電阻應變片范例6篇

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電阻應變片

電阻應變片范文1

關鍵詞:電阻應變片;開放性實驗;教學模塊

中圖分類號:G642文獻標識碼:A文章編號:1671―1580(2014)02―0051―02

一、引言

電阻應變片知識單元是材料成型檢測與控制課程中一個重要單元,該課程涵蓋自動檢測與自動控制基礎理論,機電、液壓、PLC等基本內容,知識點比較抽象,理論上理解有一定困難。尤其是電學知識比較薄弱的材料加工類專業學生,給教學帶來很大的難度。因此,如何使所講的內容由抽象變形象,讓學生更好地理解該課程的專業知識,掌握分析問題、解決問題的方法,培養學生的實際動手能力,是該課程教學改革的主要目標。本課題抽取電阻應變片教學模塊做開放性實驗教學并對此做了初步研究。

二、開放性實驗的組織與實施

開放性實驗大體可分為三類:基礎性、綜合性和設計性。一方面,實驗開課教師可以根據實際教學需要自擬題目,學生根據自己的興趣愛好來選擇實驗項目;另一方面,學生可以利用現有的知識體系,結合生活實際,自行擬定題目。本課題為前者,教師選定實驗項目為設計性實驗,學生采取自愿報名原則,利用晚上或節假日業余時間來完成。

1.開放性實驗任務設計

開放性實驗任務設計首先應該充分體現課程原有的教學目標,同時還要面向解決實際問題。開放性實驗任務尤其是設計型任務,一定要把握好難易程度,太難,學生就會容易產生放棄的情緒;太簡單,學生很容易就做完,就不會有成就感。筆者要求學生結合自己焊接作品及實驗室現有條件,自行設計焊縫應力應變實驗的測定。學生查閱大量資料,并及時與指導教師相互溝通,最終確定了實驗方案:先搭建最簡單的等強度梁實驗平臺,通過實踐完全弄懂了基本應力應變測試原理,以及實驗中應變片的粘貼技巧,然后再應用于實際焊縫應力應變的測定。

2.教學過程設計

傳統實驗課的教學模式都是學生先預習實驗指導書,寫預習報告,教師在上課時現場講解實驗目的、原理、操作步驟、實驗過程中注意的問題,然后進行實驗,最后進行實驗結果分析等等。學生完全處于被動地位,并且很多實驗結果是可以預知的。但設計性實驗更傾向于一種研究問題的思路,查閱大量文獻資料,初步擬定方案,并在實踐過程中不斷修訂初始方案,直到最終解決所有問題。在整個教學過程中,老師要做好安全教育,確保整個實驗過程安全,還要保證學生熟練操作設備同時保證其完好無損。教師要根據學生的方案準備好相應的材料,教師與學生要時常溝通交流以及給予相應的指導。

3.開放性實驗的組織實施

實驗分為五個模塊:a.等強度梁實驗臺的搭建。學生在搭建等強度梁時,要求梁寬與長度必須滿足線性關系,貼應變片在對稱貼片基礎上,要考慮好拉應力和壓應力的貼片位置,砝碼如何施加力,底座平行度等因素。學生根據這些實際情況,繪好相應的CAD圖紙,并且經小組討論通過,指導教師認為具有可操作性才可以進行實際加工。b.學生在根據圖紙進行電火花線切割、數控加工中心、手工焊實際操作過程中,指導教師指導學生熟練掌握相應技術時,方可讓學生結合自己圖紙進行獨立加工。整個過程指導教師全程陪同,指導教師可以現場答疑解惑,但不參與實際操作。c.電阻應變式傳感器的貼片及焊接技術。學生自己查閱資料,對等強度梁進行打磨、劃定位線、表面清洗、選片、崩片、貼片、固化,并對貼片質量進行檢查;傳感器橋路焊接相關技術要領及焊接質量檢測都要求學生自己完成,指導教師僅提供相應的實驗材料和實驗焊接、檢驗等工具。d.進行電阻應變片在電橋中的接法實驗、電阻應變片橫向效應、溫度特性、靈敏度系數標定實驗,結合理論來分析實驗數據的準確與否,如出現較大誤差,找出誤差原因,并加以改善。e.最后形成成熟的關于電阻應變片知識理論結構及相應各種實驗測定原理,采用盲孔法對學生金工實習完成的焊縫進行應力應變測定,焊縫的前期處理,拉應力和壓應力區貼片處理,最后整理實驗數據,并對數據進行相關理論分析。

