基于應變電阻的筒式壓力傳感器

前言傳感器技術(shù)在當代科技領域占有十分重要的地位。所謂傳感器就是能夠規(guī)定的被測量并按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用于輸出信號的器件或裝置。傳感器的種類很多，其中的電阻應變式傳感器就是應用及其廣泛的一種。電阻應變式傳感器具有悠久的歷史。將電阻應變片粘貼到各種彈性敏感元件上，可構(gòu)成測量位移、力、力矩、壓力等各種參數(shù)的電阻應變式傳感。電阻應變式傳感器具有以下很多優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，性能穩(wěn)定、可靠；易于實現(xiàn)測試過程自動化合多點同步測量、遠距離測量和遙測；靈敏度高，測量速度快，適合靜態(tài)、動態(tài)測量；可以測量多種物理量。電阻應變式傳感器的結(jié)構(gòu)和工作原理很簡單。電阻應變式式傳感器由彈性敏感元件與電阻應變片構(gòu)成。彈性元件在感受被測量時將產(chǎn)生變形，其表面產(chǎn)生應變。而粘貼在敏感元件表面的電阻應變片將隨著彈性敏感元件產(chǎn)生變形，因此電阻應變片的電阻值也產(chǎn)生相應的變化。這樣，測量電阻應變片的電阻值變化就可以確定被測量的大小了。設計的傳感器的技術(shù)參數(shù)：最大量程：10MPa精度：1級最大工作頻率：30KHz第一章電阻應變敏感元件的設計1.1電阻--應變特性我們知道金屬絲的電阻可表示為(1.1)式中R---金屬絲的電阻；---金屬絲的電阻率（·mm2/m）；堂L-掏--久金屬西絲的沉長度亞(m斑);眠F-割--現(xiàn)金屬嶄絲的鵲截面別積。移如圖滴1冠—妻1示黃，獵圖1五—鞠1金炕屬導抱體受弟力變掌形情其況稀轟考慮自到金渴屬材翠料的找泊松堤效應扔，經(jīng)轉(zhuǎn)數(shù)學渴變換獸可以怠得到浮金屬衣絲的蹦電阻摩應變跌特性阿即船挎墨曾桿型培維雹相會的（1硬.2擋）行令救章舅（1冷-3它）突稱為雙金屬為絲的弱靈敏弱系數(shù)鴉，表效征金襖屬絲做產(chǎn)生柄單位寫變形維時電僚阻相王對變羽化的盜大小葵。由隊于壩目前芽還不播能用悼確切炎的表淚達式險給出羞，因燭此姐都由撞實驗容測得禮。實耐驗表奔明，疊在金暗屬絲撇變形招的彈赤性范秋圍內(nèi)勞，電句阻相事對變絕化燒與應陽變稿式成貿(mào)正比漫的，脂故重是一浸個常拿數(shù)。誤所以旁式（狹1-襯3）融以增舍量表愈示為電（1靈-4蚊）棗金屬腎絲做罩成敏顛感柵妄時，硬其電卷阻慧—濤應變典特性真就與糖直線塌時不略同了唇，實春驗表紹明，之應變輸片的飼與筐的關園系在雄很大泊范圍碗內(nèi)仍沈有很媽好的誤線性警關系瘋，即辦減干守廚舉百鼻(1態(tài)--弄5)雷式中船為電符阻應倍變片基的靈賢敏系厚數(shù)。醫(yī)因為否應變蕩片存揭在橫則向效福應所技以規(guī)<旺。首1.意2寫應怖變片吐的選氏擇錯1.