一种电阻式应变传感器制造技术

本发明专利技术提供了一种能够精确测量较大量程范围的电阻式应变传感器，包括：应变电阻和基底，所述应变电阻固定在所述基底上，所述基底由绝缘材料制成，为曲线形结构，所述应变电阻的中轴线位于所述基底的中轴线的一侧，实现所述电阻式应变传感器的量程的增大。相比常见的金属箔式电阻应变片，本方案所提供的应变传感器的量程设计范围可以从百分之几到百分之几千，可以有效解决金属箔线由于拉伸率的限制而可信量程较小的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种电阻式应变传感器
本专利技术属于应变传感器设计
，具体涉及一种能够精确测量较大量程范围的具有曲线形电阻结构的电阻式应变传感器。
技术介绍
物体的应变是一个非常重要的几何参数，其准确的测量具有十分重要的意义。应变传感器是用于测量物体受力变形所产生的应变的一种传感器。电阻应变片则是其最常采用的传感元件。它是一种能将机械构件上应变的变化转换为电阻变化的传感元件。应变传感器的种类较多，按原理分，有电阻式的、电容式的、压电式的、电感式的和光学式的等等。电阻式应变传感器，其电阻材料又可分为金属、半导体、溶液、导电聚合物、石墨等等。在测试时，将应变片用粘合剂牢固地粘贴在待测物的表面上，随着试件受力变形，应变片的敏感栅也获得同样的变形，从而使其电阻随之发生变化，而此电阻变化是与试件应变成比例的，因此如果通过一定测量线路将这种电阻变化转换为电压或电流变化，然后再用显示记录仪表将其显示记录下来，就能知道待测物应变量的大小。目前使用的电阻式应变传感器以金属电阻的应用最为广泛，然而由于金属拉伸率的限制，所测应变范围也比较小。例如康铜，一般只能保证测量2％以内的应变是可信的。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种能够精确测量较大量程范围的具有曲线形电阻结构的电阻式应变传感器。为了达到上述目的，本专利技术的具体技术方案如下：一种电阻式应变传感器，包括：应变电阻和基底，所述应变电阻固定在所述基底上，所述基底由绝缘材料制成，为曲线形结构，所述应变电阻的中轴线位于所述基底的中轴线的一侧，实现所述电阻式应变传感器的量程的增大。进一步地，所述基底的宽度为所述应变电阻宽度的2倍或2倍以上。所述曲线形结构为圆弧、椭圆弧、正弦曲线中的一种或几种的组合结构。进一步地，还包括连接段，所述曲线形结构包括一个或多个，多个所述曲线形结构通过所述连接段相互连接，相互连接的多个所述曲线形结构的首尾两端分别设有与待测物相连的粘贴端；所述应变传感器被拉伸前后，所述连接段的平均曲率变化量小于所述曲线形结构的平均曲率变化量。进一步地，所述连接段上的应变电阻的阻值小于所述曲线形结构上的应变电阻的阻值。进一步地，多个所述曲线形结构并列设置，其端部共同连接至一个所述粘贴端。进一步地，还包括基底限位带，限制所述曲线形结构保持在预设长度状态。进一步地，所述基底限位带与一个或多个所述曲线形结构并列设置，其端部共同连接至一个所述粘贴端。进一步地，所述基底限位带的结构为直线形，其长度与所述曲线形结构两端的粘贴端之间的间距相等。进一步地，所述基底限位带的结构为曲线形，其最大伸长量小于所述曲线形结构的最大伸长量，协助检测待测试件的压应变。进一步地，所述基底的材料为聚酰亚胺、酚醛树脂、环氧树脂中的一种。进一步地，所述应变电阻的材料为康铜或新康铜。进一步地，所述应变电阻的材料为镍铬合金、镍铬铝合金、铁铬铝合金、铂、铂钨合金、半导体单晶硅、石墨烯中的一种。进一步地，还包括封装薄膜，所述封装薄膜包覆在所述电阻式应变传感器上。进一步地，所述封装薄膜的材料为聚二甲基硅氧烷或Ecoflex系列硅橡胶。本专利技术提供的电阻式应变传感器，其基底为曲线形结构，进而限定了其上应变电阻的结构也为曲线形结构，相比常见的金属箔式电阻应变片，本方案所提供的应变传感器的量程设计范围可以从百分之几到百分之几千，可以有效解决金属箔线由于拉伸率的限制而可信量程较小的问题。同时，设置应变电阻的中轴线位于基底中轴线的一侧，能够有效保证应变传感器测量的灵敏性，进而保证测量结果的准确性。附图说明图1a是本专利技术提供的一种电阻式应变传感器的结构示意图；图1b是图1a左上角的局部放大图；图2a是本专利技术提供的另一种电阻式应变传感器的结构示意图；图2b是图2a左上角的局部放大图；图3是本专利技术提供的又一种结构的电阻式应变传感器结构示意图；图4是本专利技术提供的基底的弧线段的弧度大于π小于2π的电阻式应变传感器结构示意图；图5是基底上的弧线段的曲率不等的结构示意图；图6是基底中相邻弧线段的开口方向相同的结构示意图；图7是基底中的曲线段为椭圆弧的电阻式应变传感器的结构示意图；图8a是基底中的弧线段的弧度小于π的结构示意图；图8b是图8a左端的局部放大图；图9a是应变电阻位于基底的易弯曲段曲率外侧的结构示意图；图9b是图9a左上角的局部放大图；图10是设有直线形基底限位带的电阻式应变传感器的结构示意图；图11是设有曲线形基底限位带的电阻式应变传感器的结构示意图；图12是实施例1中所示电阻式应变传感器的结构示意图；图13a是实施例2中所示电阻式应变传感器的结构示意图；图13b是图13a左上角的局部放大图；图13c是测试性能时的位移加载曲线；图13d是位移加载时万用表实时测得的电阻-时间曲线；图13e是将图13e中10个周期的曲线移在一起的曲线；图13f是将图13f转换成电阻变化率-应变曲线；1.