应变片的结构与原理
应变片结构
在工业上，有一种专门测量扭矩的工具，它叫应变片。应变片是一种非常灵敏的传感器，应变片尺寸非常小，为了精确测量扭矩，需要严格按照公差要求定位，并且焊接小型电池也是一项艰巨的任务，在焊点处需要非常小心，因为不正确的焊接都会损坏应变片。
应变片的结构如上图所示，由上到下为覆膜，应变片金属敏感栅，应变片绝缘基底，覆膜，金属弹性体。由此可以得出，应变片中包含了多种不同的材料，因此其膨胀系数也各不相同，当温度发生改变时，附在金属弹性体上的应变片，会被拉伸或者压缩，产生额外的应力，导致敏感栅阻值发生变化。并且，每片应变片贴在金属弹性体的胶水厚度也会存在着差异，因此每片应变片都存在一定的差异。
应变片的原理
敏感元件将力转换为应变，转换元件将应变转换为电阻变化，转换电路将电阻转换为典雅或电流信号输出。电阻应变片的工作原理基于电阻应变效应。电阻应变效应为导体或半导体材料在外界力的作用下产生机械变形时，其电阻值相应发生变化，这种现象称为电阻应变效应。
常州瑞尔特测控系统有限公司为您提供精准，安全，可靠的力值测量源。为您提供创新、规格多样且品质稳定的产品，提供完美的应变值测量方案。提供专业测试测量及系统解决方案产品和服务，在多种工业领域客户提供从精度高，可靠性强的传感器、仪表到完整的测量解决方案等系列产品。
斯巴拓电阻应变式传感器的工作原理及应变片的种类
simbatouch/斯巴拓
广州市斯巴拓电子科技有限公司是一家专门从事力值测量技术研究、产品研发生产、销售和服务为一体的高新技术企业，致力于传感器、变送器、控制仪表的研发生产和提供系统工程控制的解决方案。企业有着智能化的宽阔工业厂房，优秀的生产制造和检测仪器，技术专业的研发部门及其健全的体系管理。企业已经获得IS09001品质体系认证和多选商品ROHS、COO验证。
企业关键商品有测力传感器，秤重控制器，液位传感器，操纵仪表盘和与之配套设施的自动化技术，并已得到多选国家发明专利和ROHS、COO验证。商品运用于各种各样工业生产自动化流水线、智能机器人、冶金工业及其诊疗等新式和智能化系统高档领域。通过不断的改进和完善，我们的产品可以完全取代国外同类产品，因为它们具有很高的稳定性和灵敏度。除了在国内享有盛誉外，我们的产品还远销德国、英国、意大利、美国、俄罗斯、日本，等地区。
我企业凭着很多年的自动化技术行业的了解和了解，必须坚持"由于技术专业、因此相信"的公司运行核心理念打造出了一只自动化技术行业的技术专业精英团队，为顾客出示顶级的售中和售后服务的技术咨询，为顾客出示顶级的技术性优秀品质平稳的商品。 人们必须坚持科技创新、品质为本、创新管理的服务宗旨，必须坚持出示健全的商品及系统软件解决方法，较大底限的以客户为中心。
质保一年，七天不影响二次销售无条件退货。
工程师一对一指导协助服务，终身售后服务，第一时间解决客户的售后问题
客户的任何技术疑问，我们承诺在12小时内处理完毕。
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应变式电阻传感器
应变式电阻传感器作为测力的主要传感器，测力范围小到肌肉纤维，大到登月火箭，精确度可到 0.01-0.1%。有拉压式（柱、筒、环元件）、弯曲式、剪切式。
应变式传感器特征：
材料类型：金属应变片、半导体应变片
应用范围：应变力、压力、转矩、位移、加速度
主要优点：使用简单、精度高、范围大、体积小
电阻应变片的发展历史
1856年，W. Thomoson发现金属丝的应变效应，并用惠斯通电桥精确测量电阻的变化 。
1938年，E. Simmons和A. Ruge制成纸基丝绕式应变片。
1953年，P. Jackson用光刻技术制成箔式应变片。
1954年，C. Smith发现半导体材料的压阻效应。
1957年，W. Mason研制出半导体应变片。
应变效应
应变式传感器的核心元件：电阻应变片，试件上的应力变化转换成电阻变化。
应变效应:导体或半导体在受到外界力的作用时，产生机械变形，机械变形导致其阻值变化，这种因形变而使阻值发生变化的现象称为应变效应。
如果对电阻丝长度作用均匀应力，则ρ、L、A的变化(dρ、dL、dA)将引起电阻R变化dR。通过对上式的全微分可得dR为
一、金属的应变效应
对于一长为L、横截面积为A、电阻率为ρ的金属丝，其电阻值R为
一、金属的应变效应
若电阻丝是圆形的，则A=πr ²,对r 微分得dA=2πr dr，则
在弹性范围内金属丝受拉力时，沿轴向伸长，沿径向缩短，则轴向应变和径向应变的关系为
εy=-μεx
μ为金属材料的泊松系数。
定义：KS为金属丝的灵敏系数，表示单位应变所引起的电阻的相对变化，则有
确定的金属材料，(1+2μ)项是常数，其数值约在1~2之间，实验证明dρ/ρ╱εx 也是常数。
根据应力σ和应变ε的关系:
应力σ=εE，σ∝ε，
应变ε∝dR，σ∝dR。
通过弹性元件，可将应力转换为应变，这是应变式传感器测量应力的基本原理。
金属的电阻相对变化与应变成正比关系。
灵敏系数KS受两个因素影响：
（1）应变片受力后材料几何尺寸的变化， 即1+2μ；
（2）应变片受力后材料的电阻率的变化，即（dρ/ρ）/ εx 。
金属材料：
灵敏度系数表达式中1+2μ的值要比(dρ/ρ)/εx大得多。
应变是量纲为1的数。通常应变很小，常用10-6来表示。例如，当应变为0.000001时，在工程中常表示为1×10-6或μm/m。在应变测量中，也常称为微应变。
二、半导体的压阻效应
半导体应变片又称为压阻式传感器。
基于半导体材料的压阻效应而制成的一种纯电阻性元件。
压阻效应：
半导体材料的电阻率随作用应力的变化而发生变化的现象。
当半导体材料受轴向力作用时，电阻相对变化为
πl半导体材料的压阻系数。式中1+2μ项随几何形状而变化，πlE项为压阻效应，随电阻率而变化。
二、半导体的压阻效应
实验证明πlE比1+2μ大近百倍，所以1+2μ可以忽略，因而半导体应变片的灵敏系数：
半导体应变片的灵敏系数比金属丝式的高50～80倍，但半导体材料的温度系数大，应变时非线性比较严重，使应用范围受到一定的限制。
半导体应变片的优点：
体积小，灵敏度高，频率响应范围宽，输出幅值大，不需要放大器，可直接与记录仪连接，使测量系统简单。
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