稱重傳感器如何選用電阻應變片

一、前言

電阻應變片是一種電阻式的敏感元件，它一般由基底、敏感柵、覆蓋層和引線四部分組成。現在使用的稱重傳感器、力傳感器，絕大多數都是電阻應變式傳感器，在此談一些在傳感器生產中選用電阻應變片應考慮的因素，供大家參考。

二、制作傳感器的電阻應變片必須具有的基本要求：

（1）    具有適當的應變靈敏系數，并且穩定性較高；

（2）    具有蠕變自補償功能；

（3）    具有彈性模量自補償功能；

（4）    具有小的電阻溫度系數，熱輸出小，零點漂移小；

（5）    橫向效應系數小，機械滯后小，疲勞壽命高；

（6）    具有較好的穩定性、重復性，并且能夠在較寬的溫度范圍內工作；

（7）    適用于動態和靜態測量；

滿足以上要求的電阻應變片的種類很多，具體選用時還要根據彈性體的結構、應力狀態、材料、使用環境條件、以及電阻片的阻值、尺寸、蠕變匹配等因素，綜合考慮選用合適的應變片。

三、應變片形式的選擇：

根據應變測量的目的、被測試件的材料和其應力狀態以及測量精度，選擇應變片的形式，對于測試點應力狀態是一維應力的結構，可以選用單軸應變片，已經知道主應力方向的二維應力結構，可以使用直角應變花，并使其中一條應變柵與主應力方向一致，如主應力方向未知就必須使用三柵或四柵的應變花。對于傳感器設計來說，應變片的形式主要決定于彈性體的結構，如柱式、板環、雙孔平行梁等彈性體，他們采樣正應力或彎曲應力，所以應變片均采用單軸應變片,如金鐘公司生產的BA350-2AA-11（D）。另外象剪切橋式、輪輻式、剪切懸臂式、三梁剪切式一般使用雙軸45°應變片,如金鐘公司生產的BA350-2HA-11（20）。

四、應變片尺寸的選擇：

選擇應變片尺寸時應考慮應力分布、動靜態測量、彈性體尺寸大小等因素。若材質均勻、應力梯度大，應選用柵長小的應變片，若材質不均勻而強度不等的材料（如混凝土）或應力分布變化比較緩慢的構件，應選用柵長大的應變片。對于沖擊載荷或高頻動荷作用下的應變測量，還要考慮應變片的響應頻率，如表1所示。可見，在加工精度可以保證的情況下，綜合考慮各種因素影響，應變片的柵長小一些比大一些好。

表1             各種柵長應變片的zui高工作頻率

注：表中是在鋼材上正弦應變信號測得的數據，其

L = λ/20　,　λ= C /f

式中 C — 應變波傳播速度，對于鋼和鋁C =5000米/秒，f — 正弦應變頻率

五、電阻值的選擇：

國家標準中電阻應變片的阻值規定為60、120、200、350、500、1000Ω，目前傳感器生產中大多選用350Ω的應變片，但是由于大阻值應變片具有通過電流小、自熱引起的溫升低、持續工作時間長、動態測量信噪比高等優點，大阻值應變片應用越來越廣。目前金鐘公司已經掌握了制作2500Ω大阻值應變片的技術，該BA2500-4AA-23（D）應變片已經應用在超市購物車傳感器上，取得很好的效果。并且大阻值應變片在測力應用范圍，特別是材料試驗機用的負荷傳感器，由于傳感器的零漂特性，對測量精度影響極大，而高阻值（1000Ω）應變片的應用，不僅可以減小應變焦耳熱引起的零漂，提高傳感器的長期穩定性，另外在要求高分辨率的電子天平中應用高祖應變片也是非常有利的。因此，在不考慮價格因素的前提下，使用大阻值應變片，對提高傳感器精度是有益的。

六、使用溫度的選擇

環境溫度對應變片的影響很大，應根據使用溫度選用不同的應變片，國家標準中規定的常溫應變片使用溫度為-30~60℃。一般康銅合金的zui高溫度為300℃，卡瑪合金為450℃，鐵鎳鋁合金可以達到700~1000℃，常溫應變片一般由康銅制造在應變片型號中省略使用溫度。如果需要高溫應變片應在訂貨是說明，由于基底材料和粘接膠的限制，目前箔式電阻應變片一般都使用卡瑪合金制作200~250℃左右的中溫應變片，金鐘公司生產的BA350-2HA（250）-11（20）中溫應變片，基本上可以滿足鋼鐵行業的高溫測量要求，并且質量穩定精度較高。

七、蠕變的選擇

傳感器一般由彈性體、應變片、粘接劑、保護層等部分組成，彈性體金屬材料本身存在的彈性后效、以及熱處理工藝等原因可以造成傳感器的正蠕變現象，而粘接劑、基底材質可以造成負蠕變影響，因此傳感器的蠕變指標是由各種因素綜合作用zui終形成的。在上述因素中，相對于某一傳感器生產廠家，許多的因素都是相對固定的，一般不會有很大改變，因此應變片生產廠家都通過應變片的圖形設計、工藝控制來制造出蠕變不同的系列應變片供用戶選用。每一個傳感器生產廠由于原材料、粘接劑、貼片、固化工藝的不同，在確定應變片時，必須進行蠕變匹配試驗。一般規律是同一種結構形式的傳感器量程越小，傳感器的蠕變越正，應該選用蠕變補償更負的應變片來與之匹配。

八、結束語

以上因素僅是選用應變片時應考慮的諸多因素中的一部分，還有許多因素需要結合傳感器的具體情況加以考慮。文中關于選用應變片規律性的原則，為作者在工作中的個人積累，僅供參考，不當指出歡迎指正。

參考文獻：

鄭秀瑗、謝大吉 《應力應變電測技術》 國防工業出版社，1985

馬良王呈 《應變電測與傳感技術》   中國計量出版社，1993

尹福炎 《高阻值應變片與測力稱重傳感器》  《衡器》 2002.4