整個開放性實驗采用8人小組形式,學生為模具和焊接學生混搭,實驗任務結構分為個人和小組兩部分。所有任務的完成,既離不開個人的參與,也需要大家協同完成。同時小組推薦一名總的項目負責人,負責實驗的整體進度及實驗安排,并及時匯總大家各個階段的相關實驗資料和數據,為日后形成該實驗的模塊開發資料做參考資料。同時,項目負責同學每周一次例會,及時跟大家匯報進度以及實驗過程遇到的問題,大家集思廣益,找到問題的解決方法。教師只負責提供相關實踐設備,原則上不參與實際操作,除非大家討論后仍無解決問題思路時,指導教師給予引導性意見。

4.實驗評價體系的建立

實驗最后的評價體系由三部分組成:個人的報告總結、個人任務完成情況、集體相互配合情況以及最終的實驗目標完成情況。然后由指導教師進行最后的總結、成績評定。

三、實施效果

根據2011級材型專業(模具、焊接)部分學生參加該項開放性實驗教學,大部分學生還是采用傳統理論教學,經走訪了解并比較,得出結論如下:開放性實驗模塊化教學培養了學生查閱資料、設計實驗的能力,能有效地將微觀思想轉化為實際實物形式;培養了學生專業素質,如繪圖、焊接、加工中心、線切割、鉗工等基本專業技能,有效地整合了實驗室資源,避免了實驗室資源閑置帶來的浪費;充分調動了學生學習的積極性,變被動為主動,將晦澀難以理解的電阻應變傳感器理論應用于實踐,并指導實踐,激發起了學生強烈的求知欲望,達到了良好的教學效果;培養了學生實踐動手能力、獨立思考能力,為后續的科研、工作打下了堅實的基礎;同時,教學相長,教師在開放性實驗教學中摸索了新的教學方法,為教育質量的提高打下了堅實基礎。

四、存在問題與不足

1.涉及實驗室很多,管理協調上存在一定困難。學校雖然積極鼓勵教師和學生共同申報開放性實驗課題,但開放性實驗大多采用業余時間,并且每個實驗人員除了正常開設專業課實驗的同時,還要接納很多這種開放性實驗,而學校對基礎實驗人員卻沒有相對政策激勵,這使得開放性實驗在運行過程中磕磕碰碰,效率低下,難以達到預計的效果。

2.受益人數太少。鑒于學校目前現有的實驗設備和條件,僅能為部分同學做開放性實驗教學,對于全體學生的全面培養高素質、創新性人才還有很長一段路要走。

五、結束語

在開放性實驗電阻應變片教學模塊的研究過程中,不僅將晦澀難懂的基礎理論轉化為實踐研究,使學生對知識的把握更加透徹,同時還與專業其他技能如加工中心、線切割、手工焊接、鉗工等基本操作有機結合為一體,有效地提高了學生的實踐能力、解決問題能力和創新能力,為高素質人才的培養跨出了重要的一步。

[參考文獻]

[1]雷煒.高校課程建設現狀分析與對策研究[J].高等工程教育研究,2008(01).

[2]陳遠東.開放性實驗教學的建設方法[J].長春工業大學學報(高教研究版),2012(06).

[3]姚秋杰.關于高教改革的若干思考[J].北華大學學報(社會科學版),2004(02).

[4]周柯愛.調整課程設置,適應人才需求[J].溫州職業技術學院學報,2011(12).

電阻應變片范文2

1、應變式傳感器的核心部件是電阻應變片。

2、應變式傳感器是基于測量物體受力變形所產生的應變的一種傳感器。電阻應變片則是其最常采用的傳感元件。它是一種能將機械構件上應變的變化轉換為電阻變化的傳感元件。

3、應變式傳感器是利用電阻應變片將應變轉換為電阻變化的傳感器,傳感器由在彈性元件(感知應變)上粘貼電阻應變敏感元件(將應變轉換為電阻變化)構成。當被測物理量作用在彈性元件上時,彈性元件的變形引起敏感元件的阻值變化,通過轉換電路將其轉變成電量輸出,電量變化的大小反映了被測物理量的大小。應變式傳感器可以測量應變應力、彎矩、扭矩、加速度、位移等物理量。

(來源:文章屋網 )

電阻應變片范文3

應變式稱重傳感器,1938年美國加利福尼亞理工學院教授E?Simmons(西蒙斯)和麻省理工學院教授A?Ruge(魯奇)分別同時研制出紙基絲繞式電阻應變計,以他們名字的字頭和各有二位助手命名為SR-4型,由美國BLH公司專利生產.1940年美國BLH公司和Revere公司總工程師A?Thurston利用SR一4型電阻應變計研制出圓柱結構的應變式負荷傳感器,用于工程測力和稱重計量,成為應變式負荷傳感器的創始者.

