电阻应变片的种类与结构.

应变片常用形式应变片是一种用于测量物体变形的传感器，常用于工程领域中的应变测量。

应变片的常用形式有：电阻应变片、电容应变片、纤维光栅应变片和光纤布拉格光栅应变片等。

本文将对这些常用形式进行介绍和比较。

电阻应变片是最常见的一种应变片形式。

它通过利用电阻材料的电阻值随应变变化而发生改变的特性，来测量物体的应变。

电阻应变片通常由两层金属箔片和介电层构成，其中一层金属箔片粘贴在被测物体上，另一层金属箔片作为参考电阻。

当物体发生应变时，受力引起的变形将导致电阻值的改变，通过测量电阻值的变化来计算应变量。

电容应变片是另一种常见的应变片形式。

它利用电容器的电容值随应变变化而发生改变的原理来测量物体的应变。

电容应变片通常由两层金属箔片和介电层构成，其中一层金属箔片粘贴在被测物体上，另一层金属箔片作为参考电容。

当物体发生应变时，受力引起的变形将导致电容值的改变，通过测量电容值的变化来计算应变量。

纤维光栅应变片是一种基于光纤传感技术的应变测量装置。

它利用光纤中的光栅结构来测量应变。

纤维光栅应变片通常由光纤和光栅传感区组成，其中光栅传感区被粘贴在被测物体上。

当物体发生应变时，光栅结构会发生形变，从而改变光纤中光的传播特性，通过测量光信号的变化来计算应变量。

光纤布拉格光栅应变片是一种利用布拉格光栅原理测量应变的装置。

它通过在光纤中形成布拉格光栅结构来测量应变。

光纤布拉格光栅应变片通常由光纤和布拉格光栅传感区组成，其中布拉格光栅传感区被粘贴在被测物体上。

当物体发生应变时，光栅结构会发生形变，从而改变光纤中的衍射波长，通过测量衍射波长的变化来计算应变量。

对于这些常用形式的应变片，它们各自具有不同的特点和适用范围。

电阻应变片具有测量范围广、精度高的优点，适用于静态和动态应变测量；电容应变片具有灵敏度高、抗干扰能力强的优点，适用于小应变测量和高频应变测量；纤维光栅应变片具有体积小、抗干扰能力强的优点，适用于复杂环境下的应变测量；光纤布拉格光栅应变片具有高精度、长测距的优点，适用于大范围应变测量和结构健康监测。

1．金属电阻应变片的种类金属电阻应变片种类繁多，形式多样，但常见的基本结构有金属丝式应变片、金属箔式应变片和薄膜式应变片。

其中金属丝式应变片使用最早、最多，因其制作简单、性能稳定、价格低廉、易于粘贴而被广泛使用。

2．电阻应变片的结构金属丝式电阻应变片由敏感栅、基底、盖层、黏合层和引线等组成。

图2-2为金属丝式应变片的典型结构图。

其中敏感栅是应变片内实现应变——．电阻转换的最重要的传感元件，一般采用的栅丝直径为0. 015～0.05 mm。

敏感栅的纵向轴线称为应变片轴线，L为栅长，n为基宽。

根据不同用途，栅长可为0.2～200 mm。

基底用以保持敏感栅及引线的几何形状和相对位置，并将被测件上的应变迅速、准确地传递到敏感栅上，因此基底做得很薄，一般为0. 02～0.4 mm。

盖层起防潮、防腐、防损的作用，用以保护敏感栅。

用专门的薄纸制成的基底和盖层称为纸基，用各种黏合剂和有机树脂薄膜制成的称为胶基，现多采月后者。

黏合剂将敏感栅、基底及盖层黏合在一起。

在使用应变片时也采用黏合剂将应变片与被测件黏牢。

引线常用直径为0.10～0.15 mm的镀锡铜线，并与敏感栅两输出端焊接。

金属箔式应变片的基本结构如图2-3所示，其敏感栅是由很薄的金属箔片制成的，厚度只有0. 01～0.10 mm，用光刻、腐蚀等技术制作。

箔式应变片的横向部分特别粗，可大大减少横向效应，且敏感栅的粘贴面积大，能更好地随同试件变形。

此外与金属丝式应变片相比，金属箔式应变片还具有散热性能好、允许电流大、灵敏度高、寿命长、可制成任意形状、易加工、生产效率高等优点，所以其使用范围日益扩大，已逐渐取代丝式应变片而占主要的地位。

