KC04040207-m03-電阻應(yīng)變式傳感器的應(yīng)用與發(fā)展

1、傳感器及應(yīng)用學(xué)習(xí)輔導(dǎo)電阻應(yīng)變式傳感器的應(yīng)用與發(fā)展一、 引文傳感器是一種在工程應(yīng)用上極為常見的重要器件，它是指那些對(duì)被測(cè)對(duì)象的某一確定的信息具有響應(yīng)與檢出功能，并使之按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換與之對(duì)應(yīng)有用輸出信號(hào)的元器件或裝置。傳感器是一個(gè)完整的測(cè)量系統(tǒng)，它能把被測(cè)非電量轉(zhuǎn)換成與之有確定對(duì)應(yīng)關(guān)系的電量輸出，以滿足信息的傳輸處理、記錄、顯示和控制等要求。電阻應(yīng)變式傳感器一種是利用電阻應(yīng)變片將應(yīng)變轉(zhuǎn)化為電阻變化的傳感器。當(dāng)彈性體（敏感元件）受到所測(cè)量的力而產(chǎn)生變形，并使附著其上的電阻應(yīng)變片一起變形。應(yīng)變片再將變形轉(zhuǎn)換為電阻值的變化，從而可以測(cè)量力、壓力、扭矩、位移、加速度和溫度等多種物理量。1. 工作原理電阻

2、應(yīng)變式傳感器的工作原理是電阻應(yīng)變效應(yīng)，即導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料在外力作用下產(chǎn)生機(jī)械形變時(shí)，其電阻值也相應(yīng)發(fā)生變化的物理現(xiàn)象。當(dāng)一個(gè)金屬電阻絲受軸向應(yīng)力作用被拉伸時(shí)，假設(shè)它的長(zhǎng)度變化l、面積變化A、電阻率變化、泊松比，電阻絲的應(yīng)變靈敏度系數(shù)k0的表達(dá)式可以寫為：其中是由材料的幾何尺寸變化引起的，而是由材料的電阻率隨應(yīng)變引起的。2. 結(jié)構(gòu)與分類電阻應(yīng)變計(jì)也稱為電阻應(yīng)變片，主要由敏感柵、基底和蓋層、粘結(jié)劑和引出線四部分組成。電阻應(yīng)變計(jì)的種類很多，分類方法也很多：以敏感柵的材料分類，可以分為金屬、半導(dǎo)體及金屬或金屬氧化物漿料等三類；以安裝方式可分為粘貼式、焊接式和噴涂式三類；以使用溫度范圍可分為低溫、常溫、

3、中溫以及高溫應(yīng)變計(jì)等；以基底材料分類可分為紙基、膠基、玻璃纖維增強(qiáng)基、金屬基底以及臨時(shí)基底等。二、 研究現(xiàn)狀與前景1. 優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)與其他測(cè)量手段相比，電阻應(yīng)變片有以下優(yōu)點(diǎn)： （1） 測(cè)量應(yīng)變的靈敏度和精確度高，性能穩(wěn)定、可靠，可測(cè)12，誤差小于1； （2） 應(yīng)變片尺寸小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、響應(yīng)速度快。測(cè)量時(shí)對(duì)被測(cè)件的工作狀態(tài)和應(yīng)力分布影響較小，既可用于靜態(tài)測(cè)量，又可用于動(dòng)態(tài)測(cè)量； （3） 測(cè)量范圍大。既可測(cè)量彈性變形，也可測(cè)量塑性變形。變形范圍可從120； （4） 適應(yīng)性強(qiáng)。可在高溫、超低溫、高壓、水下、強(qiáng)磁場(chǎng)以及核輻射等惡劣環(huán)境下使用； （5） 便于多點(diǎn)測(cè)量、遠(yuǎn)距離測(cè)量和遙測(cè)。而其