1973年美國學者霍格斯特姆為克服正應力負荷傳感器的固有缺點,提出不利用正應力,而利用與彎矩無關的切應力設計負荷傳感器的理論,并設計出圓截工字形截面懸臂剪切梁型負荷傳感器.打破了正應力負荷傳感器的一統天下,形成了新的發展潮流.這是負荷傳感器結構設計的重大突破.

1974年前后美國學者斯坦因和德國學者埃多姆分別提出建立彈性體較為復雜的力學模型,利用有限單元計算方法,分析彈性體的強度、剛度,應力場和位移場,求得最佳化設計.為利用現代分析手段和計算方法設計與計算負荷傳感器開辟了新途徑.

經歷了70年代的切應力負荷傳感器和鋁合金小量程負荷傳感器兩大技術突破;80年代稱重傳感器與測力傳感器徹底分離,制定R60國際建議和研發出數字式智能稱重傳感器兩項重大變革;90年代在結構設計和制造工藝中不斷納入高新技術迎接新挑戰,加速了稱重傳感器技術的發展;2000年OIML R60首次引入族和組、分配系數PL范圍等新概念.

2 應變式壓力傳感器原理

將電阻應變片粘貼在彈性元件特定表面上,當力、扭矩、速度、加速度及流量等物理量作用于彈性元件時,會導致元件應力和應變的變化,進而引起電阻應變片電阻的變化.電阻的變化經電路處理后的以電信號的方式輸出,這就是電阻應變式傳感器的工作原理.

電阻絲應變片一般是粘貼在傳感器的彈性體上,當傳感器承受壓力后,彈性體產生形變,引起粘貼在彈性體上的應變片電阻值變化.在一般情況下,傳感器內都是由4個應變片組成一個測量電橋,在大多數的使用情況下,傳感器內部4個應變片同時受力,并且在受壓形變的作用下,2個應變片阻值增大,2個變小.

檢測電路的功能是把電阻應變片的電阻變化轉變為電壓輸出.因為電橋具有很多優點,如可以抑制溫度變化的影響,可以抑制側向力干擾,可以比較方便的解決稱重傳感器的補償問題等,所以電橋在稱重傳感器中得到了廣泛的應用.因為全橋式等臂電橋的靈敏度最高,各臂參數一致,各種干擾的影響容易相互抵消,所以稱重傳感器均采用全橋式等臂電橋.

3 應變式力學傳感器應用實例-電子秤

電阻應變片范文4

關鍵詞:高強鋼棒異形墩預應力張拉

中圖分類號:TU74 文獻標識碼:A 文章編號:

1引言

高強鋼棒作為新型的預應力鋼材,工程實踐表明其預應力效果良好。近幾年來,許多工程采用高強鋼棒作為預應力拉索。如:上海新國際博覽中心預應力鋼棒抗側力支撐、深圳游泳跳水館預應力鋼棒拉索、深圳會議展覽中心箱形鋼梁預應力鋼棒下弦等工程中鋼棒的應用。這些都預示著高強鋼棒廣闊的應用前景,對鋼棒的理論研究也在蓬勃發展[1]。

該橋橋段3、橋段5橋墩采用變厚度雙柱式橋墩,柱頂以橫梁連接,橋墩頂截面為平行四邊形,底截面為不規則四邊形,墩身在橫橋向縱橋向皆傾斜,墩身下部設置縱橋向底梁連接墩身,普通鋼筋混凝土結構。異形墩橋梁,由于斜置的墩柱和復雜的空間線形,故其幾何(變形) 不但關系到結構外觀、行車舒適,還直接影響到上部結構受力。為了使橋墩在各個工況下受力及變形均滿足設計要求,我們用 Labview 系統軟件對鋼棒的張拉值進行測定。