但需要注意，制造箔式应变片的电阻值的分散性要比丝式的大，有的能相差几十欧姆，故需要作阻值的调整。

对金属电阻应变片敏感栅材料的基本要求如下。

①灵敏系数K。

值大，并且在较大应变范围内保持常数。

②电阻温度系数小。

③电阻率大。

④机械强度高，且易于拉丝或辗薄。

电阻应变片的种类电阻应变片是一种常见的传感器元件，用于测量物体的应变变化。

根据其结构和材料的不同，电阻应变片可以分为多种类型。

本文将介绍几种常见的电阻应变片。

第一种是金属电阻应变片。

金属电阻应变片由金属材料制成，常见的金属材料有铜、铝、钢等。

金属电阻应变片的特点是稳定性好、灵敏度高、温度影响小。

它们通常用于测量金属结构的应变变化，如桥梁、建筑物等。

金属电阻应变片的制作工艺相对简单，成本较低，因此被广泛应用于工程领域。

第二种是半导体电阻应变片。

半导体电阻应变片由半导体材料制成，常见的半导体材料有硅、锗等。

半导体电阻应变片的特点是灵敏度高、温度影响小、线性度好。

它们通常用于测量微小应变变化，如微机械系统、生物医学领域等。

半导体电阻应变片的制作工艺较为复杂，成本较高，因此主要应用于高精度测量领域。

第三种是薄膜电阻应变片。

薄膜电阻应变片由金属薄膜制成，常见的金属薄膜有铂、镍、铬等。

薄膜电阻应变片的特点是灵敏度高、响应速度快、适用于小尺寸测量。

它们通常用于测量微小应变变化，如电子设备、汽车工业等。

薄膜电阻应变片的制作工艺相对简单，成本适中，因此在工业领域得到广泛应用。

第四种是光纤电阻应变片。

光纤电阻应变片利用光纤传感技术，将光纤与电阻应变片相结合，实现对应变的测量。

光纤电阻应变片的特点是抗干扰能力强、测量范围广、适用于复杂环境。

它们通常用于测量大型结构的应变变化，如飞机、船舶等。

光纤电阻应变片的制作工艺较为复杂，成本较高，因此主要应用于高精度测量领域。

以上是几种常见的电阻应变片的种类。

不同的电阻应变片适用于不同的测量场景，选择合适的电阻应变片对于获得准确的测量结果至关重要。

随着科技的不断进步，电阻应变片的种类和性能也在不断提升，为各行各业的测量需求提供了更多选择。

电阻应变片的结构及工作原理电阻应变片的结构如图4-1-3所示，其中，敏感栅是应变片中把应变量转换成电阻变化量的敏感部分，它是用金属丝或半导体材料制成的单丝或栅状体。

引线是从敏感栅引出电信号的丝状或带状导线。

(1)粘结剂：是具有一定电绝缘性能的粘结材料，用它将敏感栅固定在基底上。

(2)覆盖层：用来保护敏感栅而覆盖在上面的绝缘层。

(3)基底：用以保护敏感栅，并固定引线的几何形状和相对位置。

电阻应变片能将力学量转变为电学量是利用了金属导线的应变——电阻效应。

我 们知道，金属导线的电阻R 与其长度L 成正比，与其截面积A 成反比，即ALR ρ= (4-1-3)式中ρ是导线的电阻率。

如果导线沿其轴线方向受力产生形变，则其电阻值也随之发生变化，这一物理现象被称为金属导线的应变——电阻效应。

为了说明产生这一效应的原因，可将式（4-1-3）取对数后进行微分得ρρd A dA L dL R dR +-= (4-1-4)式中，L dL 为金属导线长度的相对变化，用轴向应变ε来表示，即L dL =ε；AdA是截面积的相对变化。

2r A π=（r 为金属导线的半径），，rdr A dA 2= r dr是金属导线半径的相对变化，即径向应变εr 。

导线轴向伸长的同时径向缩小，所以轴向应变ε与径向应变εr 有下列关系：μεε-=r (4-1-5)μ为金属材料的泊松比。

根据实验，金属材料电阻率相对变化与其体积的相对变化之间的关系为VdVC d =ρρ，C 为金属材料的一个常数，如铜丝C =1 。

由L A V ⋅= 我们可导出VdV与ε、εr 之间的关系。

1 23 45图4-1-3 电阻应变片1-敏感栅；2-引线；3-粘结剂；4-覆盖层；5-基底εμεμεεε)21(22r -=+-=+=+=LdLA dA V dV 由此得出εμρρ)21(-==C VdVC d 代入式（4-1-4）得[]εεμμμεεεμs )21()21(2)21(K C C RdR=-++=++-= (4-1-6) K s 称为金属丝灵敏系数，其物理意义是单位应变引起的电阻相对变化。

