電阻應(yīng)變式傳感器的應(yīng)用與發(fā)展

電阻應(yīng)變式傳感器的應(yīng)用與發(fā)展引文傳感器是一種在工程應(yīng)用上極為常見的重要器件，它是指那些對被測對象的某一確定的信息具有響應(yīng)與檢出功能，并使之按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換與之對應(yīng)有用輸出信號的元器件或裝置。傳感器是一個完整的測量系統(tǒng)，它能把被測非電量轉(zhuǎn)換成與之有確定對應(yīng)關(guān)系的電量輸出，以滿足信息的傳輸處理、記錄、顯示和控制等要求。電阻應(yīng)變式傳感器一種是利用電阻應(yīng)變片將應(yīng)變轉(zhuǎn)化為電阻變化的傳感器。當(dāng)彈性體（敏感元件）受到所測量的力而產(chǎn)生變形，并使附著其上的電阻應(yīng)變片一起變形。應(yīng)變片再將變形轉(zhuǎn)換為電阻值的變化，從而可以測量力、壓力、扭矩、位移、加速度和溫度等多種物理量。工作原理電阻應(yīng)變式傳感器的工作原理是電阻應(yīng)變效應(yīng)，即導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料在外力作用下產(chǎn)生機(jī)械形變時，其電阻值也相應(yīng)發(fā)生變化的物理現(xiàn)象。當(dāng)一個金屬電阻絲受軸向應(yīng)力作用被拉伸時，假設(shè)它的長度變化Δl、面積變化ΔA、電阻率變化Δρ、泊松比μ，電阻絲的應(yīng)變靈敏度系數(shù)k0的表達(dá)式可以寫為：k其中1+2μ是由材料的幾何尺寸變化引起的，而?ρρε結(jié)構(gòu)與分類電阻應(yīng)變計(jì)也稱為電阻應(yīng)變片，主要由敏感柵、基底和蓋層、粘結(jié)劑和引出線四部分組成。電阻應(yīng)變計(jì)的種類很多，分類方法也很多：以敏感柵的材料分類，可以分為金屬、半導(dǎo)體及金屬或金屬氧化物漿料等三類；以安裝方式可分為粘貼式、焊接式和噴涂式三類；以使用溫度范圍可分為低溫、常溫、中溫以及高溫應(yīng)變計(jì)等；以基底材料分類可分為紙基、膠基、玻璃纖維增強(qiáng)基、金屬基底以及臨時基底等。研究現(xiàn)狀與前景優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)與其他測量手段相比，電阻應(yīng)變片有以下優(yōu)點(diǎn)：測量應(yīng)變的靈敏度和精確度高，性能穩(wěn)定、可靠，可測1～2，誤差小于1％；應(yīng)變片尺寸小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、響應(yīng)速度快。測量時對被測件的工作狀態(tài)和應(yīng)力分布影響較小，既可用于靜態(tài)測量，又可用于動態(tài)測量；測量范圍大。既可測量彈性變形，也可測量塑性變形。變形范圍可從1％～20％；適應(yīng)性強(qiáng)?？稍诟邷亍⒊蜏?、高壓、水下、強(qiáng)磁場以及核輻射等惡劣環(huán)境下使用；便于多點(diǎn)測量、遠(yuǎn)距離測量和遙測。而其在應(yīng)用上的缺點(diǎn)主要在于：對于大應(yīng)變有較大的非線性，輸出信號較弱；只能測量構(gòu)件的表面應(yīng)變，無法測量內(nèi)部應(yīng)變；一個應(yīng)變片只能測量構(gòu)件表面一個點(diǎn)沿某個方向的應(yīng)變，不能進(jìn)行全域性測量。發(fā)展現(xiàn)狀自1930年電阻應(yīng)變片初次出現(xiàn)以來，至今已有80年歷史。經(jīng)過多年的研究與實(shí)踐，電阻應(yīng)變式傳感器的設(shè)計(jì)與計(jì)算等基本技術(shù)已經(jīng)趨于成熟，目前它的的發(fā)展側(cè)重于工藝研究和應(yīng)用研究，在產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、工程化設(shè)計(jì)和規(guī)?；a(chǎn)工藝等方面尋求突破，例如在結(jié)構(gòu)與工藝設(shè)計(jì)中引入計(jì)算機(jī)擬實(shí)技術(shù)和虛擬技術(shù)，在穩(wěn)定處理中移植振動時效、共振時效新工藝，在測試檢定中創(chuàng)造自動快速檢測和動態(tài)比對方法等。