传感器课件2.1 应变式传感器d.ppt

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1、第二章电阻式传感器2.1电阻应变计的基本原理与结构2.2电阻应变计的主要特征2.3电阻应变计的温度效应及其补偿2.4电阻应变计的应用2.5测量电路2.6电阻应变计式传感器2.7压阻式传感器返回2.1电阻应变计的基本原理与结构2.1.1导电材料的应变电阻效应长为,截面积为A，电阻率为ρ的固态导体的电阻为：返回当它受到轴向力F而被拉伸(或压缩)时，其均发生变化。（2-1）横截面为A的物体(金属丝)受到外力F的作用并处于平衡状态时，物体在单位面积上引起的内力称为应力σ，即:应变是表征物体受外力作用时产生相对变形大小的无量纲物理量。设物体原长为

2、l,受力后产生Δl的形变，相应的应变ε为：当纵(轴)向受力时产生的纵(轴)向应变为εx、横(径)向应变为εy，则：（μ为泊松比）由胡克定律：当应力σ未超过某一极限值时，应力σ与应变ε成正比，即：（E为弹性模量）相关概念：泊松比指在材料的比例极限内，由均匀分布的纵向应力所引起的横向应变与相应的纵向应变之比的绝对值。导体电阻随应变发生变化，其相对变化量(求导数)为：（2-2）由此可得：（2-3）金属材料的应变电阻效应：实验发现：其中，C是由一定的材料和加工方法决定的常数；V为体积。（2-4）上式表明，金属材料的电阻相对变化与其(轴向)线应变

3、成正比，这就是金属材料的应变电阻效应。（2-5）2.半导体材料的应变电阻效应（2-6）将（2-6）代入（2-3），得到：综合(2-5)、(2-6)式得到导电丝材料的应变电阻效应为：2.1.2电阻应变计的结构和类型应变计的结构金属丝式：回线式、短接式金属箔式金属薄膜式位移、力、力矩、加速度、压力弹性敏感元件应变外力作用被测对象表面(贴应变片)产生微小机械变形应变片敏感栅随同变形电阻值发生相应变化金属丝式应变片上一页返回下一页金属电阻丝应变片的基本结构1-基底；2-敏感栅；3-覆盖层；4-引出线敏感栅：直径为0.025mm左右的合金电阻丝2

4、.应变计的类型金属应变计和半导体应变计，常见的类型如下：2.2电阻应变计的主要特征用以表达应变计工作性能和特点的参数或曲线。应变片的电阻值R应变片在未经安装也不受外力情况下，于室温下测得的电阻值为标称值R电阻系列：60、120、200、350、500、1000Ω可以加大应变片可承受的电压，电阻值R大输出信号大，敏感栅尺寸也增大上一页下一页返回2.2.1静态特性当施加于应变计上的应变不随时间变化或变化缓慢时，应变计的输出特性。1、灵敏系数(K)lεyεx式中εx为应变计轴向应变K表示：安装在被测试件(弹性敏感元件)上的应变计，在其轴向受到

5、单向应力时引起的电阻相对变化量与轴向应变之比。K并不等于构成应变计的敏感栅整长应变丝的灵敏系数K0,一般K

6、向应变而使灵敏系数减小的现象，称为横向效应。其大小用横向效应系数(H)表示：由上式可以得到以下几点结论；(2)由于横向效应的存在，在非标定条件下(①试件材料µ≠0.285；②应变计轴向与主应力方向不一致。)若仍用标定灵敏系数K进行测量将产生较大误差，引起相对误差为：若单向应力方向与应变计轴向一致，则有a=-µ,则上式变为：(2-13)(2-14)由此可见，减小H就能减小横向效应产生的误差。理论分析和实验表明：对丝绕式应变计，纵栅愈长，横栅愈短，则H愈小。3.机械滞后(Zj)指粘贴在试件上的应变计，在恒温条件下,增(加载)、减(卸载)应变

7、的过程中，对应同一机械应变所指示应变量(输出)之差值。室温下要求：Zj<3~10µε。实测中，可在测试前通过多次重复预加、卸载，来减小机械滞后产生的误差。4.蠕变(θ)和零漂(P0)蠕变是粘贴在试件上的应变计，在恒温条件下,指示应变量随时间单向变化的特性。反映了应变计在长时间工作中对时间的稳定性。要求θ<3~15µε。产生原因是制作应变计时内部产生的内应力和工作中出现的剪应力，使丝栅、基底，尤其是胶层之间产生的滑移所致。零漂指当试件初始空载时，应变计示值仍会随时间变化的现象。机理和蠕变相同在恒温条件下，使应变计输出的非线性误差达到10%

8、时的真实应变值，称为应变极限。应变极限是衡量应变计测量范围和过载能力的指标，通常要求εlim≥8000µε。影响εlim的主要因素及改善措施与蠕变基本相同。5、应变极限(εlim)应变计的线性特性只在一定的