圆筒型力传感器应变片贴法
传感器原理其在力学中的应用
传感器原理与其在力学中的应用传感器（transducer/sensor）是能感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号（一般为电信号）的器件或装置。
传感器按输入信号分类可分为位移传感器、速度传感器、加速度传感受器、力/压力传感器等。
一、静力学传感器1．测力传感器——柱（筒）式力传感器图（一）为柱式力传感器，弹药性敏感元件为实心或空心的柱体（截面积为S，材料弹性模量为E），当柱体向受拉（压）力F作用时，在弹性范围内，应力σ与应变ε成正比关系。
图（一）轴向应变：横（周）向应变：应变片粘贴在弹性柱体外壁应力分布均匀的中间部分，沿轴向和周向对称地粘贴多片应变片。
贴片在柱面的展开位置及其在桥路中的连接如图所示（d）和(e)所示。
图（一）中作用力F在各应变片上产生的应变分别为全桥接法的总应变ε0为电桥输出电压为从而得到被测力F为2、应变片压力传感器原理与应用力学传感器的种类繁多，如电阻应变片压力传感器、半导体应变片压力传感器、压阻式压力传感器、电感式压力传感器、电容式压力传感器、谐振式压力传感器及电容式加速度传感器等。
但应用最为广泛的是压阻式压力传感器，它具有极低的价格和较高的精度以及较好的线性特性。
下面我们主要介绍这类传感器。
在了解压阻式力传感器时，我们首先认识一下电阻应变片这种元件。
电阻应变片是一种将被测件上的应变变化转换成为一种电信号的敏感器件。
它是压阻式应变传感器的主要组成部分之一。
电阻应变片应用最多的是金属电阻应变片和半导体应变片两种。
金属电阻应变片又有丝状应变片和金属箔状应变片两种。
通常是将应变片通过特殊的粘和剂紧密的粘合在产生力学应变基体上，当基体受力发生应力变化时，电阻应变片也一起产生形变，使应变片的阻值发生改变，从而使加在电阻上的电压发生变化。
这种应变片在受力时产生的阻值变化通常较小，一般这种应变片都组成应变电桥，并通过后续的仪表放大器进行放大，再传输给处理电路（通常是 A/D转换和CPU）显示或执行机构。
传感器与检测技术 (胡向东 刘京诚_著)_机械工业出版社 课后答案
解：（2） A = π ( R 2 − r 2 ) = 59.7 ×10−6 m 2
F ∆R1 = ∆R2 = ∆R3 = ∆R4 = k AE R = 0.191Ω
∆R5 = ∆R6 = ∆R7 = ∆R8 = −µ∆R1 = −0.0573Ω
（3）U0 = 1mV
3.7 图 3.5 中，设负载电阻为无穷大（开路），图中，E=4V,
第三章 思考题和习题 3.1 应变电阻式传感器的工作原理是什么？
电阻应变式传感器的工作原理是基于应变效应的。 当被测物理量作用在弹性元件上，弹性元件在力、力矩或压力等作用下发生形变，变换 成相应的应变或位移，然后传递给与之相连的应变片，将引起应变敏感元件的电阻值发生变 化，通过转换电路变成电量输出。输出的电量大小反映了被测物理量的大小。 3.2 电阻应变片的种类有哪些？各有何特点？ 按组成材料有金属和半导体之分，金属应变片受力时，主要是基于应变效应，是引起 应变片的外形变化进而引起电阻值变化，而半导体应变片时基于压阻效应工作的，当受力时， 引起应变片的电阻率变化进而引起电阻值变化。 按结构形式有丝式和箔式之分。丝式是应变金属丝弯曲成栅式结构，工艺简单，价钱便 宜。箔式是采用光刻和腐蚀等工艺制成的，工艺复杂，精度高，价钱较贵。 3.3 引起电阻应变片温度误差的原因是什么？电阻应变片的温度补偿方法是什么？ 一是电阻温度系数，二是线膨胀系数不同。 单丝自补偿应变片，双丝组合式自补偿应变片，补偿电路 3.4 试分析差动测量电路在应变式传感器中的好处。 灵敏度提高一倍，非线性得到改善。
