上擴散制作電阻條,并采用周邊固定結構制成的固態壓力傳感器(見壓阻式傳感器)。
  3.應變梁式
  測量較小壓力時,可采用固定梁或等強度梁的結構。一種方法是用膜片把壓力轉換為力再通過傳力桿傳遞給應變梁,兩端固定梁的最大應變處在梁的兩端和中點,應變片就貼在這些地方。這種結構還有其他形式,例如可采用懸梁與膜片或波紋管構成。
  4.應變管式
  應變管式亦稱應變筒式,它的彈性敏感元件為一端封閉的薄壁圓筒,其另一端帶有法蘭與被測系統連接。在筒壁上貼有2片或4片應變片,其中一半貼在實心部分作為溫度補償片,另一半作為測量應變片。當沒有壓力時4片應變片組成平衡的全橋式電路;當壓力作用于內腔時,圓筒變形成“腰鼓形”,使電橋失去平衡,輸出與壓力成一定關系的電壓。

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應變管式傳感器:應變傳感器的組成及分類_應變式傳感器工作原理介紹

  一、應變式傳感器簡介
  應變式傳感器是基于測量物體受力變形所產生的應變的一種傳感器。電阻應變片則是其最常采用的傳感元件。它是一種能將機械構件上應變的變化轉換為電阻變化的傳感元件。

  二、應變傳感器工作原理
  應變式傳感器是利用電阻應變片將應變轉換為電阻變化的傳感器,傳感器由在彈性元件(感知應變)上粘貼電阻應變敏感元件(將應變轉換為電阻變化)構成。當被測物理量作用在彈性元件上時,彈性元件的變形引起敏感元件的阻值變化,通過轉換電路將其轉變成電量輸出,電量變化的大小反映了被測物理量的大小。應變式傳感器可以測量應變應力、彎矩、扭矩、加速度、位移等物理量。
  應變是物體在外部壓力或拉力作用下發生變形的現象,當外力去除后物體又能完全恢復其原來的尺寸和形狀的應變稱為彈性應變,具有彈性應變特性的物體稱為彈性元件。電阻應變片的工作原理是基于應變效應,即在導體產生機械變形時,它的電阻值相應發生變化。

  三、應變式傳感器組成
 ?。?)敏感柵敏感柵是應變片的核心部分,感受應變,并將應變轉變為電阻的變化。敏感柵有絲式、箔式和薄膜式3種。
 ?。?)基底基底是將傳感器彈性體表面的應變傳遞到電阻絲柵上的中間介質,并起到電阻絲與彈性體之間絕緣和保護的作用?;慕^緣性要好,否則,應變片的微小變化就要漏掉?;滓话阌杀〖?、膠質膜等組成。
 ?。?)粘結劑粘結劑用于敏感柵與基底、基底與試件、基底與覆蓋層之間的粘結。
 ?。?)覆蓋層覆蓋層具有保護應變片的作用,同時防濕、防腐蝕和除塵。
 ?。?)引線引線用于連接電阻絲與測量電路,輸出電參量。

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應變管式傳感器:應變式傳感器原理

原標題:應變式傳感器原理

應變式傳感器原理

應變式傳感器是基于應變效應。應變效應是指金屬絲電阻值隨其形變而發生變 化的物理現象。物理學中,金屬絲的阻值R與其長度l成正比,與其截面積S成反 比,比例系數為電阻率口。其表達式可以看出,影響K。有兩個因素,第一項(1+2戶是金屬絲受 力后幾何形狀發生變化所引起的,第二項是由于金屬絲自由電子的活動能力發生變 化引起的,該項無法用解析式表示,只能依靠實驗求出。對于金屬材料和半導體材 料的電阻率應變效應原理有所不同,但結果相近。

