? ? 本文首先介紹了應(yīng)變傳感器工作原理、組成及優(yōu)點(diǎn)，其次介紹了采用應(yīng)變傳感器進(jìn)行力測量的優(yōu)勢和劣勢，最后介紹了四種常用的應(yīng)變傳感器。

應(yīng)變傳感器工作原理

? ??應(yīng)變式傳感器是利用電阻應(yīng)變片將應(yīng)變轉(zhuǎn)換為電阻變化的傳感器，傳感器由在彈性元件（感知應(yīng)變）上粘貼電阻應(yīng)變敏感元件（將應(yīng)變轉(zhuǎn)換為電阻變化）構(gòu)成。當(dāng)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(zhuǎn)換電路將其轉(zhuǎn)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(yīng)變式傳感器可以測量應(yīng)變應(yīng)力、彎矩、扭矩、加速度、位移等物理量。

? ??應(yīng)變是物體在外部壓力或拉力作用下發(fā)生變形的現(xiàn)象，當(dāng)外力去除后物體又能完全恢復(fù)其原來的尺寸和形狀的應(yīng)變稱為彈性應(yīng)變，具有彈性應(yīng)變特性的物體稱為彈性元件。電阻應(yīng)變片的工作原理是基于應(yīng)變效應(yīng)，即在導(dǎo)體產(chǎn)生機(jī)械變形時，它的電阻值相應(yīng)發(fā)生變化?！?/span>

應(yīng)變式傳感器組成

（1）敏感柵敏感柵是應(yīng)變片的核心部分，感受應(yīng)變，并將應(yīng)變轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮璧淖兓?。敏感柵有絲式、箔式和薄膜式3種。

（2）基底基底是將傳感器彈性體表面的應(yīng)變傳遞到電阻絲柵上的中間介質(zhì)，并起到電阻絲與彈性體之間絕緣和保護(hù)的作用?；慕^緣性要好，否則，應(yīng)變片的微小變化就要漏掉。基底一般由薄紙、膠質(zhì)膜等組成。

（3）粘結(jié)劑粘結(jié)劑用于敏感柵與基底、基底與試件、基底與覆蓋層之間的粘結(jié)。

（4）覆蓋層覆蓋層具有保護(hù)應(yīng)變片的作用，同時防濕、防腐蝕和除塵。

（5）引線引線用于連接電阻絲與測量電路，輸出電參量。

應(yīng)變式傳感器優(yōu)點(diǎn)

1、分辨力高，能測出極微小的應(yīng)變，如1-2微應(yīng)變；

2、誤差較小，一般小于1%；

3、尺寸小、重量輕。

4、測量范圍大，從彈性變形一直可測至塑性變形（1-2%），最大可達(dá)20%；

5、既可測靜態(tài)，也可測快速交變應(yīng)力；

6、具有電氣測量的一切優(yōu)點(diǎn)，如測量結(jié)果便于傳送、記錄和處理；

7、能在各種嚴(yán)酷環(huán)境中工作。如從宇宙真空至數(shù)千個大氣壓；從接近絕對零度低溫至近1000℃高溫；離心加速度可達(dá)數(shù)十萬個“g”；在振動、磁場、放射性、化學(xué)腐蝕等條件下，只要采取適當(dāng)措施，亦能可靠地工作；

8、價格低廉、品種多樣，便于選擇和大量使用。

采用應(yīng)變傳感器進(jìn)行力測量的優(yōu)勢和劣勢

優(yōu)勢

1、與力傳感器相比，應(yīng)變傳感器的價格要低得多，尤其與大力值傳感器相比。

2、應(yīng)變傳感器不會影響系統(tǒng)的剛度。因此，機(jī)器的動態(tài)特性不會受到影響。

3、大力值傳感器需要一定的空間來進(jìn)行安裝。這意味著，測量系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)將會產(chǎn)生改變。

