电阻应压式压力传感器.docx

电阻应变式压力传感器结构、工作原理姓名：年级：专业：学号：1. 电阻应变式传感器结构电阻应变式传感器有由弹性敏感元件与电阻应变片构成其中弹性敏 感元件在感受被测量是将产生形变，其表面产生应变，而粘贴在弹性敬感 元件表面的电阻应变片将随着弹性敏感元件产生应变，传感器中的电阻应变 片具有金属的应变效应，即在外力作用下产生机械形变，从而使电阻值随之发 生相应的变化⑷ 0)在平膜片圆心处切向粘贴用、別两个应变片，在边缘处沿径向 粘贴也、届两个应变片，然后接成全桥测量电路电阻应变片结构:如图丝式应变片的结构,它是由敏感栅、基底、覆盖层和引线等部分组成电阻丝应变片的基木结构1—敏感栅2—基底3—盖层4—引线电阻丝应变片是用直径为0.025mm具有高电阻率的电阻丝制成的为了获得高的 阻值，将电阻丝排列成栅网状，称为敏感栅，并粘贴在绝缘的基片上，电阻丝的两端 焊接引线敏感栅上面粘贴有保护用的覆盖层2. 电阻应变式传感器的制作工艺与原理2. 1电阻应变片各结构功能（1） 皱感栅是应变片的核心部分，起作用是敏感应变的大小，常用材料有铜 银合金（俗称康铜）、银铮合金及鎳镉改良型合金、铁铮合金、镰锯铁 合金、钳及钳金。

本设计使用康铜作为敏感栅材料2） 基底的作用是固定敏感栅，并使敏感栅与弹性元件相互绝缘基底要将 被测体的应变准确的传递到皱感栅上，因此它很薄，一般为 0. 03mm"0. 06mm，使它与被测体及敏感栅能牢固地粘接在一起基底耍 挠性好，具有一定的机械强度、粘接性和绝缘性、蠕变和滞后小、不吸 潮、热稳定性能好常用材料有纸、胶膜和玻璃纤维布等3） 覆盖层的作用是保护皱感栅使其避免受到机械损伤或防止高温氧化及防 潮、防蚀、防损等覆盖层材料常采用做基底的胶膜或浸含有机液（例 如环氧树脂、酚醛树脂等）的玻璃纤维布，也可以在敏感栅上涂覆制片 时所用的胶黏剂作为保护层4） 引线是连接墩感栅和被测量电路的丝状或带状的金属导线要求引线具 有低的稳定的电阻率及小的电阻温度系数一般采用焊接方便的镀锡软 铜线2.2应变片的粘贴（1） 准备：①试件——在粘贴部位的表面，用砂布在与轴向成45°的方向 交叉打磨至呛为6.3um-＞清洗净打磨面-＞划线，确定贴片坐标线一均 匀涂一薄层粘结剂作底；②应变计一一外表和阻值检查一刻划轴向标记 f清洗2） 涂胶：在准备好的试件表面和应变计基底上均匀涂一薄层粘结剂3） 贴片：将涂好胶的应变计与试件，按坐标线对准贴上一用手指顺轴向压,去除气泡和多余胶液一按固化条件固化处理。

4） 复查：①贴片偏差应在许可范围内；②阻值变化应在测量仪器预调平范 围内；③引线和试件间的绝缘电阻应大于200MQ o（5） 接线：根据工作条件选择好导线，然后通过中介接线片（柱）把应变计引 线和导线焊接，并加以固定6） 防护：在安装好的应变计和引线上涂以中性凡士林油、石蜡（短期防 潮）；或石蜡一松香一黄油的混合剂（长期防潮）；或环氧树脂、氯丁橡 胶、清漆等（防机械划伤）作防护用，以保证应变计工作性能稳定可靠常用的粘结剂类型：硝化纤维素型、氧基丙稀酸型、聚酯树脂型、环氧 树脂类和酚醛树脂类等2.3工作原理1・金属的电阻应变效应当金属丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值将发生变化，这种效应称为电 阻应变效应设有一段长为1,截面积为A,电阻率为P的导体(如金属丝)，它具有的电阻为:R = p —A当它受到轴向力F而被拉仲(或压缩)时，其1、A和P均发生变化，因而导体的 电阻随之发牛变化通过对式(2-1)两边取对数后再作微分，即可求得其电阻相 对变化：dR dl dA dp = — + dl—=E 式中IR I A p材料的轴向线应变，常用单位P e (1 P £ =1X 10-6mm/mm);其中r——导体的半径，受拉吋r缩小;u——导体材料的泊松比。

