电阻应变式传感器结构与原理

电阻应变式传感器结构与原理2024-02-01目录电阻应变式传感器概述电阻应变式传感器结构组成电阻应变式传感器工作原理电阻应变式传感器性能指标电阻应变式传感器制造工艺电阻应变式传感器应用案例分析CONTENTS01电阻应变式传感器概述CHAPTER0102定义与作用介绍它的作用是通过测量电阻的变化来推断出被测物体所受的应变，从而实现对物体变形、力、压力、重量等物理量的测量。电阻应变式传感器是一种将机械应变转换为电阻变化的传感器。发展历程及现状电阻应变式传感器的发展始于20世纪初，随着材料科学和制造工艺的进步，其性能不断提高，应用领域也不断扩大。目前，电阻应变式传感器已经广泛应用于各种工业、医疗、航空航天等领域，成为现代测量技术中不可或缺的一部分。电阻应变式传感器的应用领域包括机械制造、土木工程、航空航天、汽车制造、生物医学等。随着科技的不断发展，对电阻应变式传感器的精度、稳定性、可靠性等性能要求越来越高，市场需求也在不断增加。同时，新型电阻应变式传感器的研发和应用也在不断拓展其应用领域。应用领域及市场需求02电阻应变式传感器结构组成CHAPTER弹性元件类型及特点一端固定，另一端自由，适用于测量单向应力或力矩。两端简单支撑，中间受力，适用于测量较大负荷。承受压缩或拉伸应力，具有较高刚度和稳定性。承受均匀分布的径向应力，适用于测量扭矩或压力。悬臂梁式简支梁式柱式环形或圆盘式电阻应变片构造与原理构造由敏感栅、基底、引线、覆盖层等部分组成，敏感栅是核心部分，用于感受应变并将应变转换为电阻变化。原理基于金属导体的应变效应，即导体在受到外力作用时，其长度和截面积发生变化，导致电阻值改变。通过测量电阻值的变化，可以推算出相应的应变或力的大小。惠斯通电桥电路将电阻应变片接入电桥电路中作为桥臂之一，当应变片发生形变时，其电阻值发生变化，导致电桥电路输出电压改变。通过测量输出电压的大小，可以推算出相应的应变或力的大小。滤波电路为了消除干扰信号对测量结果的影响，可以在测量电路中加入滤波电路，对输出信号进行滤波处理。数字化处理将模拟信号转换为数字信号，便于进行数据传输、存储和处理。可以通过模数转换器（ADC）实现模拟信号到数字信号的转换。放大电路由于电阻应变片输出的电压信号通常较小，需要通过放大电路进行放大处理，以便于后续的信号处理和分析。测量电路设计与实现03电阻应变式传感器工作原理CHAPTER

应变效应产生机制弹性体受力变形当电阻应变式传感器受到外力作用时，弹性体会发生形变，导致其上的电阻应变片也发生相应变形。电阻丝几何尺寸变化电阻应变片中的电阻丝随着弹性体的变形而发生几何尺寸的变化，如长度和截面积的改变。电阻率变化在电阻丝几何尺寸变化的同时，其电阻率也会因材料的形变而发生变化。03输出信号与应变关系桥式电路的输出电压与电阻应变片的应变之间存在一定的线性关系，通过测量输出电压即可得到相应的应变值。01电阻值变化由于电阻丝的几何尺寸和电阻率的变化，导致电阻应变片的电阻值也发生变化。02桥式电路输出电阻应变式传感器通常采用桥式电路作为测量电路，当电阻值发生变化时，桥式电路的输出电压也会相应变化。电阻变化与输出信号关系非线性误差由于电阻应变片的应变与输出电压之间存在一定的非线性关系，因此会产生非线性误差。通常采用线性化电路或软件进行校正。温度误差由于电阻应变片的电阻率随温度变化而变化，因此会产生温度误差。通常采用温度补偿电阻或自补偿应变片来减小温度误差。滞后误差当外力去除后，电阻应变片的应变不会立即消失，而是存在一定的滞后现象。为了提高测量精度，需要对传感器进行滞后补偿。