Labview是美國國家儀器公司(National Instruments Corp, NI公司)推出的創新軟件產品,基于LabVIEW的虛擬儀器是一種計算機儀器系統,即以通用計算機為硬件平臺,由用戶設計定義虛擬面板,由測試軟件實現測試功能。該基礎是計算機系統,核心則是軟件技術。由此,可通過用戶自定義突破傳統儀器在數據采集、處理、顯示及存儲等方面的限制。

2工程概況

該橋與京津塘高速公路K125+970處立交,橋梁范圍為:K2+601.556~K3+271.496,長669.94m;橋梁上部結構有:普通鋼筋混凝土連續梁4聯,預應力鋼筋混凝土剛構橋3聯,全橋共7聯,按照設計文件的定義共7個橋段。

公路橋軸線和分孔線與道路設計線法線斜交,斜交角度-16°。橋段3、5橋墩采用變厚度雙柱式橋墩,柱頂以橫梁連接,橋墩頂截面為平行四邊形,底截面為不規則四邊形,墩身在橫橋向縱橋向皆傾斜,墩身下部設置縱橋向底梁連接墩身。橋墩墩頂在縱橋向采用高強度鋼棒做為拉桿。

3鋼棒應變測量原理

3.1電阻應變片及其工作原理

繞線式應變片主要由敏感元件、基底、覆蓋層和引出線等幾部分組成。

(1)敏感絲柵是應變片的主要元件,一般由康酮、鎳鉻合金制成;

對材料性能要求:電阻率高、靈敏系數大、線性范圍大、電阻溫度系數小、易于加工成絲。

(2)基底和覆蓋層一般有紙質和膠質;

對材料性能要求:基底和覆蓋層起定位和保護應變片幾何形狀的作用,也起到與被測試試件之間電絕緣作用,因此要求厚度小而機械強度高、絕緣性能好、熱穩定性能好、耐腐蝕、抗潮濕、無滯后和儒變現象、稍透明等。

金屬應變片的工作原理在于導體的“電阻應變效應”。所謂電阻應變效應是指導體或半導體在機械變形(伸長或縮短)時,該工程應用的是伸長時的應變效應。其電阻隨其變形而發生變化的物理現象。

(dD/D:橫向應變;DL/L:縱向應變;μ:泊桑比)

上式表明,導體(如金屬絲)的電阻應變效應由兩方面原因造成,一是由(1±2μ)表達的幾何尺寸的改變;一是電阻率也隨應變發生變化。這就從機理上對電阻應變效應作了一定的說明??上?,電阻率ρ到底依什么規律隨應變變化,至今尚無圓滿的解釋。不過,實踐表明,值與合金的成分、含雜質情況、加工成絲的工藝以及熱處理過程等有很大關系,故各種材料的靈敏系數均由實驗測定。

3.2高強鋼棒應變測量原理

測量系統根據應變片的測量原理采用應變片單臂半橋的橋路模式進行測量橋路。

R1、R2為平衡電阻;RL為導線電阻,R3、R4為應變電阻,其中ε為由于拉桿變形引起的電阻變化量,VEX為激勵電源,在測試系統中,選用3.33V的內置激勵電源。根據橋路原理,應變片的變形量為:

式中,GF為應變片的精度系數;RL為導線電阻;Rg為正常的應變片電阻;ν為泊松比;νr為Vch測到的電壓變化。

4鋼棒安裝及張拉過程控制

在施工過程中,由于施工設備、經濟條件等限制,采用分批張拉是不可避免的。施工階段結構的受力體系由于高強鋼棒不斷的參與工作面發生變化,鋼棒中拉力也是不斷變化的[2]。為了在鋼棒中建立起滿足設計的要求的預應力,我們需要在整個結構張拉過程中對其進行監控,以保證各批次的鋼棒張拉達到要求的控制力。在充分了解張拉鋼棒對結構的影響,以及充分估算了張拉過程中套筒內需要旋緊的距離,在鋼棒拼接時留出足夠的可調節長度,為后期順利張拉提供必要的基礎和條件。