代入上式可得：dR .二(1 + 2砂+空R勃底特兹明(B P w am e h)通过实验研究发现，金属材料的电阻率相对变化与其体积相对变化之间有如下关系：dp式中C——由一定的材料和加工方式决定的常数;（俯仍=（加门）+幼£ = （1-2“疋代入式（2-3）,并考虑到实际上AR/R,故可得牛［（1 + 2口） + 巩1一2“）］*心式中広賊=（1 + 2口） +咲1-2沪）一一金属丝材的应变灵敏系数（简称灵敏系数）上式表明：金属材料的电阻相对变化与其线应变成正比这就是金属材料的应变 电阻效应对于金展材料，^o=^ = （1 + 2^） + C（1-2az）可见它由两部分组成：前部分为受力后金属丝几何尺寸变化所致，一般金属u=0. 3,因此（1+2口）=1.6；后 部分为电阻率随应变而变的部分以以本设计康铜为例，C"l, C（l-2u）~0.4, 所以此时K0二Km~2.0显然，金屈丝材的应变电阻效应以结构尺寸变化为主3. 电阻应变式压力传感器主要特性图2・2丝绕式应变片敏感栅的半圆弧形部分3. K灵敏度系数（1） 金属丝灵敏度心=［（1 + 2“） + C（l- 2“）］（2） 应变片的灵敏度系数R3.2、横向效应如图金属应变片的皱感栅丝既受轴向应变影响，又受横向应变影响而引起电 阻变化的现象称为横向效应。

横向效应使得敏感栅丝灵敏度降低，带来测量误差 常用横向效应系数H来表征，H越大，横向效应越明显，测量误差越大H受到 半径r和栅长1的影响3. 3非线性及温度误差的补偿方法3. 3. 1减小非线性误差方法一差动电桥(a) (b)u =E\ M+K 若 A/n=A/i2,门二庇，必二胸，则得(A7?| + 尽 + R> — A/?? Z?3 + R4 jE AR、2~R^3. 3. 2温度补偿方法双丝组合式补偿方法利用两组电阻丝材料的电阻温度系数不同（一个为正，一个为负）的特性, 将二者串联缠绕成敏感栅若敏感栅R1和R2由于温度变化而产生的电阻变化 为ARlt和AR2t大小相等而符号相反，就可以实现温度补偿，电阻R1和R2 的比值关系可由下式决定=/ r2—RR\」R\（△心）二 _（△%）4. 小结应变式压力传感器主要用来测量流动介质的动态或静态压力，如动力管道设备 的进出口气体或液体的压力、发动机内部的压力、枪管及炮管内部的压力、内 燃机管道的压力等优点1、 精度高，测量范围宽；2、 频率响应特性好；3、 结构简单、尺寸小，质量轻4、 可在高温、高速、高压、强烈振动、强磁场及核辐射合化学腐蚀的恶劣 条件下正常工作；5、 易于实现小型化、固态化；6、 价格低廉，品种多样，便于选择。

缺点小 非线性差、抗干扰能力差、不能显示应力梯度的变化等等参考文献[1] 温殿忠，赵晓峰，张振辉.《传感器原理及其应用》[M].黑龙江大学出版社, 200& 119-174.[2] 叶湘滨,熊飞丽,张文娜等.《传感器与测试技术》[M]•国防工业出版社,2008. 99-130.[3] 潘炼.《传感器原理及应用》[M].电子工业出版社，2011.60-90.[4] 周乐挺.《传感器与检测技术》[M].高等教育出版社，2008. 10-50.[5] 孟立凡，蓝金辉.《传感器原理与应用》[M].电子工业出版社,2010. 20-50.。