通過以上原理分析可知,電阻絲受外力引起軸向應變,致使電阻值成比例地變 化,通過轉換電路可將電阻值變化轉化成電信號輸出,這就是應變式 的基本 原理。

1.應變片的結構與分類

根據應變式傳感器的基本原理制作的 應變計又名應變片。常見的粘貼式結構如 圖11一3所示。應變片的典型結構包括有敏 感柵、基底、蓋片、引線及豁合劑等。

(1)敏感柵。應變片中實現電阻轉換的 元件,其合金材料的選擇對所制造的應變片的性能起決定性的作用。因此對合金材 料的選擇需考慮的因素有:①較高的靈敏系數并在較大的應變范圍內穩定;②有高的和穩定的電阻率;③電阻溫度系數小并 有足夠的熱穩定性;④機械強度高、加工和焊接性能良好;⑤抗氧化和抗腐蝕性能 強等。工程應用中應根據實際情況綜合考慮。常用的合金大致有:銅鎳合金(康 銅)、鎳鉻合金、鐵鉻鋁合金、鎳鉻鐵合金、鉑及鉑合金等。

(2)基底?;椎淖饔檬潜3置舾袞殴潭ǖ男螤?、尺寸和位置,并使敏感柵與 彈性元件相互絕緣。對基底材料的要求是撓性好,具有一定的機械強度,赫合性和絕緣性能好、蠕變和滯后小、不吸潮和熱穩定性好等。

常用的基底材料有紙、膠膜和玻璃纖維布。聚酸亞胺是一種綜合性能極佳的有 機高分子材料之一,其膠膜耐高溫達400℃以上,長期使用溫度范圍為一200一 300℃,高絕緣性,成膜性好,制成的應變片蠕變小、滯后小、穩定性好、疲勞壽 命高,已廣泛應用在航空、航天、微電子、納米、液晶、分離膜、激光等領域。玻 璃纖維是一種性能優異的無機非金屬材料,優點是絕緣性好、耐熱性強、抗腐蝕性 好,機械強度高,穩定性和疲勞壽命也高,適用于高精度傳感器上。

(3)蓋片。蓋片的作用是防潮、防腐、防損、避免機械損傷和高溫氧化等。其 材料采用紙或膠膜或纖維布,也可以用鉆合劑作為保護層。

(4)引線。它的作用是連接敏感柵與測量電路。通常使用低的穩定電阻率及小 電阻溫度系數的絲狀或帶狀的金屬導線。常溫應變片多用鍍銀紫銅絲或銅帶,高溫 應變片多采用鎳鉻、銀、鉑等,高疲勞壽命的應變片采用敏青銅作為引線。引線與 敏感柵的連接可以采用釬焊、錫焊、電弧焊或電接觸焊等。

(4)豁合劑。生產應變片時,粘合劑的作用是把蓋片和敏感柵固定在基底上, 使用應變片時,勃合劑的作用是把應變片貼在彈性體被測位置上。粘貼應變片時, 因為鉆合劑參與彈性體形變到應變片的傳遞,所以其形成的膠層直接影響應變片的性能。工程上赫合劑的選擇要根據具體要求,有針對性的選擇。 應變片傳感器產品詳情 請咨詢朝輝壓力儀器官網返回搜狐,查看更多