4.1鋼棒安裝

(1)在異形橋墩鋼筋鋪設后進行模板搭設階段,把兩端固定可調節套筒安放到指定位置,模板支設完畢后,澆筑混凝土。

(2)搭設滿堂腳手架,待混凝土澆筑完成后養生達到70%強度時, 用吊車把高強鋼棒吊裝安裝就位,擰上中間鎖緊套筒,安裝工作初步完成。

(3)鋼棒安裝就位后,檢查鋼棒中間鎖緊套筒是否安裝正確,必須在正反牙的套筒內涂抹適量的黃油,以便于擰緊套筒。

4.2鋼棒張拉

(1)橋墩混凝土達到可張拉強度時,安裝手拉葫蘆,將兩端分別放置在墩頂處適當的位置上,來調整各分段鋼棒因墩身外傾而引起鋼棒內部應力變化。

(2)為了克服鋼棒因自重引起的下撓,我們用枕木墊塊墊在鋼棒兩側下方進行水平調整,以便后期張拉。

4.3張拉過程中的控制與檢測

(1)張拉時每根鋼棒設置一個測試點,張拉前讀初讀數,然后依據不同的鋼棒張拉值不一樣,待張拉到設計的張拉值后,停止張拉。

(2)張拉過程中要盡量減少對鋼棒本身的擾動,為了避免溫度梯度對測試結果的影響,每根鋼棒在同一時段張拉完成。

(3)根據測試結果表明,每根鋼棒張拉值都達到了設計要求所需的力值,符合設計要求。

5結論

預應力鋼棒拼接時,中間的套筒應留有足夠的可調節空間,預留長度可以根據施工階段結構分析估算確定。鋼棒的張拉對結構的影響較大,對結構要有充分的了解,通過合理的分析,確定各個批次的張拉順序,完成張拉工作。

參考文獻

李軼.預應力鋼棒張拉錨固體系的研究:(碩士學位論文).南京:東南大學,2004

電阻應變片范文5

【關鍵詞】應變電測 傳感器技術 應用 發展

現代科學正沿著微觀和宏觀兩個方向發展,兩者相輔相成,缺一不可。在工業生產、航空航天、醫療體育等多方面存在著一些大型的設備或產品,其零部件多樣、構造復雜,并在一定領域占據著重要的位置,其運行狀態和壽命都直接關系著安全生產和經濟效益。應力和應變的測試是評價設備狀態的重要手段,通過對零部件、結構的受力和工作情況測試,確定應力、應變、位移、力、載荷和加速度等力學參數,從而解決工程結構和機械強度、剛度問題。

1 應變電測技術原理

當被測物產生應變式,電阻應變片的阻值會隨之發生變化,電阻應變片測量應變就是基于這個原理,通常電阻應變片測量應變時會搭成橋路連接方式,這樣可以消除共模信號,抵消溫度系數的影響,增大靈敏度。電阻應變片屬于敏感元件,共有基底、敏感柵、覆蓋層和引線等四部分所組成。工作時,將電阻應變片附著在被測零件或結構表面上,一旦部件表面由于受力而產生變形,電阻應變片的基底就會立即獲取應變信息,并將信息傳遞給敏感柵,敏感柵在感到應變后,隨著部件的變化情況產生相同的變形量,進而導致應變片的阻值產生電學信息,通過電路最終將電學參數換化成應變量表達出來。其中,電阻值的變化與部件的應變量呈正比關系。

2 應變電測與傳感器技術的應用

在電工電子技術與信息技術的推動下,應變測量儀器系統也向數字化和計算機網絡化方向發展,成為自動數據采集系統,不但較大范疇地提高了測試系統的速度和精度,也將應變電測技術推向了一個全新的發展階段。應變電測與傳感器技術的測量系統通常由應變計、傳感器和測試儀器三部分所組成。

2.1 新型特殊電阻應變計

工業技術的迅猛推進,使得應變計品種和規格都得到了較快速的發展。不僅有應用與常溫環境下的應變計急劇增加,也出現了一些應用于特殊環境下的特殊應變計。例如,在高溫高壓下,有時會需要實時了解材料的應變性能,600~ 800密封焊接式應變計、高溫900動態應變計等被應用于高溫背景下的應變測試。此外還有諸如防水應變計、大應變應變計、低溫-269~196應變計、復合材料專用應變計等也逐漸問世。

2.2 應變計式傳感器

應變計式傳感器品種更為多樣,并隨著電測與傳感器技術的發展和成熟,其性能和質量也得到很大的改善。除各種稱重、測力、位移、壓力、加速度傳感器等外,還有超小型土壓力計、傾斜計、裂縫計、沉降計等。值得一提的是,在工業生產中出現了一類新型應變傳感器,其外形和彈性元件為變截面圓環形狀,該傳感器實質上測量基長的變化反映該基長區的平均應變,能代替大基長的電阻應變計,可快速安裝在鋼或混凝土表面上,并可多次重復裝卸使用,其靈敏度比一般應變計高,配合應變測試儀器使用,還可進行無線遙測。