2.8 某温度传感器为时间常数τ = 3s 的一阶系统，当传感器受突变温度作用后，试求传感器
温差的三分之一和二分之一所需的时间。 温差为二分之一时，t=2.08s 温差为三分之一时，t=1.22s 2.9 玻璃水银温度计通过玻璃温包将热量传给水银，可用一阶微分方程来表示。现已知某玻
2-1 力传感器_应变式-2013
平均应变εm与中点应变εt相对误差δ为：
t
m
1 m
s 1
t
t
in l
l
可见，δ只取决于 l。
误差δ的计算结果
l
δ（%）
1/10
1.62
1/20
0.52
由表可知，应变片栅长与正弦应变波波长之比愈小，δ愈小。
当应变片栅长为应变波长的1/10~1/20时，δ小于2%。
取l/=1/10，则由=v/f 得：f=0.1v/l。
x 0 sin
2
x
应变片中点的应变为
t
0 sin
2
xt
xt为t时刻应变片的中点坐标。 测试得到的应变片在栅长范围内的平均应变为εm，则
其数值等于l范围内应变波曲线下的面积除以 l，即
l
m
1 l
2 xt
l 2
sin xt
l 2
0
xdx
0
sin
2
sin
xt
l
2.1 电阻应变式传感器
缺点：有非线性，输出信号微弱，抗干扰能力较差，只能测量一点 或应变栅范围内的平均应变。
2.1 电阻应变式传感器
2.1.1 应变效应和工作原理
应变效应：导体或半导体材料受外力(拉或压力)作用时， 会产生机械变形，机械变形导致其电阻值变化。
设一长l、截面积为S、电阻率为ρ的园柱体，其电阻为
R l
S
设外力F作用下圆导体被拉伸(或压 缩)，则：
件材料必须一样，两者线膨胀系数相同。 ③ 两应变片应处于同一温度场。
2.1 电阻应变式传感器
在某些测试条件下，可通过改变应变片的粘贴位置， 实现温度补偿，并可提高应变片的灵敏系数。
力传感器
2020/3/1
1．应变式称重传感器的工作原理
电阻应变式称重传感器由弹性元件、应 变片和外壳组成。
弹性元件是称重传感器的基础，被测物 的重量作用在弹性元件上，使其在某一部位产 生较大的应变或位移；弹性元件上的应变片作 为传感元件，将弹性元件敏感的应变量或位移 完全地同步地转换为电阻值的变化量，转换成 电信号，完成了重力的测量。
这种测量方法简单、方便，成本低。 但容易损坏，受环境影响大，使用寿命短 。长期使用时，零点漂移大，需要在使用 前调节零点。
2020/3/1
方案二：在本课题中也
可以直接采用电子吊秤的方 法（课题二介绍）。购买电 子吊秤接在起重设备下，可 实现货物在线装卸测量、在 线称重，随时改变称量地点 ，可实现分次分批称重，提 高效率，但成本较高。
2020/3/1
[任务实施]
方案一：测量、控制起重设备吊运货物 的重量，可以采用在吊钩的圆柱壁上粘贴应 变片的方法，检测起吊重量。
测量吊运货物的重量， 量程较大，一般在吊钩的圆 柱壁上横竖各粘贴一片应变
片，组成双臂半桥电路。
2020/3/1
为应变电桥提供±2V稳压电源，电桥 输出信号接入差动直流放大电路，测量输 出电压。根据输出电压值可以推算出应力 的大小，即重力。也可以使用应变片专用 测量仪—电阻应变仪进行检测。
