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金屬電阻應變計和半導體應變計的種類

發布時間:2015-9-6      發布人:向日葵app在线观看污公司      點擊:

電阻應變計能將工程構件上的應變,即尺寸變化轉換成為電阻變化的變換器(又稱電阻應變片),簡稱為應變計。一般由敏感柵、引線、粘結劑、基底和蓋層組成。按敏感柵的材料,電阻應變計分為金屬電阻應變計和半導體應變計兩類。

一、金屬電阻應變計

絲式應變計:這種應變計的敏感柵最常用的有絲繞式和短接線式兩種。①絲繞式的敏感柵是用直徑 0.015~0.05毫米的金屬絲連續繞製而成,端部呈半圓形。如果安裝應變計的構件表麵存在兩個方向的應變,此圓弧端除了感受縱向應變外,還能感受橫向應變,後者稱為橫向效應。若對測量精度的要求較高,應考慮橫向效應的影響並進行修正。②短接線式的敏感柵采用較粗的橫絲,將平行排列的一組直徑為 0.015~0.05毫米的金屬縱絲交錯連接而成,端部是平直的。它的橫向效應很小,但耐疲勞性能不如絲繞式的。

箔式應變計:這種應變計的敏感柵用厚度0.002~0.005毫米的金屬箔刻蝕成形。用此法易於製成各種形狀的應變計。箔柵有如下優點:①橫向部分可以做成比較寬的柵條,使橫向效應較小;②箔柵很薄,能較好地反映構件表麵的變形,因而測量精度較高;③便於大量生產;④能製成柵長很短的應變計。因此,箔式應變計得到廣泛應用。

臨時基底應變計:製造時將用紫銅等材料製成的敏感柵粘在作為臨時基底的框架上,使用時用粘結劑將敏感柵固定在構件上,然後將臨時基底去掉。這種應變計多用於測量高溫條件下的應變。

二、半導體應變計

將半導體應變計安裝在被測構件上,在構件承受載荷而產生應變時,其電阻率將發生變化。半導體應變計就是以這種壓阻效應作為理論基礎的,其敏感柵由鍺或矽等半導體材料製成。這種應變計可分為體型)和擴散型兩種。前者的敏感柵由單晶矽或鍺等半導體經切片和腐蝕等方法製成,後者的敏感柵則是將雜質擴散在半導體材料中製成的。半導體應變計的優點是靈敏係數大,機械滯後和蠕變小,頻率響應高;缺點是電阻溫度係數大,靈敏係數隨溫度而顯著變化,應變和電阻之間的線性關係範圍小。正確選擇半導體材料和改進生產工藝,這些缺點可望得到克服。半導體應變計多用於測量小的應變(10-1微應變到數百微應變),已廣泛用於應變測量和製造各種類型的傳感器。

金屬薄膜應變計:半導體應變計中用薄膜作敏感柵的稱為薄膜應變計。它是將金屬、合金或半導體材料,用真空鍍膜、沉積或濺射方法,在絕緣基底上製成一定形狀的薄膜,其厚度從幾十納米至幾萬納米不等。薄膜壓力傳感器屬於此類金屬薄膜應變計。此外,還有靈敏係數很大的p-n結半導體應變計和壓電場效應應變計。 這種應變計是通過規定的掩板在表麵有絕緣層的金屬材料或玻璃等無機材料上濺射或沉積一層電阻材料薄膜製成的,也可采用光刻方法製造。還可直接將電阻材料沉積在傳感器的彈性敏感元件上,達到更佳的效果。

電阻應變計:除了常用的品種和規格外,還有各種不同用途的應變計,如溫度自補償應變計、大應變應變計、應力計、測量殘餘應力的應變花等。利用箔式應變計的製造技術,還能生產出可以測量溫度、壓力、疲勞壽命、裂紋擴展情況的各種片式檢測元件(包括測溫片、測壓片、疲勞壽命計、裂紋擴展計等)。

基於電阻-應變效應的敏感元件。電阻-應變效應是指金屬導體的電阻在導體受力產生變形(伸長或縮短)時發生變化的物理現象。當金屬電阻絲受到軸向拉力時,其長度增加而橫截麵變小,引起電阻增加。反之,當它受到軸向壓力時則導致電阻減小。電阻應變計與彈性敏感元件、補償電阻一起可構成多種用途的電阻應變式傳感器。電阻應變計按工藝可分為粘貼式、非粘貼式(又稱張絲式或繞絲式)、焊接式、噴塗式等。其中粘貼式應變計(又稱應變片)是應用最廣,也是最早出現的應變計。它的工作原理是開爾文勳爵於1856年發現的。

粘貼式應變計:它主要由 4部分組成。①由電阻絲製成的敏感柵:是應變計的敏感部分;②襯底和保護層:敏感柵粘貼在襯底上,襯底是將傳感器彈性元件表麵的應變傳遞到電阻絲柵上的中間介質,起絕緣作用;保護層起保護電阻絲的作用;③粘合劑:它將電阻絲與襯底粘貼在一起;④引出線:它起連接測量導線的作用。按襯底材料和安裝方法的不同,可把粘貼式應變計分為紙襯式、膠襯式、金屬襯底式和臨時襯底式等。敏感柵又有多種結構形式,可分為測量單方向應變的單軸式和測量兩個方向以上應變的多軸式(又稱應變花)兩類。

張絲式應變計:它是利用一定結構使金屬電阻絲張緊並能直接受力而產生電阻-應變效應的一種應變計,又稱非粘貼式應變計。一種測量微小壓力的張絲式應變計是將金屬電阻線繞在固定於彈簧片上的數個柱子上製成的。當壓力通過連杆加到彈簧片上時,彈簧片的變形使柱子移動,從而改變電阻線圈的張力而使其電阻發生變化。線圈連接成橋式電路,於是電橋由於橋臂電阻的變化而失去平衡,產生正比於壓力的輸出電壓。利用張絲式應變計的原理還可製成扭矩傳感器和加速度計。本文源自向日葵app视频傳感,轉載請保留出處。