称重传感器如何选用电阻应变片

称重传感器如何选用电阻应变片

一、前言

电阻应变片是一种电阻式的敏感元件，它一般由基底、敏感栅、覆盖层和引线四部分组成。现在使用的称重传感器、力传感器，绝大多数都是电阻应变式传感器，在此谈一些在传感器生产中选用电阻应变片应考虑的因素，供大家参考。

二、制作传感器的电阻应变片必须具有的基本要求：

（1）    具有适当的应变灵敏系数，并且稳定性较高；

（2）    具有蠕变自补偿功能；

（3）    具有弹性模量自补偿功能；

（4）    具有小的电阻温度系数，热输出小，零点漂移小；

（5）    横向效应系数小，机械滞后小，疲劳寿命高；

（6）    具有较好的稳定性、重复性，并且能够在较宽的温度范围内工作；

（7）    适用于动态和静态测量；

满足以上要求的电阻应变片的种类很多，具体选用时还要根据弹性体的结构、应力状态、材料、使用环境条件、以及电阻片的阻值、尺寸、蠕变匹配等因素，综合考虑选用合适的应变片。

三、应变片形式的选择：

根据应变测量的目的、被测试件的材料和其应力状态以及测量精度，选择应变片的形式，对于测试点应力状态是一维应力的结构，可以选用单轴应变片，已经知道主应力方向的二维应力结构，可以使用直角应变花，并使其中一条应变栅与主应力方向一致，如主应力方向未知就必须使用三栅或四栅的应变花。对于传感器设计来说，应变片的形式主要决定于弹性体的结构，如柱式、板环、双孔平行梁等弹性体，他们采样正应力或弯曲应力，所以应变片均采用单轴应变片,如金钟公司生产的BA350-2AA-11（D）。另外象剪切桥式、轮辐式、剪切悬臂式、三梁剪切式一般使用双轴45°应变片,如金钟公司生产的BA350-2HA-11（20）。

四、应变片尺寸的选择：

选择应变片尺寸时应考虑应力分布、动静态测量、弹性体尺寸大小等因素。若材质均匀、应力梯度大，应选用栅长小的应变片，若材质不均匀而强度不等的材料（如混凝土）或应力分布变化比较缓慢的构件，应选用栅长大的应变片。对于冲击载荷或高频动荷作用下的应变测量，还要考虑应变片的响应频率，如表1所示。可见，在加工精度可以保证的情况下，综合考虑各种因素影响，应变片的栅长小一些比大一些好。

表1             各种栅长应变片的zui高工作频率

注：表中是在钢材上正弦应变信号测得的数据，其

L = λ/20　,　λ= C /f

式中 C — 应变波传播速度，对于钢和铝C =5000米/秒，f — 正弦应变频率

五、电阻值的选择：

国家标准中电阻应变片的阻值规定为60、120、200、350、500、1000Ω，目前传感器生产中大多选用350Ω的应变片，但是由于大阻值应变片具有通过电流小、自热引起的温升低、持续工作时间长、动态测量信噪比高等优点，大阻值应变片应用越来越广。目前金钟公司已经掌握了制作2500Ω大阻值应变片的技术，该BA2500-4AA-23（D）应变片已经应用在超市购物车传感器上，取得很好的效果。并且大阻值应变片在测力应用范围，特别是材料试验机用的负荷传感器，由于传感器的零漂特性，对测量精度影响极大，而高阻值（1000Ω）应变片的应用，不仅可以减小应变焦耳热引起的零漂，提高传感器的长期稳定性，另外在要求高分辨率的电子天平中应用高祖应变片也是非常有利的。因此，在不考虑价格因素的前提下，使用大阻值应变片，对提高传感器精度是有益的。

六、使用温度的选择

环境温度对应变片的影响很大，应根据使用温度选用不同的应变片，国家标准中规定的常温应变片使用温度为-30~60℃。一般康铜合金的zui高温度为300℃，卡玛合金为450℃，铁镍铝合金可以达到700~1000℃，常温应变片一般由康铜制造在应变片型号中省略使用温度。如果需要高温应变片应在订货是说明，由于基底材料和粘接胶的限制，目前箔式电阻应变片一般都使用卡玛合金制作200~250℃左右的中温应变片，金钟公司生产的BA350-2HA（250）-11（20）中温应变片，基本上可以满足钢铁行业的高温测量要求，并且质量稳定精度较高。

七、蠕变的选择

传感器一般由弹性体、应变片、粘接剂、保护层等部分组成，弹性体金属材料本身存在的弹性后效、以及热处理工艺等原因可以造成传感器的正蠕变现象，而粘接剂、基底材质可以造成负蠕变影响，因此传感器的蠕变指标是由各种因素综合作用zui终形成的。在上述因素中，相对于某一传感器生产厂家，许多的因素都是相对固定的，一般不会有很大改变，因此应变片生产厂家都通过应变片的图形设计、工艺控制来制造出蠕变不同的系列应变片供用户选用。每一个传感器生产厂由于原材料、粘接剂、贴片、固化工艺的不同，在确定应变片时，必须进行蠕变匹配试验。一般规律是同一种结构形式的传感器量程越小，传感器的蠕变越正，应该选用蠕变补偿更负的应变片来与之匹配。

八、结束语

以上因素仅是选用应变片时应考虑的诸多因素中的一部分，还有许多因素需要结合传感器的具体情况加以考虑。文中关于选用应变片规律性的原则，为作者在工作中的个人积累，仅供参考，不当指出欢迎指正。

参考文献：

郑秀瑗、谢大吉 《应力应变电测技术》 国防工业出版社，1985

马良王呈 《应变电测与传感技术》   中国计量出版社，1993

尹福炎 《高阻值应变片与测力称重传感器》  《衡器》 2002.4