稱重傳感器如何選用電阻應(yīng)變片

一、前言

電阻應(yīng)變片是一種電阻式的敏感元件，它一般由基底、敏感柵、覆蓋層和引線四部分組成?，F(xiàn)在使用的稱重傳感器、力傳感器，絕大多數(shù)都是電阻應(yīng)變式傳感器，在此談一些在傳感器生產(chǎn)中選用電阻應(yīng)變片應(yīng)考慮的因素，供大家參考。

二、制作傳感器的電阻應(yīng)變片必須具有的基本要求：

（1）    具有適當(dāng)?shù)膽?yīng)變靈敏系數(shù)，并且穩(wěn)定性較高；

（2）    具有蠕變自補(bǔ)償功能；

（3）    具有彈性模量自補(bǔ)償功能；

（4）    具有小的電阻溫度系數(shù)，熱輸出小，零點(diǎn)漂移?。?/span>

（5）    橫向效應(yīng)系數(shù)小，機(jī)械滯后小，疲勞壽命高；

（6）    具有較好的穩(wěn)定性、重復(fù)性，并且能夠在較寬的溫度范圍內(nèi)工作；

（7）    適用于動(dòng)態(tài)和靜態(tài)測(cè)量；

滿足以上要求的電阻應(yīng)變片的種類很多，具體選用時(shí)還要根據(jù)彈性體的結(jié)構(gòu)、應(yīng)力狀態(tài)、材料、使用環(huán)境條件、以及電阻片的阻值、尺寸、蠕變匹配等因素，綜合考慮選用合適的應(yīng)變片。

三、應(yīng)變片形式的選擇：

根據(jù)應(yīng)變測(cè)量的目的、被測(cè)試件的材料和其應(yīng)力狀態(tài)以及測(cè)量精度，選擇應(yīng)變片的形式，對(duì)于測(cè)試點(diǎn)應(yīng)力狀態(tài)是一維應(yīng)力的結(jié)構(gòu)，可以選用單軸應(yīng)變片，已經(jīng)知道主應(yīng)力方向的二維應(yīng)力結(jié)構(gòu)，可以使用直角應(yīng)變花，并使其中一條應(yīng)變柵與主應(yīng)力方向一致，如主應(yīng)力方向未知就必須使用三柵或四柵的應(yīng)變花。對(duì)于傳感器設(shè)計(jì)來說，應(yīng)變片的形式主要決定于彈性體的結(jié)構(gòu)，如柱式、板環(huán)、雙孔平行梁等彈性體，他們采樣正應(yīng)力或彎曲應(yīng)力，所以應(yīng)變片均采用單軸應(yīng)變片,如金鐘公司生產(chǎn)的BA350-2AA-11（D）。另外象剪切橋式、輪輻式、剪切懸臂式、三梁剪切式一般使用雙軸45°應(yīng)變片,如金鐘公司生產(chǎn)的BA350-2HA-11（20）。

四、應(yīng)變片尺寸的選擇：

選擇應(yīng)變片尺寸時(shí)應(yīng)考慮應(yīng)力分布、動(dòng)靜態(tài)測(cè)量、彈性體尺寸大小等因素。若材質(zhì)均勻、應(yīng)力梯度大，應(yīng)選用柵長(zhǎng)小的應(yīng)變片，若材質(zhì)不均勻而強(qiáng)度不等的材料（如混凝土）或應(yīng)力分布變化比較緩慢的構(gòu)件，應(yīng)選用柵長(zhǎng)大的應(yīng)變片。對(duì)于沖擊載荷或高頻動(dòng)荷作用下的應(yīng)變測(cè)量，還要考慮應(yīng)變片的響應(yīng)頻率，如表1所示?？梢?，在加工精度可以保證的情況下，綜合考慮各種因素影響，應(yīng)變片的柵長(zhǎng)小一些比大一些好。