❖ 半导体应变计应用较普遍的有体型、薄膜型、 扩散型、外延型等。体型半导体应变计是将 晶片按一基片 定取向切片、研带磨状引、线 再切割P-Si 成细条, 粘贴于基片上制作而成。几种体型半导体应 变计示意图如图所示。
晶片
N-Si
电阻应变式传感器的测量电路
应变电阻变化是极其微弱的，电阻 相对变化率仅为0.2%左右。例如：应变 电阻为300Ω，电阻变化量为0.6Ω，要 精确地测量这么微小的电阻变化是非常 困难的。通常采用惠斯登电桥电路进行 测量，将电阻相对变化△R/R，转换为 电压的变化，再用测量仪表应变式传感 器测量电路便可以简单方便地进行测量。
力、压力传感器 电阻应变式传感器 电阻应变片的工作原理
2
k0
dR (1 2 )
R
几何尺寸
0
不变
dR dl 2dr d
R l r 弹
性
所以 dR d = E
模 量
R
压阻效应 系数
3.2.2 电阻应变片的工作原理
电阻应变片式传感器是利用了金属和半导体材料的“应变效应”的原理。
如图所示，当电阻丝受到拉力F时，其阻值发生变化。 材料电阻值的变化，一是受力后材料的几何尺寸变化；二是受力后材
料的电阻率也发生了变化。
以圆柱形导体为例，根据电阻的定义
电阻丝 截面积
电阻丝 电阻率
d
dR R
1
2
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
k0
金属材料的灵敏度系 数，表示单位应变所 引起的电阻相对变化， 主要取决于其几何效 应，一般取1.73.6
电阻丝几何尺寸 形变所引起的变 化——几何效应
材料的 轴向应变
对于金属导体， 当材料受力变 形时其导电率 不变，起主要 作用的是几何 效应。 所以：
0
d
dR R
1
R l l A r2
电阻丝 长度
电阻丝半径
当导体因某种原因产生应变时，其长度 l、截面积A和电阻率 的变化为 dl、dA、d ， ,相应的电阻变化为 dR 。
对式
R
l A
l
r2
全微分得
对于金属丝而言， 变形前后的体积
dR R
dl l
2dr r
d
是不变的，即径
向收缩与轴向伸 长成一定的比例 关系：
dr dl
r
l
泊松比--即横向收 缩与纵向伸长之比
轴向 应变
材料的电阻率ρ 随应变所引 起的变化——“压阻效应”。 这是由于材料发生变形时， 其自由电子的活动能力和数 量均发生了变化的缘故。
电阻应变片粘贴方法与引线连接技术
电阻应变片粘贴方法与引线连接技术电阻应变片是一种常见的测量应变的传感器元件，通过测量电阻应变片的电阻值变化来获得受力物体的应变情况。
在使用电阻应变片时，常常需要将其粘贴在被测物体上，并通过引线连接到测量电路中。
以下将详细介绍电阻应变片的粘贴方法和引线连接技术。
1.电阻应变片的粘贴方法：(1)清洁被测物体表面：使用洁净无纤维布擦拭被测物体表面，确保其表面干净无污垢。
(2)选择适当的胶粘剂：通常使用导电胶粘剂，如导电胶或导电胶片。
确保胶粘剂与电阻应变片及被测物体具有良好的接触。
(3)涂抹胶粘剂：用胶刷或滴管将胶粘剂涂抹在电阻应变片的背面或被测物体表面，形成一个薄而均匀的胶层。
(4)粘贴电阻应变片：将涂抹了胶粘剂的电阻应变片贴在被测物体上，并用适当的压力使其与被测物体紧密结合。
确保电阻应变片与被测物体之间无气泡存在。
(5)等待固化：根据胶粘剂的要求，等待一段时间使其固化，以确保电阻应变片与被测物体之间的粘结牢固。