基底，2.应变电阻，3.粘贴端，4.连接段，5.直线形基底限位带，6.曲线形基底限位带。具体实施方式通过参考示范性实施例阐明本专利技术技术问题、技术方案和优点。然而，本专利技术并不受限于以下所公开的示范性实施例，可以通过不同形式来对其加以实现。以下内容中所说的量程即为应变电阻达到其可正常使用的最大应变时应变传感器的拉伸率。一种电阻式应变传感器，如图1a和1b所示，其中图1b为图1a的左上角局部放大图，主要由应变电阻2和基底1构成，应变电阻2固定在基底1上，基底1与待测试件连接或者直接粘贴在待测试件上，应变电阻2和基底随同待测试件一起产生变形，在变形的同时应变电阻的阻值随之发生变化，变化的电阻经电路处理后以电信号的形式输出，被测得，最终根据应变传感器上标定的电阻与应变之间关系得到待测试件的应变值。本方案中，应变传感器的基底由绝缘材料制成，为曲线形结构，而曲线形结构的基底能够决定其上的应变电阻的结构也为曲线形，相比目前普遍使用的薄片式应变传感器，能够有效增大应变传感器的量程。实测，本专利技术提供的应变传感器的有效量程能够从百分之几到百分之几千。而位于其上的应变电阻，其中轴线位于基底中轴线的一侧，能够保证应变传感器测量的灵敏性。而跨过基底中轴线的应变电阻，在形变过程中，其电阻变化极小，不易捕捉，不利于提高应变传感器的测量精度。其中，应变电阻可以位于基底曲线结构的曲率外侧，也可以位于曲线结构的曲率内侧，如图9a和9b所示，位于基底曲率外侧。本专利技术的一种实施方式中，为了提高测量精度以及灵敏系数，优选基底的宽度至少为其上应变电阻宽度的2倍。当应变电阻的宽度大于基底宽度的一半时，则应变电阻的一部分区域会越过基底的中轴线，此时，应变电阻对称位于基底中轴线两侧的部分上的电阻由于部分受拉应变，电阻增加，部分受压应变，电阻减小，其上的部分电阻变化会正负抵消，导致应变电阻的实际有效电阻变化的测量值变小，进而导致外部测量电路测出电阻变化值较小，于是会造成应变结果精度较小，误差较大。因此，根据本方案提供的应变传感器，基底的宽度至少为其上应变电阻宽度的2倍，以保证应变测量的精度。本方案中，更优选基底宽度为其上应变电阻宽度的6倍或6倍以上，这样能够保证应变传感器在测量过程中能够获取的较好的灵敏性以及极佳的测量精度。本专利技术的一种实施方式中，为了简化计算过程，优选曲线形结构为圆弧、椭圆弧、正弦曲线或余弦本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电阻式应变传感器，包括：应变电阻和基底，所述应变电阻固定在所述基底上，其特征在于，所述基底由绝缘材料制成，为曲线形结构，所述应变电阻的中轴线位于所述基底的中轴线的一侧，实现所述电阻式应变传感器的量程的增大。

【技术特征摘要】
2018.01.30 CN 20181008880731.一种电阻式应变传感器，包括：应变电阻和基底，所述应变电阻固定在所述基底上，其特征在于，所述基底由绝缘材料制成，为曲线形结构，所述应变电阻的中轴线位于所述基底的中轴线的一侧，实现所述电阻式应变传感器的量程的增大。2.根据权利要求1所述的电阻式应变传感器，其特征在于，所述基底的宽度为所述应变电阻宽度的2倍或2倍以上。3.根据权利要求1所述的电阻式应变传感器，其特征在于，所述曲线形结构为圆弧、椭圆弧、正弦曲线中的一种或几种的组合结构。4.根据权利要求1-3任一项所述的电阻式应变传感器，其特征在于，还包括连接段，所述曲线形结构包括一个或多个，多个所述曲线形结构通过所述连接段相互连接，相互连接的多个所述曲线形结构的首尾两端分别设有与待测物相连的粘贴端；所述应变传感器被拉伸前后，所述连接段的平均曲率变化量小于所述曲线形结构的平均曲率变化量。5.根据权利要求4所述的电阻式应变传感器，其特征在于，所述连接段上的应变电阻的阻值小于所述曲线形结构上的应变电阻的阻值。6.根据权利要求4所述的电阻式应变传感器，其特征在于，多个所述曲线形结构并列设置，其端部共同连接至一个所述粘贴端。7.根据权利要求4所述的电阻式应变传感器，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏业旺，李爽，
申请(专利权)人：中国科学院力学研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11