传感器应用技术 课件 知识点：2.4金属电阻应变片

传感器应用技术项目二

基于电阻式传感器的电子秤的设计与制作金属电阻应变片讲授内容1.应变片的类型

3金属电阻应变片：丝式、箔式和薄膜式。2.金属丝式应变片下图为电阻应变片的典型结构图。它由敏感栅、基底、盖片、引线和粘结剂等组成。这些部分所选用的材料将直接影响应变片的性能。因此，应根据使用条件和要求合理地加以选择。基片覆盖层金属丝引线2.金属丝式应变片（1）基片和覆盖层基片用于保持敏感栅、引线的几何形状和相对位置；盖片既保持敏感栅和引线的形状和相对位置，还可保护敏感栅。最早的基底和盖片多用专门的薄纸制成，基底厚度一般为(0.02～0.04)mm，基底的全长称为基底长，其宽度称为基底宽。2.金属丝式应变片（2）敏感栅由金属细丝（康铜、镍铬合金、贵金属）绕成栅形。金属细丝直径为0.01-0.05mm栅长有100mm、200mm及1mm、0.5mm、0.2mm等规格，分别适应于不同的用途。对敏感栅材料的要求①较大的应变灵敏系数，尽量保持为常数；②高而稳定的电阻率；③电阻温度系数要小；④抗氧化能力高，耐腐蚀性能强；⑤在工作温度范围内能保持足够的抗拉强度；⑥加工性能良好；⑦易于焊接，对引线材料的热电势小。2.金属丝式应变片（3）引线它是从应变片的敏感栅中引出的细金属线。常用直径约(0.1~0.15)mm的镀锡铜线，或扁带形的其他金属材料制成。

对引线材料的性能要求电阻率低；电阻温度系数小；抗氧化性能好；易于焊接；大多数敏感栅材料都可制作引线。2.金属丝式应变片金属丝式应变片有回线式和短接式二种，如图所示。回线式最为常用，制作简单，性能稳定，成本低，易粘贴，但其应变横向效应较大。短接式应变片两端用直径比栅线直径大5～10倍的镀银丝短接。优点是克服了横向效应，但制造工艺复杂。

图中应变片a、c回线式

b、d短接式箔式应变片将金属电阻材料通过特殊的碾压而得到厚度为0.003~0.005mm的极薄的膜，加上绝缘底基以后，再通过光刻工艺将电阻箔刻成所需的栅状电阻丝，然后再将这个箔栅加上覆盖层和引出线就构成了箔式应变片。箔式应变片的基本结构

3.金属箔式应变片3.金属箔式应变片10因为这种应变片中的电阻材料被制成了箔，所以它与被粘贴的零件表面的接触面积比丝式应变片大得多，这样的应变片就能更好地“跟随”应变零件的变化。由于接触面积大，它的散热条件比丝式应变片好得多。目前采用这种元件制成的传感器比较多。为适应不同形状的应变，敏感栅需与应力分布相适应，应变片常呈不同形状，俗称应变花。优点：（1）尺寸准确，线条均匀，适应不同的测量要求，

（2）可制成多种复杂形状尺寸准确的敏感栅（3）与被测试件接触面积大，粘结性能好。散热条件好，允许电流大，灵敏度提高。（4）横向效应可以忽略。（5）蠕变、机械滞后小，疲劳寿命长。缺点：电阻值的分散性大。3.金属箔式应变片4.薄膜应变片采用真空蒸发或真空沉积的方法，将金属敏感材料直接镀制于弹性基片上。相对于金属粘贴式应变片而言，薄膜应变片的应变传递性能得到了极大的改善，几乎无蠕变，并且具有应变灵敏系数高，稳定性好、可靠性高、工作温度范围宽(-100℃～180℃)、使用寿命长、成本低等优点，是一种很有发展前途的新型应变片。优点：应变灵敏系数大，允许电流密度大，工作范围广，易实现工业化生产。问题：难控制电阻与温度和时间的变化关系。金属电阻应变片常用的敏感栅材料有康铜、镍铬合金、镍铬铝合金、铁铬铝合金、铂、铂钨合金等。

对金属电阻应变片敏感栅材料的基本要求是：①灵敏系数大，并且在较大应变范围内保持常数。②电阻率大。③电阻温度