2.电阻应变片的引线连接技术：(1)引线选择：首先选择合适的引线，一般使用导线或插头连接电阻应变片与测量电路。
引线应具有良好的导电性和机械性能，以确保准确传递电阻应变片的信号。
(2)引线焊接：使用电阻焊接技术将引线与电阻应变片连接。
首先，在电阻应变片的电极上涂敷焊剂，然后将引线的导线端与电极进行对接，在适当的温度下进行焊接，直至焊点牢固。
焊接完成后，使用绝缘胶带或热缩管将焊点进行绝缘保护。
(3)引线固定：为了避免外力对引线和焊点的影响，需要对引线进行固定。
可以使用胶粘剂或绝缘胶带将引线固定在被测物体上，并避免引线在使用过程中产生应力和应变。
(4)引线保护：引线连接完成后，还需进行引线的保护工作。
使用绝缘套管或绝缘胶带对引线进行绝缘，以避免外部环境的湿度、腐蚀等因素对引线的影响。
总结：通过上述的粘贴方法和引线连接技术，可以将电阻应变片粘贴在被测物体上，并与测量电路连接。
粘贴过程中要确保胶粘剂的均匀涂抹和牢固粘结，引线连接过程中要确保焊点牢固可靠，并对引线进行固定和保护。
应变片贴法注意事项
应变片贴法注意事项 IMB standardization office【IMB 5AB- IMBK 08- IMB 2C】应变计粘贴、连接、防护方法简述在电阻的各种安装方法中，粘贴法应用最多。
应变计粘贴质量的好坏，是决定应变测试成功与否的关键因素之一，因此，粘贴时必须严格按照粘贴的工艺流程进行操作。
一、应变计粘贴和防护的工艺流程：（1）应变计选择→（2）胶粘剂选择→（3）构件打磨→（4）表面清洗→（5）画线定位→（6）应变计清洗→（7）涂敷底胶→（8）应变计粘贴→（9）加热固化→（10）贴片质量检查→（11）引线连接→（12）质量检查→（13）常温及温度性能补偿→（14）质量检查→（15）性能测试→（16）防护处理。
二、应变计粘贴工艺方法使用不同粘结剂粘贴应变计的工艺是有差异的，这里我们只对其中的一些共同性的内容加以介绍。
（1）应变计的准备应变计的准备是指应变计的选择、应变计检查和应变计表面处理。
应变计的选择我们在前面已经做了专门介绍，这里仅介绍其它两方面的内容。
a.应变计检查：包括外观检查和阻值检查外观检查主要看基底和盖层有否破损，敏感栅有否锈斑，引线有无折断的危险，敏感栅排列是否整齐，有无短路、缺口、断栅、划伤和变形，基底是否有气泡、皱折、坑点存在。
测量电阻应该精确到Ω。
b.应变计表面处理应变计在使用前，要用脱脂棉浸无水乙醇擦洗，注意两面都要清洗，对没有盖层的应变计，要顺着敏感栅的方向轻轻擦洗，洗净后用红外线灯或其它烘干装置烘干备用。
（2）粘贴表面的处理为了使应变计粘贴牢固，需要对粘贴表面进行机械、化学处理、处理范围约为应变计面积的3-5倍。
首先除去油污、锈斑、氧化膜、镀层、涂料等，根据试件材料选用粒度为220-400#的砂纸进行打磨，并打出与贴片方向呈45°角的交叉条纹，然后用浸有丁酮或丙酮的脱脂棉球清洗打磨部位，并用无水乙醇清洗至棉球上不见任何污渍为止。
注意，擦洗时要沿单一方向进行，不要来回交替擦拭。
简述应变片的粘贴方法
简述应变片的粘贴方法
应变片是一种用于测量机械应力的传感器,通常由应变杆和应变片组成。
应变片粘贴在机械部件上,通过测量机械应力的变化来测量部件的变形。
下面是简述应变片的粘贴方法:
1. 选择合适的应变片:应变片有多种类型,如金属应变片、陶瓷应变片等。
选择应变片时需要考虑其材质、弹性模量、尺寸等因素。
2. 准备测量工具:需要准备测量工具,如夹子、扳手等。