蠕变误差长时间受力后，电阻应变片会发生蠕变现象，导致测量误差。为了减小蠕变误差，需要选择蠕变较小的材料和采取适当的结构措施。误差来源及补偿措施04电阻应变式传感器性能指标CHAPTER灵敏度指传感器输出变化量与输入变化量之比，它反映了传感器对输入量变化的敏感程度。对于电阻应变式传感器，灵敏度主要取决于应变片的灵敏系数和桥路形式。分辨率指传感器能检测到的最小输入变化量，即传感器对输入量变化的分辨能力。分辨率越高，传感器对输入量的变化越敏感，测量精度也越高。灵敏度与分辨率概念指传感器输出与输入之间的实际关系曲线与拟合直线之间的最大偏差与满量程输出之比。线性度越好，传感器的测量误差就越小。线性度指在同一工作条件下，传感器正行程特性与反行程特性的不一致程度。迟滞性越小，传感器的测量精度和重复性就越好。评估迟滞性时，通常通过比较正行程和反行程的输出差值与满量程输出之比来计算迟滞误差。迟滞性线性度和迟滞性评估方法稳定性指传感器在长时间工作过程中，其性能保持不变的能力。稳定性好的传感器，其输出值不会因时间或环境条件的变化而发生明显的漂移。重复性指在同一工作条件下，对同一输入量进行多次连续测量时，传感器输出值之间的一致程度。重复性好的传感器，其测量结果的分散性小，测量精度高。可靠性指传感器在规定的条件下和规定的时间内，能够完成规定功能的能力。可靠性是传感器的重要质量指标之一，它反映了传感器的综合性能和使用寿命。为了提高传感器的可靠性，需要采用高质量的元器件和材料，以及合理的结构和工艺设计。稳定性、重复性和可靠性要求05电阻应变式传感器制造工艺CHAPTER材料选择电阻应变式传感器的敏感元件通常采用电阻应变片，其材料应具有高电阻率、良好的机械性能和稳定性，常用的材料有金属箔、半导体等。加工流程包括材料准备、切割、粘贴、固化、引线焊接等步骤，其中每一步都需要严格控制工艺参数，以确保产品质量。材料选择与加工流程VS主要包括应变片的粘贴质量、引线焊接的可靠性、温度漂移的补偿等问题。解决方案针对粘贴质量问题，可以采用优化粘贴工艺、选用高性能胶粘剂等方法；针对引线焊接可靠性问题，可以采用激光焊接、超声波焊接等先进技术；针对温度漂移问题，可以采用温度补偿电路或软件算法进行补偿。关键技术难点关键技术难点及解决方案主要包括外观检查、电性能测试、机械性能测试、环境适应性测试等，其中电性能测试包括灵敏度、线性度、重复性、迟滞等指标。通常依据国家标准或行业标准进行评估，如GB/T13823-2008《金属箔式应变计》等，评估指标包括精度等级、使用温度范围、绝缘电阻等。质量检测评估标准产品质量检测与评估标准06电阻应变式传感器应用案例分析CHAPTER电阻应变式传感器被广泛应用于汽车安全系统，如安全气囊、安全带预紧器等，通过检测车辆碰撞时的应变变化来触发安全装置，保护乘客安全。汽车安全系统在汽车底盘控制系统中，电阻应变式传感器被用于检测车身姿态、悬挂系统状态等信息，为车辆提供稳定的操控性能。汽车底盘控制系统电阻应变式传感器能够实时监测发动机和传动系统的应变变化，为故障诊断和性能优化提供重要数据支持。发动机与传动系统监测汽车行业应用实例飞机结构健康监测电阻应变式传感器被嵌入飞机结构中，实时监测飞行过程中的应变变化，确保飞机结构的完整性和安全性。航空发动机测试在航空发动机测试过程中，电阻应变式传感器被用于测量发动机各部件的应变和温度等参数，为发动机设计和性能优化提供依据。航天器姿态控制电阻应变式传感器在航天器姿态控制系统中发挥着重要作用，通过检测航天器各部件的应变变化来实现精确的姿态调整。航空航天领域应用实例其他行业应用拓展在生物医学领域，电阻应变式传感器被用于测量人体肌肉、骨骼等