应变式传感器
来源：作者：日期：2017-12-14 14:56:09点击：8595次
应变式传感器是基于测量物体受力变形所产生的应变的一种传感器。电阻应变片则是其最常采用的传感元件。它是一种能将机械构件上应变的变化转换为电阻变化的传感元件。
目录
1、应变式传感器的定义
2、应变式传感器的作用
3、应变式传感器的基本特性
4、应变式传感器的优点
5、应变式传感器的工作电流
6、应变式传感器的原理
7、应变式传感器的3种布局
8、应变式、压阻式、压电式传感器特性比较
9、应变式传感器的安装步骤
10应变式传感器的生产厂家三个梯队
应变式传感器的定义：
在测量构件应变时，直接将应变片黏贴在构件上即可。但若要测量力、压力、加速度等信号，应先将这些物理量转变成应变，然后用应变片测量。比直接测量时多了一个转换过程，完成这种转换过程的原件通常称为弹性原件，因此，应变式传感器通常由弹性敏感原件和应变计两部分构成。弹性敏感原件是传感器的核心部件，要求弹性原件弹性储能高，通常表示为弹性材料储存变形功而不发生永久变形的能力。具有良好的机械加工和热处理性能。具有较强的抗压强度。受温度影响小等特性。正确选择弹性敏感原件及应变计桥路是提高应变式传感器的重要途径，
应变传感器的作用：
应变传感器除了测定试件应力、应变外，还可知制造成多种应变式传感器，用于测量力、扭矩、加速度、压力等其他物理量。
应变传感器的基本特性：
基本特性——刚度、灵敏度
刚度——弹性元件受外力作用下变形大小的量度。
灵敏度——单位力作用下弹性元件产生变形的大小。刚度的倒数。
应变式传感器的优点：
4.1.分辨力高，能测出极微小的应变，如1-2微应变；
4.2.误差较小，一般小于1%；
4.3.尺寸小、重量轻。
4.4.测量范围大，从弹性变形一直可测至塑性变形（1-2%），最大可达20%；
4.5.既可测静态，也可测快速交变应力；
4.6.具有电气测量的一切优点，如测量结果便于传送、记录和处理；
4.7.能在各种严酷环境中工作。如从宇宙真空至数千个大气压；从接近绝对零度低温至近1000℃高温；离心加速度可达数十万个“g”；在振动、磁场、放射性、化学腐蚀等条件下，只要采取适当措施，亦能可靠地工作；
4.8.价格低廉、品种多样，便于选择和大量使用。
应变式传感器的工作电流：
绝缘电阻——已粘贴的应变片的引线与被测件之间的电阻值Rm。绝缘电阻越大越好。
最大工作电流——已安装的应变片允许通过敏感栅而不影响其工作特性的最大电流Imax。工作电流大，敏感度高，但也会使应变片过热，应视材料选取不同的电流。
5.1.温度误差
应变片的温度误差——由于测量现场环境温度的改变而给测量带来的附加误差。
5.2.电阻应变片的温度补偿方法：
5.2.1线路补偿法
初始状态 Uo=A（R1 R4- RB R3）=0
温度变化后 Uo=A[（R1+ΔR1t）R4-(RB+ΔRBt)R3]=0
承受应变后 Uo=A[（R1+ΔR1t+ΔR1）R4-(RB+ΔRBt)R3]=AΔR1R4= AR1R4Kε
5.2.2应变片的自补偿法
电阻应变片的测量电路
应变式传感器的原理：
电阻应变片的基本构造，它一般由敏感栅、基底、引线、盖片等组成。敏感栅由直径为0.01-0.05mm、高电阻系数的细丝弯曲而成栅状，它实际上是一个电阻元件，是电阻应变片感受构件应变的敏感部分。敏感栅用粘合剂将其固定在基底上。基底的作用应保证将构件上应变准确地传递到敏感栅上去。因此它必须作得很薄，一般为0.03-0.06mm，使它能与试件及敏感栅牢固地粘结在一起。另外它还应有良好的绝缘性能、抗潮性能和耐热性能。基底材料有纸、胶膜、玻璃纤维布等。纸具有柔软、易于粘贴、应变极限大和价格低廉等优点，但耐温耐湿性差，一般工作温度低于70℃下采用。为了提高耐湿耐久性和使用温度，可浸以酚醛树脂类粘合剂使用温度可提高至180℃，且时间稳定性好，适用于测力等传感器使用。胶膜基底是由环氧树脂、酚醛树脂、聚脂树脂和聚酰亚胺等有机粘合剂制成的薄膜，胶膜基底具有比纸更好的柔性、耐湿性和耐久性，且使用温度可达100-300℃。玻璃纤维布能耐400-450℃高温，多用做中温或高温应变片基底。引出线的作用是将敏感栅电阻元件与测量电路相连接，一般由0.1-0.2mm低阻镀锡铜丝制成，并与敏感栅两输出端相焊接。