譜應變倉片圓材料灘的選玻擇純（1置）裝靈敏血系數(shù)般和電哥阻率爪要盡望可能展高而泳穩(wěn)定技，電盒阻率跡與機繁械應愈變旁之間痕應該夠具有刃良好吩而寬長廣的持線性仇關系蒼，即弊要求考在很距大范券圍內(nèi)烘位常廉數(shù)；享（2新）億電阻參溫度掩系數(shù)鑰要小盛，電頑阻瓶—雙溫度栗間的廁線性埋關系就和重匯復性即好；華（3券）敢機械便強度扛高，明輾壓碧及焊護接性省能好猛，與拘其他生金屬蔽之間誤接觸稠熱電傷勢小欣；盤（4云）槽抗氧賣化、痛耐腐斗蝕性魚能強偉、無講明顯團機械粗滯后再。揪制作坊應變紅片敏滲感柵含常用即的材瘋料有嘆康銅騾、鎳術(shù)鉻合叛金、睜鐵鎳球鉻合扣金、市貴金匆屬（落鉑、技鉑鎢變合金英等）譜材料寸等，男材料設的性嶼能見猜表1呈—象1.寄吵管形衣表1糖—獸1常山見應層變電達阻合捏金材偶料性羨能表奴由上村表，五選擇贏康銅鄭箔片要作為翠敏感遠柵材席料。目康銅罩這種堡材料鞏容易僑得到含，價斗格便乎宜，制其電煉阻溫章度系普數(shù)較柿小。仗2.雖應變滅片基番底材積料裂基底嶺的作丑用是逼固定露應變涌計的門敏感羅柵，茂使它陰保持濟一定潮的幾壺何形側(cè)狀，削并使它電阻重敏感汽柵與烘彈性盼元件序相互展絕緣眠。所宵以它勒是電葡阻應半變計然的重袋要組作成部傍分。功應變衛(wèi)片基悄底材貓料有藍紙和嗓聚合鄉(xiāng)物兩您大類徑，紙瘋類逐乞漸被躲膠基引（有孝機聚爹合物跪）取芝代，檢因為大膠基毀各方榮面性蔽能都折好于妻紙基疫。膠殼基是漆由環(huán)鋤氧樹偷脂、手酚醛測樹脂侍和聚拋酰亞禿胺等謀制成致膜，故厚約侵0.舟03司—金0.粘05絕mm著.對愛基底軍材料番性能黨的要便求有促如下至要求固：途機械漿強度疏高，婦撓性職好；藝粘貼雹性能沙好；柳電絕怠緣性漆能好犯；姜熱穩(wěn)駝定性湊好和乏抗?jié)衲樞院谜?；甲無滯國后和股蠕變擱?？匏詾┛梢跃催x用指玻璃稅纖維味布作膊為基候底材澆料公。套3.錘引線束材料挺引出潤線是歲連接鼠敏感躺柵和癥測量飽線路它的絲允狀或壞帶狀壇的金錫屬導存線，緒一般灰要求口引出限線材宅料具苗有低罷的穩(wěn)棵定的爆電阻許率及俘小的董電阻哀溫度元系數(shù)躁。常任溫應博變計竊引出躲線多朵用鍍座銀紫鈔銅絲動或銅擦帶，揮高溫但應變攏計多涼采用找鎳鉻瘡、銀強、鉑偷或鉑箏鉻等罩。高娃疲勞已壽命晌的應口變計惑采用震鈹青浸銅作棋引出膀線。斯引出匠線與杯敏感殼柵的暴連接日，可擔以用莫錫焊引、電疑弧焊梯、電之接觸武焊等網(wǎng)。鉆康銅駝絲默敏感燦柵應傭變片班引線穩(wěn)采用摩直徑衰為0召.0蓋5膨—屯0.螞18軟mm晌的銀街銅絲雷，采澇用點喘焊焊狂接。末4.峽粘合吐劑那電阻剖應變符片工弱作時朵總是礙被粘醬貼在酒試件暢或傳預感器渾的彈柔性元鞭件上謝。在喜測試蘇被測糾量時素粘合字劑所趣形成坐的膠扛層起疼著非險常重濟要的叔作用腥，它院應準肺確無啊誤地憶將試蛇件或蘋彈性繡元件快的應追變傳領遞到壁應變膨片的王敏感節(jié)柵上藏去。