同時，應(yīng)用技術(shù)研究也有很大進(jìn)展，例如傳感器模塊的組件化設(shè)計(jì)，能夠“即插即用”，可減少由于偏重、熱效應(yīng)影響，偶然超載等引起的稱重誤差，并可承受由于振動、沖擊、攪拌或其它外力引起的偏重。前景展望隨著電子計(jì)算機(jī)技術(shù)及有限元計(jì)算方法的發(fā)展，以及各種新型傳感器的開發(fā)，有些人認(rèn)為電阻應(yīng)變技術(shù)已趨老化。而事實(shí)上，由于材料科學(xué)的進(jìn)步，電阻應(yīng)變傳感器的核心部分，即電阻應(yīng)變計(jì)的制作材料與工藝仍在不斷地發(fā)展，而其測量方法已十分成熟，因此電阻應(yīng)變傳感器在科研與工業(yè)上仍有廣闊的應(yīng)用前景。縱觀目前國內(nèi)外的應(yīng)變計(jì)市場，電阻應(yīng)變式傳感器今后的發(fā)展呈現(xiàn)以下幾種趨勢：普通應(yīng)變計(jì)朝向高精度、使用方便快捷省力方向發(fā)展；傳感器用應(yīng)變計(jì)要求多功能、高穩(wěn)定性；特殊環(huán)境用應(yīng)變計(jì)的多樣化和穩(wěn)定性的提高?？傊⌒突?、集成化、多功能化和智能化將是電阻應(yīng)變式傳感器的重要特點(diǎn)和未來發(fā)展趨勢。應(yīng)用分析應(yīng)用領(lǐng)域電阻應(yīng)變片式傳感器由于結(jié)構(gòu)簡單，性能穩(wěn)定，靈敏度較高，一直以來都被廣泛應(yīng)用于工程測量和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中。由于電阻應(yīng)變片式傳感器可以測量力、壓力、位移、應(yīng)變、加速度等非電量參數(shù)，一般較常見的應(yīng)變式傳感器有稱重傳感器、壓力傳感器、加速度傳感器以及位移傳感器等。除了以上幾種典型應(yīng)變傳感器之外，近年來，電阻應(yīng)變技術(shù)在醫(yī)學(xué)、生物學(xué)方面的應(yīng)用也取得了很大突破。譬如某些新型的心率檢測裝置，它不直接接觸人體，通過測量心臟跳動對人體產(chǎn)生的微弱震動信號，利用壓力傳感器轉(zhuǎn)換為電信號，經(jīng)由放大模塊等信號處理電路，再通過串行接口輸出到PC機(jī)中進(jìn)行預(yù)處理，最終應(yīng)用改進(jìn)的心律檢測算法提取出受試者的心率。應(yīng)用實(shí)例BHR-8M是由上海自動化儀表股份有限公司生產(chǎn)的一款電阻應(yīng)變式稱重傳感器。它的精度較高，適配性能好，性價比高。以下是它的部分工作參數(shù)。靈敏度：1mV/V非線性：A級±0.2%ROB級±0.1%RO滯后誤差：A級±0.2%ROB級±0.1%RO重復(fù)性誤差：0.1%RO橋路電阻：320Ω激勵電壓：最高10V（AC或DC）最高12V（AC或DC）工作溫度：－10～＋55℃溫度零點(diǎn)變化：A級±0.2%RO/10℃B級±0.1%RO/10℃允許過載能力：20%RL水密性：0.02Mpa（BLR－8M）注：RO為額定輸出（激勵電壓＝10V），RL為額定負(fù)荷（測試時g＝9.80665m/s2）參考文獻(xiàn)馬西秦.自動檢測技術(shù).機(jī)械工業(yè)出版社,2008年百度百科：詞條“電阻應(yīng)變式傳感器”互動百科：詞條“應(yīng)變式稱重傳感器”畢思武.淺談電阻應(yīng)變式稱重傳感器靈敏度及其補(bǔ)償與調(diào)整.技術(shù)交流,2009年第38卷第9期肖斌高振玲.從應(yīng)變計(jì)現(xiàn)狀看電阻式傳感器的前景.華北航天工業(yè)學(xué)院學(xué)報,2000年6月第20卷第2期曾敏.電阻應(yīng)變片的選擇與應(yīng)用.南京信息工程大學(xué)學(xué)年論文,2005年12月肖旸.基于電阻應(yīng)變式傳感器的測力系統(tǒng).湖北第二師范學(xué)院學(xué)報,2010年2月第27卷第2期劉丹,高彬,鄭一暢.電阻應(yīng)變式稱重傳感器原理及故障分析檢測.廣西輕工業(yè),2010年8月第8期楊艷,安盼龍,趙瑞娟.電阻應(yīng)變式傳感器的研究.物理與工程,2010年第20卷第2期郭菲,李青,HYPE