电阻丝应变片的结构电阻丝应变片，也称为电阻应变片，是一种用于测量应变的电子元件。

其核心部分是一根或一组敏感的电阻丝，当这些电阻丝受到外力作用时，其电阻值会发生变化。

通过测量这种电阻的变化，可以推导出所受的外力或应变。

这种元件广泛应用于各种测量和控制系统，如压力传感器、加速度计和称重系统等。

一、电阻丝应变片的构造电阻丝应变片主要由基底、敏感栅、引线和保护层组成。

1. 基底：基底是应变片的基础，它支撑和固定敏感栅和引线。

基底通常由绝缘材料制成，如玻璃纤维增强环氧树脂或聚酰亚胺。

2. 敏感栅：敏感栅是应变片的核心部分，通常由金属合金（如镍铬或铜镍合金）制成。

这些合金具有较高的电阻系数和良好的温度稳定性。

敏感栅的形状和尺寸对测量的灵敏度和精度有很大的影响。

3. 引线：引线用于将敏感栅连接到测量仪器上。

它们通常由镀银铜线或不锈钢线制成，具有足够的强度和良好的导电性。

4. 保护层：保护层覆盖在敏感栅和引线上，以保护它们不受机械损伤、化学腐蚀和环境的影响。

保护层通常由环氧树脂、硅橡胶或陶瓷等材料制成。

二、工作原理当电阻丝受到外力作用时，其长度和横截面积会发生变化，从而导致电阻值的变化。

根据应变效应，电阻值的变化与应变成正比，可以表示为：ΔR/R = kε，其中ΔR是电阻的变化量，R是原始电阻值，k是应变常数，ε是应变。

通过测量电阻的变化量，可以推导出应变的值。

三、应用由于其高灵敏度和稳定性，电阻丝应变片广泛应用于各种工程领域，如航空航天、汽车、土木工程和生物医学等。

在航空航天领域，它们被用于测量飞机的气动载荷和发动机推力；在汽车工业中，它们被用于测量发动机性能和车辆动态稳定性；在土木工程中，它们被用于监测结构健康状况和地震工程；在生物医学领域，它们被用于监测生理参数和医疗器械的性能。

电阻应变⽚的种类与结构.电阻应变⽚的种类与结构电阻应变⽚(简称应变⽚或应变计)种类繁多，形式各样，分类⽅法各异。

根据敏感元件的不同，将应变计分为⾦属式和半导体式两⼤类。

根据敏感元件的形态不同，⾦属式应变计⼜可进⼀步分为丝式、箔式等。

1. 丝式应变⽚丝式应变⽚基本结构如图2.1所⽰，主要由敏感栅、基底和盖⽚、黏结剂、引线4部分组成。

敏感栅是实现应变与电阻转换的敏感元件，由直径为0.015-0.05mm的⾦属细丝绕成栅状，将其⽤黏结剂黏结在各种绝缘基底上，并⽤引线引出，再盖上既可保持敏感栅和引线形状与相对位置的、⼜可保护敏感栅的盖⽚。

电阻应变⽚的电阻值有60 Q、120 Q、200 Q 等⼏种规格，其中120 Q最为常⽤。

1⼀華底、⼯⼀电阻给盃屍：4—引幔图2.1丝式应变⽚的基本结构2. 箔式应变⽚如图2.2所⽰，箔式应变⽚的敏感栅利⽤照相制版或光刻腐蚀的⽅法，将电阻箔材制成各种形状⽽成，箔材厚度多为0.001-0.01mm。

箔式应变⽚的应⽤⽇益⼴泛，在常温条件下⼰逐步取代了线绕式应变⽚，它具有如下⼏个主要优点：(1) 制造技术能保证敏感栅尺⼨准确、线条均匀，可以制成任意形状以适应不同的测量要求。

(2) 敏感栅薄⽽宽，黏结情况好，传递试件应变性能好。

(3) 散热性能好，允许通过较⼤的⼯作电流，从⽽可增⼤输出信号。

(4) 敏感栅弯头横向效应可以忽略。

(5) 蠕变、机械滞后较⼩，疲劳寿命⾼。

图2.2箔式应变⽚3?薄膜应变⽚薄膜应变⽚采⽤真空蒸发或真空沉积等⽅法，将电阻材料在基底上制成⼀层各种形状的敏感栅，敏感栅的厚度在0.1um以下。

薄膜应变⽚具有灵敏系数⾼，易实现⼯业化⽣产的特点，是⼀种很有前途的新型应变⽚。