水所以駕粘合閣劑與涂粘貼均技術(shù)午對于嶺測量剃結(jié)果習有挎直接醫(yī)作用助。剩吐學粘膚合劑逆的要摧求有腫：圾做模（1雄）有劈一定幼的粘零結(jié)強團度；摟培擠（2毫）能竿準確感傳遞澤應變道；扎寬癢（3足）蠕欣變小朵；中錫穩(wěn)（4躁）機游械滯槐后小齊；執(zhí)救靠（5另）耐雀疲勞決、性窄能好岡博瘦（6城）長毀期穩(wěn)蠶定性垮好；巾國夾（7盛）能梁夠足碧夠的抗穩(wěn)定鋤性能嬸；杠企付（8溉）對燥彈性賞元件頁和應我變片黃不產(chǎn)托生化回學腐沸蝕作殺用峰莖絞（9惜）有裁適當瀉的貯伙存期亦生透（1戶0）誕有較贏大的腰使用遺溫度鎖范圍選。程在實旁際上逆不可礙能滿捧足所冊有的巷要求斥只能駛針對米具體終條件逝和主智要性娛能要活求選負用適妖當?shù)募逭澈袭a(chǎn)劑。列5.魔應變達極限省對于土已安鈔裝好政的應病變計腫，在誓一定霞溫度華下，擋指示既應變玉與被雜測試悔件真姻實應仔變的斤相對交誤差橫不超賠過一治定值腹（一鞏般為撫10雀%)昆時，放所能旨測量嗎的最臣大真負實應僵變值庸稱為脂應變尺極限榆。我諷們要浪求應稅變片野的應瘋變極陰限至肚少要在大于伸10敵00岸×餅10驚-6黑。拌影響煩應變沈極限匯的主規(guī)要因秒素是升粘結(jié)乎劑和婚基底炎材料盈傳遞左變形營的能肢力，善以及上應變貍片的陽安裝她質(zhì)量森。為駐了減俗小此先影響后，應突選用籃抗剪珍強度見較高果的粘葬結(jié)劑脫和基凈底材該料，寺以及船合理伯的粘敏貼安么裝。伯基底仰和粘糊結(jié)劑餡的厚怕度不劇要太相大，盲并應紗適當主地進秤行固逢化處禍理，笨才能棕獲得爬較高個的應勿變極靜限。上而工對作溫壺度的流升高巾會使魯應變旨極限卡下降之。衡6.蹈應變脹片的墨電阻躲值您是指口未安友裝的濤應變屆片，撲在不耗同的盒外力莖作用側(cè)下，秧在室侵溫條角件下切測定勁的電置阻值吃，也懇稱為姥原始盒電阻加值，輔單位近為雞。應紹變片陡電阻逼值國劫內(nèi)標懂準有虹：6劑0侄、1氣20套、3爆50育、6受00香和1幣00它0愚等各肆種阻跌值黃虧前傳通感器嶄生產(chǎn)械中大神多數(shù)妥選找號2州沒遲笛河5治光耍旬的應毒變片換，但在是由未于大透阻值亦應變繳片具脖有通搏過電吃流小詠、自窯熱引著起的廣溫升怕低、房持續(xù)劇工作您時間挨長、衛(wèi)動態(tài)鎮(zhèn)測量請信噪襖比高犧等優(yōu)歪點，辮并且赤大阻熱值應盤變片財可以洪減小塌應變噴焦耳屢熱引簡起的徹零漂貢，提岸高傳假感器財長期脫使用涂的穩(wěn)運定性策。因脾此，冠在不各考慮須價格跟因素持的前寬提下凳，使嚷用大伶阻值飛應變拘片，窗對提斬高傳限感器松精度細是有崇益的舍。我刊們選稼用電燈阻值譯為1摔20度宋搖苗朗應變撿片畝庸7.掏應變稀片基聽長的躍確定嶼當應率變波犯為正孟弦波營時，旱其波延幅測嫁量誤抽差即為僵他盾奮（1佳--孩5）窄上式曠中早--天-正頸弦應洋變波抽長；估--況-應椒變片朽基長偷；夏由上宰式可鳳知，甜測量股誤差屠與應聚變波叛長對妙基長鳳的比餃值有怪關。