4、在應(yīng)用上的缺點(diǎn)主要在于：（1) 對(duì)于大應(yīng)變有較大的非線性，輸出信號(hào)較弱；(2) 只能測(cè)量構(gòu)件的表面應(yīng)變，無(wú)法測(cè)量?jī)?nèi)部應(yīng)變；(3) 一個(gè)應(yīng)變片只能測(cè)量構(gòu)件表面一個(gè)點(diǎn)沿某個(gè)方向的應(yīng)變，不能進(jìn)行全域性測(cè)量。2. 發(fā)展現(xiàn)狀自1930年電阻應(yīng)變片初次出現(xiàn)以來(lái)，至今已有80年歷史。經(jīng)過(guò)多年的研究與實(shí)踐，電阻應(yīng)變式傳感器的設(shè)計(jì)與計(jì)算等基本技術(shù)已經(jīng)趨于成熟，目前它的的發(fā)展側(cè)重于工藝研究和應(yīng)用研究，在產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、工程化設(shè)計(jì)和規(guī)模化生產(chǎn)工藝等方面尋求突破，例如在結(jié)構(gòu)與工藝設(shè)計(jì)中引入計(jì)算機(jī)擬實(shí)技術(shù)和虛擬技術(shù)，在穩(wěn)定處理中移植振動(dòng)時(shí)效、共振時(shí)效新工藝，在測(cè)試檢定中創(chuàng)造自動(dòng)快速檢測(cè)和動(dòng)態(tài)比對(duì)方法等。同時(shí)，應(yīng)用技

5、術(shù)研究也有很大進(jìn)展，例如傳感器模塊的組件化設(shè)計(jì)，能夠“即插即用”，可減少由于偏重、熱效應(yīng)影響，偶然超載等引起的稱重誤差，并可承受由于振動(dòng)、沖擊、攪拌或其它外力引起的偏重。3. 前景展望隨著電子計(jì)算機(jī)技術(shù)及有限元計(jì)算方法的發(fā)展，以及各種新型傳感器的開發(fā)，有些人認(rèn)為電阻應(yīng)變技術(shù)已趨老化。而事實(shí)上，由于材料科學(xué)的進(jìn)步，電阻應(yīng)變傳感器的核心部分，即電阻應(yīng)變計(jì)的制作材料與工藝仍在不斷地發(fā)展，而其測(cè)量方法已十分成熟，因此電阻應(yīng)變傳感器在科研與工業(yè)上仍有廣闊的應(yīng)用前景?？v觀目前國(guó)內(nèi)外的應(yīng)變計(jì)市場(chǎng)，電阻應(yīng)變式傳感器今后的發(fā)展呈現(xiàn)以下幾種趨勢(shì)：(1)普通應(yīng)變計(jì)朝向高精度、使用方便快捷省力方向發(fā)展；(2)傳感器用

6、應(yīng)變計(jì)要求多功能、高穩(wěn)定性；(3)特殊環(huán)境用應(yīng)變計(jì)的多樣化和穩(wěn)定性的提高?？傊?，小型化、集成化、多功能化和智能化將是電阻應(yīng)變式傳感器的重要特點(diǎn)和未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。三、 應(yīng)用分析1. 應(yīng)用領(lǐng)域電阻應(yīng)變片式傳感器由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定，靈敏度較高，一直以來(lái)都被廣泛應(yīng)用于工程測(cè)量和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中。由于電阻應(yīng)變片式傳感器可以測(cè)量力、壓力、位移、應(yīng)變、加速度等非電量參數(shù)，一般較常見的應(yīng)變式傳感器有稱重傳感器、壓力傳感器、加速度傳感器以及位移傳感器等。除了以上幾種典型應(yīng)變傳感器之外，近年來(lái)，電阻應(yīng)變技術(shù)在醫(yī)學(xué)、生物學(xué)方面的應(yīng)用也取得了很大突破。譬如某些新型的心率檢測(cè)裝置，它不直接接觸人體，通過(guò)測(cè)量心臟跳動(dòng)對(duì)人體產(chǎn)

7、生的微弱震動(dòng)信號(hào)，利用壓力傳感器轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，經(jīng)由放大模塊等信號(hào)處理電路，再通過(guò)串行接口輸出到PC機(jī)中進(jìn)行預(yù)處理，最終應(yīng)用改進(jìn)的心律檢測(cè)算法提取出受試者的心率。2. 應(yīng)用實(shí)例BHR-8M是由上海自動(dòng)化儀表股份有限公司生產(chǎn)的一款電阻應(yīng)變式稱重傳感器。它的精度較高，適配性能好，性價(jià)比高。以下是它的部分工作參數(shù)。靈敏度：1mV/V非線性：A級(jí)±0.2%ROB級(jí)±0.1%RO滯后誤差：A級(jí)±0.2%ROB級(jí)±0.1%RO重復(fù)性誤差：0.1%RO橋路電阻：320激勵(lì)電壓：最高10V（AC或DC）最高12V（AC或DC）工作溫度：1055溫度零點(diǎn)變化：A級(jí)±0.2%RO/10B級(jí)&#