電阻應變片是壓力傳感器的核心器件，其敏感柵結構、基底材料、靈敏系數(shù)穩(wěn)定性、機械滯后、蠕變和熱輸出等技術性能直接影響壓力傳感器的準確度和穩(wěn)定性。許多企業(yè)都把應變片的生產(chǎn)列入壓力傳感器的基礎工藝。國內外著名壓力傳感器企業(yè)穩(wěn)定批量生產(chǎn)質量都是從電阻應變片這一源頭抓起，或建立與自己產(chǎn)品配套的電阻應變片生產(chǎn)部門，或經(jīng)過考察確立長期供貨的電阻應變片生產(chǎn)企業(yè)。90年代以來，以美國HPM公司、VMM公司為代表的應變片敏感柵箔材軋制企業(yè)和以美國VMM公司、德國HBM公司為代表的電阻應變片生產(chǎn)企業(yè)，在箔材軋制、熱處理和電阻應變片設計技術與制造工藝研究上都取得了突破性進展，主要成果簡介如下。
美國VMM公司和德國HBM公司電阻應變片的結構設計普遍采用一維、二維和三維有限單元法，建立相應的力學模型，分析應變片的應變傳遞系數(shù)，提出應變片結構設計原則。利用二維有限單元法計算和分析粘貼在彈性體上應變片的應變傳遞，得出大部分區(qū)域是單向應力狀態(tài)，基本沒有應變傳遞滯后現(xiàn)象，而接近柵絲末端的一小段是剪應力傳遞區(qū)域，剪應力急劇變化，正應力降為零而產(chǎn)生應變傳遞滯后現(xiàn)象。因此提出設計框狀端頭，把柵絲應變均勻分布區(qū)域作為工作區(qū)，將應變傳遞滯后區(qū)域與工作區(qū)域隔離開，減小應變片的滯后，這正是壓力傳感器用應變片所需要的。
建立三維有限單元六面體力學模型，取一萬多個節(jié)點，在大容量電子計算機上進行計算，其目的是深入研究應變片結構，主要解決應變片復蓋層的力學效果，敏感柵端部結構的力學效應，基底、敏感柵、復蓋層厚度對機械滯后的影響，敏感柵結構與蠕變自補償問題。保證應變片結構形狀、幾何尺寸、基底和復蓋層厚度最合理。
盡管電阻應變片原理和結構設計都無可挑剔，但其制造工藝決定了它必然存在一些固有的工藝缺陷，傳統(tǒng)制造工藝中刻圖制片、涂膠光刻、基底制作、粗細腐蝕、阻值調整、引線焊接、涂復蓋層、質量檢查等工序多為手工操作和控制，人為的因素對產(chǎn)品質量影響很大，而且應變片成功率低，均一性差。而美國VMM公司和德國HBM公司的應變片生產(chǎn)工藝，自動化程度都很高，幾乎每道工序都采用計算機自動控制和處理，關鍵工序如基底制作、光刻腐蝕、精細調阻，引線焊接、質量檢測等都在自動化程度很高的專用設備上進行，制造工藝的可重復性好，工藝兌現(xiàn)率高。因此應變片的各項技術指標優(yōu)良，一致性和穩(wěn)定性好，批次產(chǎn)品質量幾乎無差別。特別是壓力傳感器專用應變片在靈敏系數(shù)穩(wěn)定性、阻值分散性、機械滯后、蠕變和熱輸出等技術指標的控制更加嚴格，為大批量生產(chǎn)C3級壓力傳感器創(chuàng)造了條件。
電阻應變片應用技術的研究也取得了突破性的進展。美國VMM公司經(jīng)過多年的研究與實驗開發(fā)出EMC（有效模量補償）系列靈敏度溫度自補償電阻應變片，在許多場合都可以很容易的獲得優(yōu)于±0.0008/°F（0.0014%/℃）的補償精度。根據(jù)不同彈性體材料EMC系列靈敏度溫度自補償應變片有4種類型：M1靈敏系數(shù)隨溫度變化-1.5%/100°F（-2.70％/100℃）適用于不銹鋼；M2靈敏系數(shù)隨溫度變化-2.35%/100°F（-4.23%/100℃）適用于鋁合金；M3靈敏系數(shù)隨溫度變化-1.25%/100°F（-2.25％/100℃）適用于工具鋼；M4靈敏系數(shù)隨溫度變化為-1.35％/100°F（-2.43%/100℃）適用M1和M3之間的“中間區(qū)域”（不銹鋼與工具鋼之間）的補償。
靈敏系數(shù)是電阻應變片的重要參數(shù)，許多生產(chǎn)廠家都采用等應力懸臂梁進行測試，其結果是靈敏系數(shù)分散大，準確度低。我們了解到的國外應變片生產(chǎn)企業(yè)，特別重視應變片生產(chǎn)工藝的兩頭，即開頭的結構設計與刻圖制版和最后的性能檢測與靈敏系數(shù)測定。由于電阻應變片不能二次粘貼使用，所以靈敏系數(shù)測定是采用抽樣的方法在帶有標準梁的自動加載測量裝置上進行。一次可標定多組不同型號的電阻應變片，每組最多可達10片，組成數(shù)10個測量點，通過多路自動掃描測量儀和電子計算機進行控制和運算，最后給出應變片靈敏系數(shù)、機械滯后和蠕變值。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的分辨率為1με和1μv，精度優(yōu)于0.02％。
德國HBM公司研制出帶背膠的自粘式電阻應變片，在壓力傳感器制造工藝中省略了對應變片的清洗，涂刷應變粘接劑等工序，減少了對應變片的污染和損害，提高了粘貼質量和可靠性，適合大批量自動化生產(chǎn)的各種壓力傳感器，尤其是家用電子秤用壓力傳感器的大批量生產(chǎn)。
彈性體表面應變是通過應變片的基底傳遞給敏感柵，基底材料的質量與厚度對電阻應變片的多項性能產(chǎn)生影響。基底厚而不均勻會使靈敏系數(shù)分散度增大，對線性和滯后也有較大影響。目前壓力傳感器用應變片基底膠膜厚度為30±5μm。美國VMM公司研制的PF聚酰亞胺基底膠膜的厚度只有8μm，不但平整均勻，容易彎曲，而且耐高溫，抗焊接傷害能力強，具有良好的電性能。EG環(huán)氧玻璃纖維增強基底膠膜厚度僅為13μm，特別適合高精度壓力傳感器，可減少滯后和蠕變誤差。
由于目前通用的壓力傳感器靈敏度溫度補償鎳電阻與溫度變化呈非線性關系，增大了補償難度和補償結果的分散度。德國學者正在研究用鋇或鈮代替鎳作靈敏度溫度補償電阻，取得了一些進展。類似旨在創(chuàng)新壓力傳感器制造技術與制造工藝的研究課題和成果，非常值得我們關注和應用。因為制造技術與制造工藝是壓力傳感器研制和批量生產(chǎn)過程中最活躍、最積極的因素，是企業(yè)保證產(chǎn)品質量，強化競爭能力和提高經(jīng)濟效益的重要手段。在電子衡器產(chǎn)品競爭日趨激烈，電子衡器市場日趨國際化的今天，更應重視制造技術與制造工藝所起的作用。更多壓力傳感器相關文章請見http://www.neohoutdoors.com