这些工具用于固定应变片,避免应变片在测量过程中移动。
3. 清洁应变片:在粘贴前,需要将应变片清洁干净。
应变片表面可能存在灰尘、污垢等杂物,这些杂物会影响应变片的性能。
4. 选择合适的粘贴材料:应变片粘贴时需要选择合适的粘贴材料。
常用的粘贴材料包括胶黏剂、双面胶等。
选择粘贴材料时需要考虑应变片和测量工具的摩擦力、粘贴的牢固性等因素。
5. 测量应变片位置:将应变片放置在需要测量的位置,并固定好测量工具。
确保应变片粘贴牢固,避免在测量过程中移动。
6. 等待粘贴牢固:在粘贴完成后,需要等待粘贴材料干燥。
通常情况下,等待时间取决于粘贴材料的干燥速度。
7. 检查测量结果:在测量完成后,需要检查测量结果的准确性。
可以使用检查工具对应变片进行检查,确保其粘贴牢固,没有松动或脱落的情况。
应变片的粘贴方法对应变片的性能有很大的影响。
选择合适的粘贴材料、保持粘贴位置稳定、等待粘贴材料干燥等步骤都需要注意,以确保测量结果的准确性和可靠性。
传感课后习题
1、比较结构型传感器和物性型传感器。
2、举例说明传感器在家用电器中的应用。
3-1.电阻应变片的直接测量（敏感）量是什么？如何利用电阻应变片构成测力传感器的加速度传感器？3-2.金属丝型电阻应变片与半导体电阻应变片的异同点。
3-3.什么是金属的电阻应变效应？利用应变效应解释金属电阻应变片的工作原理。
金属应变片灵敏系数的物理意义是什么？3-4举例说明用应变片进行测量时为什么要温度补偿？常采用的温度补偿方法有哪几种？ 3-5.应变片传感器的测量电桥（直流）按应变片的工作方式和数量的不同，一般有哪几种类型？各有何特点？3-6.交、直流电桥的平衡条件是什么？简述直流电桥和交流电桥的异同点。
3-7.应变效应和压阻效应二者有何不同？电阻丝应变片与半导体应变片在工作原理上有何区别？各有何优缺点？3-8.什么是半导体的压阻效应？半导体应变片灵敏系数有何特点？3-9.简要说明应变测量中信号转变的历程。
3-10.用图表示一由等强度梁来做一荷重（测力）传感器，以四片应变片R 1=R 2=R 3=R 4作变换元件组成全桥形式，其供桥电压为6V ，问：a)其应变片如何粘贴组成全桥比较合理？画出应变片布置图及桥路连接图b)求其电压输出值（K 1=K 2=K 3=K 4=2.0）。
3-11.R 1、R 2是性能完全相同的两个应变片，R 为R 1、R 2同阻值的无感电阻，若按题11图方式布片，试问：（1）测拉力但不受弯矩影响应如何构成测量桥路。
（2）欲测其弯矩而不受拉力的影响，应如何接桥。
（3）上述两种接桥方式中，是否有温度补偿作用。
3-12.两金属片和阻值均为120，灵敏系数K =2，两应变片一个受拉、另一个受压，应变均为800×10-6ε。
两者接入差动直流电桥，电源电压u =6V 。
求：（1） 和 ；（2）电桥输出电压。
3-13.一个电阻值为250Ω的电阻应变片，当感受到应变为 时，其阻值变化为0.15Ω，问这个电阻应变片的灵敏度系数是多少？3-14.将100Ω的一个应变计粘贴在低碳钢制的拉伸试件上，若试件的等截面积为0.5×10- 4m2，低碳钢的弹性模量E =200×109N/m2，由50kN 的拉力所引起的应变计电阻变化为1Ω，试求该应变计的灵敏系数。
应变片的粘贴技术及应用
应变片的粘贴技术及应用应变片是一种用于测量物体表面变形和应力分布的传感器。
它由弹性材料制成，通常是金属或塑料。