2.3 新型數據采集儀器

面對日益發達的工業生產系統,新的數據采集儀器也需要多方面發展,主要包括兩類。一是多功能多通道自動測量的數據采集儀。該類采集儀器能夠對應力、應變、溫度、電壓等多種物理量進行測試,同時還能夠與多種類型的傳感器并有專用軟件進行各種數據采集和處理,與微機組成自動測量分析系統。還有一類是數字動態應變儀,接計算機有專用多功能采集分析軟件組成動態數據采集和分析系統,這樣使結構等靜、動載試驗工作提高質量和效率。

3 應變電測與傳感器技術在航空航天工程中應用

近年來,應變電測與傳感器技術在航空航天工程中所起的作用不容小視,在航空航天工業的發展中往往占據著關鍵的技術地位。

3.1 飛機發動機葉片動應變測量

在某一型號飛機中渦輪轉子葉片在工作時,溫度通常在800~900之間,高溫900動態應變計便應用機發動機葉片動應變測量中。該機在渦輪轉子葉片連續6次臺架動測,溫度都在800以上的情況下獲取了應力應變數據。

3.2 發動機搖臂動應力測試

在某型號飛機發動機搖臂上,采用了SDA-830C動態應變儀,取得了良好的效果。

3.3 發動機導管動應力測試

飛機發動機的導管是發動機供油的主要部件,對導管的應變測試直接關系著發動機的工作狀態。通過應變儀監測顯示,發動機導管在受到外界干擾下產生的激振反應與導管上下卡箍的位置有直接關系,經過反復試驗和動態應變儀器的反復測量,最終得到導管東營利的最大頻率,根據試驗結果,很好地調整了卡箍的位置,使動應力達到最小。

3.4 發動機矢量噴管主要受力件載荷測量

飛機發動機中軸對稱矢量噴管是靠擴張段的偏轉來實現發動機排氣方向的變換,因此,要真實地掌握矢量噴口上如三角拉桿、導軌等關鍵件在發動機各種工況下的工作載荷及其變化規律。采用應變電測技術對其關鍵部件的載荷情況進行測量是可行的,通過在關鍵件的表面布置應變計,并組成全橋電路,用電阻應變儀測量電橋輸出,并提前在試驗機上完成標定,最后在工況條件下對發動機矢量噴管的關鍵受力部件進行實測,可以為發動機的優化減重及可靠性設計提供數據支持。

3.5 模擬返回艙結構.在起吊和運輸過程中應力測試

航天員訓練中所采用的模擬返回艙,在起吊和運輸過程中需要進行必要的應力測試。模擬返回艙一般由復合材料及金屬制成,通過有限元法設計計算制成后用應變計及數據采集儀、動態應變儀等分別測量在起吊和運輸過程中結構靜、動態應力。由于返回艙需要具備相當的強度和高度,因此,必須要保證其應力變化在可承受范圍內,應變電測技術在這一過程中的應用至關重要。

4 結論

應變傳感器及數字技術的發展,為應變測試提供了更多選擇,為航空航天及其它軍民產品的結構強度的測試提供了先進手段。通過試驗驗證和數據分析,為飛機等軍民品產品設計及改進改型提供了必須的數據資料。

參考文獻

[1]李炳生,李斌,曹文清.電阻應變式傳感器在結構試驗中的應用新技術[J].結構工程師,2011(S1).

[2]沈觀林.應變電測與傳感器技術的新發展及應用[J].中國測試,2011(02).

[3]劉九卿.應變式稱重傳感器技術發展概況[A].稱重科技暨第八屆全國稱重技術研討會論文集[C].2009.