应变式传感器的3种布局：
在高端市场主要以跨国公司如Vishay 测量集团、HBM 公司、梅特勒-托利多集团和瑞典Flintec公司等为主，不仅提供高端高质量产品，而且还提供各类解决方案。在细分市场，我国地区龙头企业如中航电测、宁波柯力等，表现极为突出，拥有价格和应用等优势，占据市场主导。在中低端市场，主要以中国、韩国等企业为主，主要凭借劳动力成本来竞争，但技术水平尚不能参与全球竞争。
应变式传感器是基于测量物体受力变形所产生的应变的一种传感器。电阻应变片则是其最常采用的传感元件。它是一种能将机械构件上应变的变化转换为电阻变化的传感元件。
从细分市场而言，我国是桥式传感器的最大生产和销售基地，占据全球70%的生产量，主要优势为价格和普及面。钢制传感器则主要应用于医药、生物、化工、食品和电力等工业和高端领域。数字传感器则逐渐在全球市场更受欢迎，尤其是随着智能化程度不断提升，应用也更为广泛。
应变式、压阻式、压电式传感器特性比较：
8.1．应变式传感器
应变式传感器是把力的变化转换成电阻值的变化来进行测量的，应变片是由金属导体或半导体制成的电阻体，其阻值随力所产生的应变而变化。应变效应是导体受机械变形时，其电阻值发生变化的现象。
8.2．压阻式传感器
压阻式传感器的灵敏度比金属丝式应变片的灵敏度高，其精度好，而且响应频率好，工作可靠。缺点是受温度影响较大，应进行温度补偿压阻效应是物质受外力作用发生变形时，其电阻率发生变化的现象。
8.3．压电式传感器
压电式传感器的原理是基于某些晶体材料的压电效应，目前广泛使用的压电材料有石英和钛酸钡等，当这些晶体受压力作用发生机械变形时，在其相对的两个侧面上产生异性电荷，这种现象称为“压电效应”。
压电式压力传感器不能用作静态测量，一般用于测量脉动压力，不能测量静压力；
压电传感器产生的信号很弱而输出阻抗很高，必须根据压电传感器的输出要求，将微弱的信号经过电压放大或电荷放大（一般是电荷放大），同时把高输出阻抗变换成低输出阻抗，此信号才能被示波器或其他二次仪表接受。
应变传感器的安装步骤：
9.1.打磨待测点表面：用砂纸或钢刷或角磨机等将待测点表面打磨干净；打磨面积以粘贴基座面为准，间距150㎜左右（因传感器标距为150mm）；打磨好后，用基座模板放贴上去比一下，看基座模板放上去是否是水平的。如果模板放上去有点翘，用铲子铲一下打磨点，调节使模板放上去大致能水平。
9.2.粘胶：将两个基座分别用螺丝固定在模板两端，在基座底表面捻上粘胶502；
9.3.固定基座：将此模板轻轻扣安在欲测试体表面，约等3~5分钟，让粘胶稍微干即可，松揩螺丝，轻取下模板；（在基座四周涂上302胶可以让基座粘的更牢固）
9.4.至此，用来固定数码应变传感器的基座粘贴完成，等待大约30分钟（粘胶）后，将数码应变传感器用螺丝固定在基座上。
9.5.将传感器用接线电缆连接到R485总线的分线盒上。
应变式传感器的生产厂家三个梯队：
10.1.第一梯队以跨国公司为主，如Vishay 测量集团、HBM 公司、梅特勒-托利多集团和瑞典Flintec公司。其中Vishay 测量集团和HBM 公司专注提供一站式解决方案;梅特勒-托利多集团擅长开辟新领域的称重解决方案;瑞典Flintec公司以产品齐全、技术领先见长。
10.2.第二梯队以中航电测、宁波柯力等为代表的地区龙头企业为主，在细分市场、产品价格及下游应用等方面各有所长。
10.3.第三梯队是中国、韩国等国家的中低端产品生产厂家，其产品主要在国内销售，竞争力主要体现在相对低廉的劳动力成本上，技术水平相对较低，尚不能参与全球市场竞争。