应变片广泛应用于工程和科学领域，如结构工程、航空航天、汽车制造、电子设备等，用于测量力的大小和方向、材料的刚度和强度等。
应变片粘贴技术是将应变片粘贴在被测物体表面以进行应力和变形测量的一种技术。
其粘贴方法有两种主要类型：有粘剂和无粘剂。
有粘剂应变片通常使用双面胶带或粘合剂与被测物体表面连接。
这种粘贴方法简单而常用，适用于大部分应变片的应用。
首先，清洁被测物体表面以确保良好的粘附。
然后，将双面胶带或粘合剂涂抹在应变片背面，然后将应变片粘贴在被测物体表面上，并施加适当的压力使其黏附牢固。
最后，允许粘合剂干燥或固化，以确保应变片稳固地粘在被测物体表面上。
无粘剂应变片采用机械固定或磁性固定的方法，无需粘合剂进行粘贴。
这种粘贴方法适用于在高温、高压或特殊环境下的应变片应用。
常见的机械固定方法包括螺栓固定、夹持装置、卡扣等，能够提供足够的固定力使应变片保持在被测物体表面上。
磁性固定方法则利用磁力使应变片牢固地固定在被测物体表面上，可以方便地进行安装和拆卸。
应变片的应用非常广泛。
在工程领域，应变片被广泛用于结构应力和变形的测量，例如桥梁、飞机机翼、汽车车身等的应力分布和变形情况。
它们还可以用于材料力学性能的测试，例如材料的刚度、强度和疲劳特性等。
在航空航天领域，应变片被用于飞机和火箭的结构健康监测。
它们可以帮助检测结构中的裂纹和疲劳损伤，以确保飞行安全。
在汽车制造业中，应变片可以用于汽车部件的应力测试和健康监测，以提高汽车的安全性和可靠性。
在电子设备领域，应变片可以用于电子元件和电路板的应力分析，以优化电子产品的设计和可靠性。
此外，应变片还可以应用于医学研究、生物力学等领域，用于测量生物体的应力和变形，以研究身体肌肉和骨骼系统的力学特性。
总之，应变片粘贴技术和应用十分广泛，可以帮助工程师和科学家测量物体表面的应力分布和变形情况，从而优化设计、提高安全性和可靠性。
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圆筒型力传感器应变片贴法
应变片的粘贴是传感器制作的重要环节，应变片的粘贴质量直接影响数据测量的准确性。
为制作符合产品质量要求的传感器，规定应变片粘贴的方法和步骤如下：
应变片粘贴的工序主要包括：试件的表面处理，应变片的粘贴、干燥，导线的焊接和固定，应变片的防潮处理和质量检验。
1.应变片粘贴前的准备工作。
2.应保证所粘贴的平面光滑、无划伤，面积应大于应变片的面积。
3.应变片应平整、无折痕，不能用手和不干净的物体接触应变片的底面。
4.粘贴所使用物品有：试件、电阻应变片、数字万用表、台钳、镊子、专用夹具、热风机、烙铁、焊锡丝、棉签、应变计粘贴剂、丙酮、无水酒精、704硅胶。
5.将台钳固定到桌子上，把试件用台钳加紧。
6.粘贴步骤试件的表面处理用沾有无水酒精和丙酮的棉签反复
擦拭贴片部位，直至棉签不再变黑为止，确保贴片部位清洁。
7.应变片的粘贴在贴片部位和应变片的底面上均匀的涂上薄薄
一层应变计粘贴剂。
待粘贴剂变稠后，用镊子轻轻夹住应变片的两边，贴在在试件的贴片部位。
在应变片上覆盖一层聚氯乙烯薄膜，用手指顺着应变片的长度方向用力挤压，挤出应变片下面的气泡和多余的胶水。
用手指压紧，直到应变片与试件紧密粘合为止。
松开手指，使用专用夹具将应变片和试件夹紧。
注意按住时不要使应变片移动，轻轻
掀开薄膜检查有无气泡、翘曲、脱胶等现象，否则需重贴。
注意粘贴剂不要用得过多或过少，过多则胶层太厚影响应变片性能，过少则粘结不牢不能准确传递应变。