应变计是一种传感器,用于测量张力和压缩力的变化。通常,惠斯通电桥配置中使用四个应变计组成称重传感器(又称力传感器)。应变计是一种电阻元件,其电阻的变化与其承受的应变量成比例,而应变则与施加在传感器基板材料(通常为钢或铝)上的力成比例。

有各种不同材料制成的应变计,用于不同的用途。下面是不同类型电影的简略介绍,以及它们应该用来做什么。

硅和箔应变计

关于硅与键合箔的争论已经存在了一段时间。许多人曾经认为,当一个硅选项被创建时,它将取代所有的金属箔压力计,但这并不是在这种情况下。

一方面,箔式压力计是伟大的,因为他们有一个相对较低的成本,并在高应变地区有一个很好的输出。然而,在应变较低的情况下,箔规信号可能变得太弱,不再是有效的测量方法。

这就是硅测量仪的用武之地。这些是更“坚固”的选择,能够产生强大的信号,允许宽带以及缩短响应时间。在许多应用中,这些优点是选择硅应变计而不是箔材的主要原因。

这些不同电影的背景也决定了它们为什么会比其他电影更受欢迎。对于箔式压力计,有一个有机背衬,上面涂有环氧树脂膜,因此可以将其安装到传感器上。这种背衬可能产生的问题是,它可能表现出蠕变和滞后。为了解决这个问题,硅表是安装在传感器与环氧树脂,使用环氧树脂或玻璃微涂层。这有助于减少滞后和重复性。

对于需要更精确的东西或高温和恶劣环境应用的应用,仍然需要不同类型的应变计。

薄膜应变计

对于需要更高精度的应用,薄膜应变计是一个解决方案。除了可靠性之外,它们还提供了所有应变计选项中最线性和最精确的。

薄膜应变计的主要优点之一是,在制造过程中,应变计通过分子键合到传感器基板材料(通常为钢或铝)上,而无需有机环氧树脂层,该环氧树脂层可随温度或湿度变化而膨胀和收缩。此外,振动或外部载荷会随着时间的推移使有机层分层。由于薄膜应变计中缺少有机层,因此与键合薄膜应变计或硅应变计相比,薄膜应变计具有一系列优点,例如温度系数低、蠕变小、迟滞小和整体精度高。它们也更坚固,更适合高温环境。

薄膜应变计的应变系数一般在2左右,这类似于粘结箔式应变计(应变系数2到5),远低于硅应变计(应变系数高达200)。这意味着薄膜应变计的输出量远低于硅应变计,然而,通过适当的信号处理电子设备,这种较低的输出量很少有问题。

另一方面,薄膜应变计的桥电阻通常在1000-10000欧姆之间,而硅或键合应变计称重传感器的绝缘电阻通常在350-1000欧姆之间。这意味着应变计将使用更少的功率,制作薄膜应变计非常适合电池供电的应用。

其他注意事项

薄膜应变计中使用的溅射沉积工艺通常更适合于微型称重传感器(沉积室中安装的零件数量越多,传感器的单位成本越低)。但是,更大的零件可以完成,它们在腔室中占据了更多的空间,降低了吞吐量并增加了成本。

用溅射薄膜称重传感器进行原型制作也会稍微困难一些。与其他类型的应变计不同,您不能简单地购买应变计并将其粘贴在您想要测量应变的位置;溅射过程需要更仔细的规划和设计工作才能正确。定制溅射薄膜称重传感器的典型周转时间可高达8-12周,但同时,现成的称重传感器可以作为合适的替代品。

薄膜应变计的最大缺点之一是,由于溅射是一种沉积过程,因此构成惠斯通电桥的所有应变计必须位于零件的同一平面上。然而,通过巧妙的工程和设计实践,与其他类型的应变计相比,通常可以克服这一问题,从而产生更好的结果。

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