应变式压力传感器的制作实验报告.docx

实验二 应变式压力传感器的制作
一、实验目的
掌握应变式压力传感器的工作原理和制作方法。
二、实验设备
数字万用表；试件；电阻应变片；KH—502；丙酮；乙醇；脱脂棉；镊子；砂布；放大镜；白布带；胶带；白胶布等。
三、实验原理
将应变片粘固在弹性元件或需要测量变形的物体表面上。在外力作用下，电阻丝即同弹性件一起变形，其电阻值发生相应的变化。由此，将被测量转换为电阻变化。由于电阻值R=ρLA,其中长度L，截面积A，电阻率ρ均将随电阻丝的变化而变化。而L，A，ρ的变化又将引起R的变化。当每一可变因素分别有一增量dL，dA，dρ时，所引起的电阻增量为：
dR=∂R∂LdL+∂R∂AdA+∂R∂ρdρ
式中A=πr2，则电阻的相对变化：
dRR=dLL-2drr+dρρ
式中dLL=ε—电阻丝轴向相对变形，或纵向应变。
drr—电阻丝径向相对变形，或称横向应变。
当电阻丝沿轴向伸长时，必沿径向缩小，两者之间的关系为：
drr=-vdLL
式中v—电阻丝材料的泊桑比：
dρ/ρ=λσ=λEε—电阻丝电阻率相对变化;
E—电阻丝材料的弹性模量;
λ—压阻系数。
则有：
dRR=ε+2νε+λEε=(1+2ν+λE)ε
由于λE很小，对同一材料，1+2ν是常数，则
dRR=(1+2ν)ε
由此表明了电阻相对变化率与应变成正比。
四、实验步骤
（一）传感器弹性元件的设计；
受力弹性元件设计为圆筒形，见图，基本参数为P=100KN，材料：40Cr。

技术要求：调质处理。
弹性元件的径向尺寸主要根据强度条件确定，假如最大载荷为P，材料的许用应力为[σ]，则弹性元件承载面积F应为： F=Pσ。
弹性元件为圆筒体，可根据结构需要先选定外径D或内径d，然后由下式确定d或D：
d=D2-4πF=D2-4Pπσ
D=4Fπ+d2=4Fπσ+d2
弹性元件高度H的确定，要考虑弹性元件的应力分布均匀，稳定性及动态特性。为了保证弹性元件中部贴片截面的应力分布均匀，根据圣维南原理，应使圆筒体高度H≥D-d+L。
（二）电阻应变片的粘贴、布片：
1、根据试件的大小、工作温度和受力情况，选出合适的应变片。
2、用放大镜和万用表选择没有短路、断路、气泡等缺陷，和丝栅排列均匀，表面光滑的应变片，测量出同一阻值的应变片，其阻值误差不超过±0.2Ω，准备若干片。
3、用细纱布将粘贴片的试件表面打成与应变片轴向成45°角的交叉纹路，以提高粘贴强度和测量精度。
4、用镊子将脱脂棉粘丙酮清洗表面，直至油和污物全部清除为止。
5、定位与布片。贴四片应变片，如图所示，为使应变片粘贴位置准确无误，需用纸划出与应变片大小相等的空穴，然后贴在元件表面。

6、粘贴。在无灰尘的条件下，用清洁的小螺丝刀取少量KH—502胶，均匀地涂于空穴上（单向涂布，以防止气泡进入）然后在应变片的反面也图一层均匀的胶，対正位置贴上；用手指单方向按压，以赶出气泡和余胶，直至粘牢为止。然后在室温下静放24小时后，自然干燥。
7、组桥与接线。将干燥后的电阻应变片用万用表检查有无短路、短路，并测出其绝缘电阻必须大于200ΜΩ（长期20ΜΩ以上，低于此值将会严重影响测量稳定性。达不到要求重新贴片。检查无误后测量）；对于静态短期测量，不低于100ΜΩ；对于动态测量允许适当降低，但应在20ΜΩ以上，按图焊接成全桥。用万用表检查绝缘及通路。检查两对角线阻值是否相等（最大误差不应超过1Ω），否则应变仪调不平。
8、根据不同的使用环境采用不同的保护及防潮方法，如环境较好并短期使用一般采用石蜡涂料（石蜡40~50%，松香35~30%，凡士林15%）或硅橡胶（701、702或703）涂于传感器的外表面。防水、防潮、防油。封好后待用。