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應變式壓力傳感器是一種傳感裝置,是利用彈性敏感元件和應變計將被測壓力轉換為相應電阻值變化的壓力傳感器,按彈性敏感元件結構的不同,應變式壓力傳感器大致可分為應變管式、膜片式、應變梁式和組合式4種。
中文名
應變式壓力傳感器
外文名
strain gauge pressure transducer
目錄
1
應變式壓力傳感器
2
應變式壓力傳感器應用
3
4種應變式壓力傳感器
?
應變管式
?
膜片式
?
應變梁式
?
組合式
應變式壓力傳感器應變式壓力傳感器
編輯
語音
硅膜應變式MAP示意圖
Strain Gauge Pressure Transducer應變計中應用最多的是粘貼式應變計(即應變片)。它的主要缺點是輸出信號小、線性范圍窄,而且動態響應較差(見電阻應變計、半導體應變計)。但由于應變片的體積小,商品化的應變片有多種規格可供選擇,而且可以靈活設計彈性敏感元件的形式以適應各種應用場合,所以用應變片制造的應變式壓力傳感器仍有廣泛的應用。按彈性敏感元件結構的不同,應變式壓力傳感器大致可分為應變管式、膜片式、應變梁式和組合式4種。
應變式壓力傳感器應變式壓力傳感器應用
編輯
語音
應變式壓力傳感器是壓力傳感器中應用比較多的一種傳感器,它一般用于測量較大的壓力,廣泛應用于測量管道內部壓力、內燃機燃氣的壓力、壓差和噴射壓力、發動機和導彈試驗中的脈動壓力,以及各種領域中的流體壓力等。
[1]
應變式壓力傳感器4種應變式壓力傳感器
編輯
語音
應變式壓力傳感器應變管式
又稱應變筒式。它的彈性敏感元件為一端封閉的薄壁圓筒,其另一端帶有法蘭與被測系統連接。在筒壁上貼有2片或4片應變片,其中一半貼在實心部分作為溫度補償片,另一半作為測量應變片。當沒有壓力時 4片應變片組成平衡的全橋式電路;當壓力作用于內腔時,圓筒變形成“腰鼓形”,使電橋失去平衡,輸出與壓力成一定關系的電壓。這種傳感器還可以利用活塞將被測壓力轉換為力傳遞到應變筒上或通過垂鏈形狀的膜片傳遞被測壓力。應變管式壓力傳感器的結構簡單、制造方便、適用性強,在火箭彈、炮彈和火炮的動態壓力測量方面有廣泛應用。
應變式壓力傳感器膜片式
它的彈性敏感元件為周邊固定圓形金屬平膜片。膜片受壓力變形時,中心處徑向應變和切向應變均達到正的最大值,而邊緣處徑向應變達到負的最大值,切向應變為零。因此常把兩個應變片分別貼在正負最大應變處,并接成相鄰橋臂的半橋電路以獲得較大靈敏度和溫度補償作用。采用圓形箔式應變計(見電阻應變計)則能最大限度地利用膜片的應變效果。這種傳感器的非線性較顯著。膜片式壓力傳感器的最新產品是將彈性敏感元件和應變片的作用集于單晶硅膜片一身,即采用集成電路工藝在單晶硅膜片上擴散制作電阻條,并采用周邊固定結構制成的固態壓力傳感器(見壓阻式傳感器)。
應變式壓力傳感器應變梁式
測量較小壓力時,可采用固定梁或等強度梁的結構。一種方法是用膜片把壓力轉換為力再通過傳力桿傳遞給應變梁。圖3中兩端固定梁的最大應變處在梁的兩端和中點,應變片就貼在這些地方。這種結構還有其他形式,例如可采用懸梁與膜片或波紋管構成。
應變式壓力傳感器組合式
在組合式應變壓力傳感器中,彈性敏感元件可分為感受元件和彈性應變元件。感受元件把壓力轉換為力傳遞到彈性應變元件應變最敏感的部位,而應變片則貼在彈性應變元件的最大應變處。實際上較復雜的應變管式和應變梁式都屬于這種型式。感受元件有膜片、膜盒、波紋管、波登管等,彈性應變元件有懸臂梁、固定梁、Π形梁、 環形梁、薄壁筒等。它們之間可根據不同需要組合成多種型式。 應變式壓力傳感器主要用來測量流動介質動態或靜態壓力,例如動力管道設備的進出口氣體或液體的壓力、內燃機管道壓力等等。
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應變式壓力傳感器
這種傳感器是利用粘貼在彈性元件上的應變片,,感受壓力后發生應變,使電阻的阻值發生變化,從而測得流體的壓力。筒式應變測壓傳感器的彈性元件是一只鉆了盲孔的薄壁圓筒。使用時空腔中準滿油脂,測量時把傳感器安裝到測量位置的測量孔中。壓力作用在油脂上,油脂受壓后把壓力傳送到薄壁圓簡的內...
2021-07-160
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參考資料
1.

應變式壓力傳感器的三種分類
.中國移動物聯網[引用日期2013-04-19]

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