电阻应变式传感器简称电阻应变计,由基底、覆盖层、黏结剂、外引线和电阻敏感栅五部分构成,如图2-3 所示。基底是将弹性元件表面应变传递到电阻敏感栅上的中间介质,并起到敏感栅和弹性元件之间绝缘作用;覆盖层起着保护敏感栅的作用;黏结剂是将敏感栅和基底粘接成一体;外引线是连接到外部放大器的测量导线,与其构成测试系统;电阻敏感栅可以将应变量转换成电阻变化。
图2-3 电阻应变计组成
1—覆盖层;2—基底;3—外引线;4—黏结剂;5—电阻敏感栅
1.电阻敏感栅
敏感栅材料对电阻应变计性能起决定性作用,制作应变计选用合金材料有如下要求:
(1)灵敏系数较高,且在较大应变范围内保持不变。
(2)电阻率较高且稳定。
(3)电阻温度系数小,温度系数呈线性关系且重复性好,热稳定性好。
(4)机械强度高,加工性能和焊接性能良好,与引线接触电阻小。
(5)抗氧化性能和抗腐蚀性能强。
综合考虑上述材料选用要求,常用敏感栅合金材料包括:
(1)铜镍合金(俗称康铜),最常用的是含铜55%、含镍45%的康铜;
(2)镍铬合金及镍铬改性合金,镍络合金一般含镍80%,含铬20%;(www.xing528.com)
(3)铁铬铝合金,一般含铁70%,含铬25%,含铝5%;
(4)镍铬铁合金,灵敏系数大,具有高的疲劳寿命和大的电阻温度系数,但不宜在磁场附近使用;
(5)铂及铂合金,具有耐酸、耐碱、抗腐蚀性能,高温条件下抗氧化性良好,电阻温度系数的线性度高,灵敏系数大,一般用于高温动态应变测量场合。
2.基底
应变计基底的作用是固定应变计的敏感栅,使它保持原有几何形状,电阻敏感栅与弹性元件之间相互绝缘,应变计基底一般由纸或胶膜材料制成。胶基材料有环氧、缩醛、聚酰亚胺等,玻璃纤维增强基底应变计的长期稳定性好、蠕变小、滞后小、耐热性好、疲劳寿命高,最适于应用在高精度测力或称重的电阻应变式传感器场合。
3.覆盖层
应变计覆盖层又称为面胶,是在敏感栅上盖上一层胶膜,经固化处理后制成敏感栅封闭式电阻应变计。覆盖层用来保护敏感栅,使其避免受机械力破坏、防止敏感栅氧化。面胶材料多采用环氧树脂胶、酚醛树脂胶等。
4.外引线
应变计的外引线是连接敏感栅与测量电路的丝状或带状金属导线。外引线电阻率稳定且较低,电阻温度系数小。常温外引线一般采用镀银紫铜丝或铜带,高温外引线一般采用镍铬、银、铂或铂铬等材料。高疲劳寿命的应变计外引线采用铍青铜材料。外引线与敏感栅的连接方式包括锡焊、电弧焊、电接触焊等。
5.黏结剂
应变计的黏结剂是在制造应变计时将敏感栅粘贴在基底上,或在使用应变计时将应变计粘贴在弹性元件上。粘贴应变计时黏结剂所形成的胶层起着重要的作用。它是将弹性元件表面变形传递到应变计的敏感栅上,因此黏结剂性能的优劣直接影响应变计特性,处理不当会导致蠕变、滞后、非线性,影响特性随时间或温度的变化程度。因此传感器性能好坏除取决于应变计外,还取决于黏结剂质量和应变计粘贴方法是否正确等。国内外常用的黏结剂如表2-1 所示。
表2-1 国内外常用黏结剂
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