表1             各種柵長(zhǎng)應(yīng)變片的zui高工作頻率

注：表中是在鋼材上正弦應(yīng)變信號(hào)測(cè)得的數(shù)據(jù)，其

L = λ/20　,　λ= C /f

式中 C — 應(yīng)變波傳播速度，對(duì)于鋼和鋁C =5000米/秒，f — 正弦應(yīng)變頻率

五、電阻值的選擇：

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中電阻應(yīng)變片的阻值規(guī)定為60、120、200、350、500、1000Ω，目前傳感器生產(chǎn)中大多選用350Ω的應(yīng)變片，但是由于大阻值應(yīng)變片具有通過電流小、自熱引起的溫升低、持續(xù)工作時(shí)間長(zhǎng)、動(dòng)態(tài)測(cè)量信噪比高等優(yōu)點(diǎn)，大阻值應(yīng)變片應(yīng)用越來越廣。目前金鐘公司已經(jīng)掌握了制作2500Ω大阻值應(yīng)變片的技術(shù)，該BA2500-4AA-23（D）應(yīng)變片已經(jīng)應(yīng)用在超市購物車傳感器上，取得很好的效果。并且大阻值應(yīng)變片在測(cè)力應(yīng)用范圍，特別是材料試驗(yàn)機(jī)用的負(fù)荷傳感器，由于傳感器的零漂特性，對(duì)測(cè)量精度影響極大，而高阻值（1000Ω）應(yīng)變片的應(yīng)用，不僅可以減小應(yīng)變焦耳熱引起的零漂，提高傳感器的長(zhǎng)期穩(wěn)定性，另外在要求高分辨率的電子天平中應(yīng)用高祖應(yīng)變片也是非常有利的。因此，在不考慮價(jià)格因素的前提下，使用大阻值應(yīng)變片，對(duì)提高傳感器精度是有益的。

六、使用溫度的選擇

環(huán)境溫度對(duì)應(yīng)變片的影響很大，應(yīng)根據(jù)使用溫度選用不同的應(yīng)變片，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的常溫應(yīng)變片使用溫度為-30~60℃。一般康銅合金的zui高溫度為300℃，卡瑪合金為450℃，鐵鎳鋁合金可以達(dá)到700~1000℃，常溫應(yīng)變片一般由康銅制造在應(yīng)變片型號(hào)中省略使用溫度。如果需要高溫應(yīng)變片應(yīng)在訂貨是說明，由于基底材料和粘接膠的限制，目前箔式電阻應(yīng)變片一般都使用卡瑪合金制作200~250℃左右的中溫應(yīng)變片，金鐘公司生產(chǎn)的BA350-2HA（250）-11（20）中溫應(yīng)變片，基本上可以滿足鋼鐵行業(yè)的高溫測(cè)量要求，并且質(zhì)量穩(wěn)定精度較高。

七、蠕變的選擇

傳感器一般由彈性體、應(yīng)變片、粘接劑、保護(hù)層等部分組成，彈性體金屬材料本身存在的彈性后效、以及熱處理工藝等原因可以造成傳感器的正蠕變現(xiàn)象，而粘接劑、基底材質(zhì)可以造成負(fù)蠕變影響，因此傳感器的蠕變指標(biāo)是由各種因素綜合作用zui終形成的。在上述因素中，相對(duì)于某一傳感器生產(chǎn)廠家，許多的因素都是相對(duì)固定的，一般不會(huì)有很大改變，因此應(yīng)變片生產(chǎn)廠家都通過應(yīng)變片的圖形設(shè)計(jì)、工藝控制來制造出蠕變不同的系列應(yīng)變片供用戶選用。每一個(gè)傳感器生產(chǎn)廠由于原材料、粘接劑、貼片、固化工藝的不同，在確定應(yīng)變片時(shí)，必須進(jìn)行蠕變匹配試驗(yàn)。一般規(guī)律是同一種結(jié)構(gòu)形式的傳感器量程越小，傳感器的蠕變?cè)秸?，?yīng)該選用蠕變補(bǔ)償更負(fù)的應(yīng)變片來與之匹配。

八、結(jié)束語

以上因素僅是選用應(yīng)變片時(shí)應(yīng)考慮的諸多因素中的一部分，還有許多因素需要結(jié)合傳感器的具體情況加以考慮。文中關(guān)于選用應(yīng)變片規(guī)律性的原則，為作者在工作中的個(gè)人積累，僅供參考，不當(dāng)指出歡迎指正。

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