电阻应变片的结构

(一) 应变片的结构与类型

电阻应变片 (简称应变片) 的结构形式各异，但其结构组成与图5－1给出的电阻丝式应变片的结构基本相同。图中L为应变片的标距 (或称工作基长)，它是敏感栅沿轴向测量变形的有效长度; D为敏感栅的宽度 (或称基宽)。

图5－1 电阻丝式应变片的结构

应变片主要有金属应变片和半导体应变片两类。金属片又有丝式、箔式、薄膜式之分。如图5－2列举了不同类型的电阻应变片。

图5－2 常见的几种应变片

(a) 丝式应变片 (b) 箔式应变片 (c) 半导体应变片1－衬底 2－应变片或半导体 3－引出线 4－焊接电极 5－外引线

其中金属丝式应变片使用最早最多，它有纸基、型胶机型两种。因其制作简单，性能稳定，价格低廉，易于粘贴而被广泛的使用。薄式应变片是通过光刻，腐蚀等工艺，将电阻薄皮在绝缘基片上制成各种图案而形成的应变片，其厚度通常在0.001～0.01mm之间。因其散热效果好，通过电流大，横向效应小，柔性好，寿命长，工艺成熟且适于大批量生产而得到广泛使用。薄膜式变片是薄膜技术发展的产物，它是采用真空蒸镀的方法成形的，因其灵敏系数高，有利于批量生产而备受重视。半导体应变片是利用半导体材料作为敏感栅而制成的，其灵敏度高 (一般比丝阻式，箔式高几十倍)，横向效应小。

(二) 工作原理

电阻应变片的工作原理基于金属的应变片效应。即导体或半导体材料在外力作用下产生机械变形 (拉伸或压缩) 时，其电阻值也要随之发生变化。金属丝的电阻 (R) 与材料的电阻率 (ρ) 及其几何尺寸 (长度L截面积A) 有关，即R=p L/A。

金属丝在承受机械变形的过程中，L，A都要发生相应的变化。因而就必然要引起金属丝的电阻只发生变化。工程上正是利用了这一原理设计制造了一系列应变片，满足信号检测的需要。

(三) 应变参数

为了正确使用应变片，必须对影响其工作特性的主要参数有所了解，主要有以下几项。

1. 标准电阻值(Ro)

指的是应变片的原始阻值，单位为 (Ro)，主要规格有61，(90)，120，(150)， 200，(250)，500，(650)，1000等。

2. 绝缘电阻(RG)

指的是敏感栅与基片之间的电阻值，一般大于10MΩ。

3. 灵敏系数 (K)

指的是应变片安装到被测物体表面后，在其轴线方向上的单向应力作用下，应变片组织的相对变化与被测物表面上安装应变片区域的轴向应变之比。

4. 应变极限(εMAX)

指的是恒温时的指示应变值和真实应变值不超过一定数值的最大真实应变值。这种差值一般规定为10%时，当示值大于真是应变10%时，真实应变值就称为应变片的应变极限。

5. 允许电流(Ie)

指应变片允许通过的最大电流。

6. 机械滞后，蠕变及零漂

机械滞后是指所粘贴的应变片在温度一定时，在增加或减少机械应变片过程中与约定应变 (即同一机械应变量下所指示的应变) 之间的最大差值。

蠕变是指已粘贴好的应变片，在温度一定并承受一定机械应变片时，指示应变值随时间而产生的变化量。

零漂是指已粘贴好的应变片，在温度一定且无机械应变时，指示应变值随时间变化量。