電阻應變片范文6

關鍵詞:壓力傳感器,薄膜,敏感柵

 

隨著社會的發展,信息處理技術、微處理器和計算機技術的快速發展和廣泛應用,都需要在傳感器的開發方面有相應的進展?,F在非電物理量的測試與控制技術,已越來越廣泛地應用于航天、航空、常規武器、船舶、交通運輸、冶金、機械制造、化工、輕工、生物醫學工程、自動檢測與計量、稱重等技術領域[1],而且也正在逐步引入人們的日常生活中。免費論文參考網??梢哉f測試技術與自動控制技術水平的高低,是衡量一個國家科學技術現代化程度的重要標志。傳感器是信息采集系統的感應單元,所以,它是自動化系統和控制設備的關鍵部件,作為系統中的一個結構組成,在科技、生產自動化領域中的作用越來越重要[2]。

傳感器亦稱換能器,是將各種非電量(包括物理量,化學量,生物學量等)按一定的規律轉換成便于處理和傳輸的另外一種物理量(一般為電量、磁量等)的裝置[3],它能把某種形式的能量轉換成另一種形式的能量。傳感器一般由敏感元件、傳感元件和測量電路3部分組成,有時還需加上輔助電源。免費論文參考網。其原理如圖1所示。

其中:①敏感元件直接感受被測物理量,如在應變式傳感器中為彈性元件;②傳感元件將感受到的非電量直接轉換成電量,是轉換元件,如固態壓阻式壓力傳感器;③測量電路是將傳感元件輸出的電信號轉換為便于顯示、控制和處理的有用電信號的電路,使用較多的是電橋電路。由于傳感器元件輸出的信號一般較小,大多數的測量電路還包括放大電路,有的還包括顯示器,直接在傳感器上顯示出所測量的物理量;④輔助電源是供給傳感元件和測量電路工作電壓和電流的器件。

國際電工委員會IEC則將傳感器定義為測量系統中的一種前置部件,它將輸入變量轉換成可供測量的信號[4]。傳感器是傳感器系統的一個組成部分,是被測量信號輸入的第一道關口。對傳感器在技術方面有一定的要求,而同時亦要考慮盡可能低的零點漂移、溫度漂移及蠕變等[5]。近年來,傳感器有向小型化、集成化、智能化、系列化 、標準化方向發展的趨勢[6]。

電阻式傳感器的工作原理是將被測的非電量轉換成電阻值,通過測量此電阻值達到測量非電量的目的。這類傳感器大致分為兩類:電阻應變式和電位計式。利用電阻式傳感器可以測量形變、壓力、力、位移、加速度和溫度等非電量參數。

壓力傳感器是將壓力這個物理量轉換成電信號的一種電阻應變式傳感器。傳統的電阻應變式壓力傳感器是一種由敏感柵和彈性敏感元件組合起來的傳感器[7]。如圖2所示,將應變片用粘合劑粘貼在彈性敏感元件上,當彈性敏感元件受到外施壓力作用時,彈性敏感元件將產生應變,電阻應變片將它們轉換成電阻變化,再通過電橋電路及補償電路輸出電信號。它是目前應用較多的壓力傳感器之一,因具有結構簡單、使用方便、測量速度快等特點而廣泛應用于航空、機械、電力、化工、建筑、醫學等諸多領域。

傳統的電阻應變式壓力傳感器的電阻敏感柵是刻錄在一層絕緣脂薄膜上,而薄膜又通過粘結劑粘合到彈性基片上,由于彈性元件與粘結劑及絕緣脂膜之間的彈性模量不同,彈性元件的應變不能直接傳遞給敏感柵,而是要通過粘結劑、絕緣脂膜才能到達敏感柵,從而產生較大的蠕變和滯后,影響傳感器的靈敏度、響應度、線性度等性能。另外,由于粘結劑不能在高溫條件下使用,這也使它的應用范圍受到限制。

為了消除絕緣薄膜層和粘結劑層對傳感器性能的影響,可以嘗試采用真空鍍膜方法及光刻技術,在彈性元件上直接刻錄敏感柵,彈性元件與敏感柵直接接觸,以克服常規工藝導致的滯后和蠕變大的缺陷。另外,如果彈性材料和結構選擇恰當,還可制成耐高溫、耐腐蝕的全隔膜式薄膜壓力傳感器。

一、器件研制

采用真空鍍膜技術在彈性基片上蒸鍍一層約300nm金屬柵材料的薄膜,用半導體光刻技術,在彈性基片上直接形成電阻敏感柵,最后利用耐高溫、耐酸堿腐蝕的環氧樹脂粘結劑,將制作好的芯片封裝在工件中,組成壓力傳感器探頭。經過熱老化、電老化,待封裝應力趨于穩定后,進行電性能測試。

在制作薄膜電阻應變式壓力傳感器中,采用的工藝流程如圖3所示。

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