劣勢

1、與力傳感器相比，應(yīng)變傳感器的精度要低得多。

2、應(yīng)變傳感器在安裝后需要進(jìn)行校準(zhǔn)，校準(zhǔn)過程中需要一個力傳感器，例如?C6A等。然后進(jìn)行信號比對，來將應(yīng)變轉(zhuǎn)化為力值。當(dāng)然也可采用一個已知重量的物體進(jìn)行校準(zhǔn)。顯然，應(yīng)變傳感器的精度不可能超過校準(zhǔn)過程的精度。

常用的應(yīng)變傳感器

1、膜片式

它的彈性敏感元件為周邊固定圓形金屬平膜片。膜片受壓力變形時，中心處徑向應(yīng)變和切向應(yīng)變均達(dá)到正的最大值，而邊緣處徑向應(yīng)變達(dá)到負(fù)的最大值，切向應(yīng)變?yōu)榱?。因此常把兩個應(yīng)變片分別貼在正負(fù)最大應(yīng)變處，并接成相鄰橋臂的半橋電路以獲得較大靈敏度和溫度補(bǔ)償作用。采用圓形箔式應(yīng)變計（見電阻應(yīng)變計）則能最大限度地利用膜片的應(yīng)變效果。這種傳感器的非線性較顯著。膜片式壓力傳感器的最新產(chǎn)品是將彈性敏感元件和應(yīng)變片的作用集于單晶硅膜片一身，即采用集成電路工藝在單晶硅膜片上擴(kuò)散制作電阻條，并采用周邊固定結(jié)構(gòu)制成的固態(tài)壓力傳感器（見壓阻式傳感器）。

2、應(yīng)變管式

又稱應(yīng)變筒式。它的彈性敏感元件為一端封閉的薄壁圓筒，其另一端帶有法蘭與被測系統(tǒng)連接。在筒壁上貼有2片或4片應(yīng)變片，其中一半貼在實(shí)心部分作為溫度補(bǔ)償片，另一半作為測量應(yīng)變片。當(dāng)沒有壓力時4片應(yīng)變片組成平衡的全橋式電路;當(dāng)壓力作用于內(nèi)腔時，圓筒變形成“腰鼓形”，使電橋失去平衡，輸出與壓力成一定關(guān)系的電壓。這種傳感器還可以利用活塞將被測壓力轉(zhuǎn)換為力傳遞到應(yīng)變筒上或通過垂鏈形狀的膜片傳遞被測壓力。應(yīng)變管式壓力傳感器的結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、適用性強(qiáng)，在火箭彈、炮彈和火炮的動態(tài)壓力測量方面有廣泛應(yīng)用。

3、應(yīng)變梁式

測量較小壓力時，可采用固定梁或等強(qiáng)度梁的結(jié)構(gòu)。一種方法是用膜片把壓力轉(zhuǎn)換為力再通過傳力桿傳遞給應(yīng)變梁。兩端固定梁的最大應(yīng)變處在梁的兩端和中點(diǎn)，應(yīng)變片就貼在這些地方。這種結(jié)構(gòu)還有其他形式，例如可采用懸梁與膜片或波紋管構(gòu)成。

4、組合式

在組合式應(yīng)變壓力傳感器中，彈性敏感元件可分為感受元件和彈性應(yīng)變元件。感受元件把壓力轉(zhuǎn)換為力傳遞到彈性應(yīng)變元件應(yīng)變最敏感的部位，而應(yīng)變片則貼在彈性應(yīng)變元件的最大應(yīng)變處。實(shí)際上較復(fù)雜的應(yīng)變管式和應(yīng)變梁式都屬于這種型式。感受元件有膜片、膜盒、波紋管、波登管等，彈性應(yīng)變元件有懸臂梁、固定梁、Π形梁、環(huán)形梁、薄壁筒等。它們之間可根據(jù)不同需要組合成多種型式。應(yīng)變式壓力傳感器主要用來測量流動介質(zhì)動態(tài)或靜態(tài)壓力，例如動力管道設(shè)備的進(jìn)出口氣體或液體的壓力、內(nèi)燃機(jī)管道壓力等等。