鞠為使兩測量鞋誤差磁盡量傭小，加使地，將蹈展開莫成級治數(shù)并藏略去獸高階冒小量淺后，糕得屯（湯1悟—火6）萌金屬績應變也片貼塊在試奔件材寄料上蝦（北是常紀量）郵，對伸于正疊弦波右的響富應迎誤差弄隨著愧柵長穴和頻蜘率豪的增膚加而鵝增加娛，按莖給定矛精度舟確定寶和查：其（類1舒—擁7）瞇粘澇動植待賭（1?！?）掉因此翅基長壇應盡持量短決才能酷更好短地測蚊量出例應變袖值。郊按照尼設定幻的最刑高工蔽作頻表率觸=3釋0K宰Hz凝,精暴度等激級為泥1級晴，泳對于俘低碳盆鋼，鐵=5確00快0析，于削是揚=1溪3聯(lián)。思1.拍3滋應妙變片染的結(jié)豈構(gòu)選穴擇咱應變慎片的汗結(jié)構(gòu)新形式即很多歇，主遵要有訂絲式也應變切片、級箔式你應變喚片、格半導猴體應枝變片花等?？肯聢D窩分別腔是上共述應題變片酷的結(jié)湊構(gòu)示軌意圖麻。離逐圖雖1-根-2泛獄絲暖式應語變片復料蠢圖1趟—蒜3扇箔式薪應變?nèi)∑秩ぱ濅z圖1暮—掩4角半導給體應若變片神比較呆三種駝電阻罷應變賢片的辜特點沒：裳絲式悟應變似片：梳制作房簡單顯、性裕能穩(wěn)式定、脖價格糧便宜岡、易來于粘聾貼。靈但回棉線式班應變牙片橫族向效頑應大坊，而境短接茄式應潛變片彼焊點者多，認在沖術(shù)擊、多振動惱條件完下，條易在撕焊接村處出攜現(xiàn)疲離勞破弱壞，其對制蔬造工真藝的眨要求尸高。扯箔式艙應變效片：慮表面英積大該、散統(tǒng)熱性質(zhì)能好璃，靜翻態(tài)、遷動態(tài)事特性傻好，綠可通酸過較謠大工殿作電賞流，皺橫向嘉效應耐小，報蠕變比、機盒械滯折后小披，疲沾勞壽除命高洞，但額工藝某復雜襯。標半導住體應莫變片喜：靈卷敏系惹數(shù)大捆，動盞態(tài)特勿性好賤，但傲重復練性及鵝溫度形、時贈間穩(wěn)電定性相較差伏，應蟻變時約非線桌性嚴裁重，重互換潑性差縱。侮根據(jù)舌測量及條件河，選央用絲俱式應瓣變片瞧作為辮敏感遷元件隊。峰挎第二疲章純彈性豐元件軌設計撐2.務1棚彈性衣元件何材料練選擇研彈性歪敏感朵元件拜在傳欠感器濃中因抹為直材接參曾與變覺換和稀測量嫂，所撲以對匹它有閑一定竭要求深。遇在任潮何情駐況下蔬，它翅應該搜保證常有良辟好的祥彈性秩特性如，足壘夠的女精度翅和穩(wěn)圈定性勾，在盯長時進間中鎮(zhèn)使用誼和溫號度變拍化時喪都應遇該保板持穩(wěn)腐定的體性能尤。因妻此對抹材料系的基跌本要喝求是腥：針（1哥）彈艱性滯剝后和局彈性戴后效懷??；料（2歲）彈獅性模媽數(shù)和尸溫度狡系數(shù)有要小揪；鄙（3睡）線慚膨脹刑系數(shù)困要小窩且穩(wěn)壺定；廁（4鐘）彈攔性極挎限和燭強度窄極限曬要高時；?。?濃）具悄有良培好的輝穩(wěn)定差性和委耐腐幟蝕性肢；訪（6認）具敢有良乒好的治機械米加工乏性能愁和熱傍處理柳性能面。川表2虛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