力及压力测量-应变片

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1、压力及力检测压力及力的测量压力的概念和单位应变式压力计压电式、压磁式、电容式、霍尔式应变效应应变片应变片温度补偿与粘贴应变式力与压力传感器转换电路1、压力的表示2、应变片测力的原理3、各种类型的应变片及其特点4、应变片的温度误差及其补偿5、应变片的应用电路一、压力及其单位1.什么是压力垂直作用在单位面积上的力称压力。在国际单位制（SI）和我国法定计量单位中，压力的单位是“帕斯卡”，简称“帕”，符号为“Pa”。即1N的力垂直均匀作用在1m2的面积上所形成的压力值为1Pa。其他压力单位：“工程大气压力”（kgf/cm2）、“毫米汞

2、柱”（mmHg）、“毫米水柱”（mmH2O）、“标准大气压”（atm）、“巴”（bar）、“PSI”）、“PSI”（“磅力每平方英寸）1kgf/cm2=0.9807×105Pa1mmH2O=0.9807×10Pa1mmHg=1.332×102Pa1atm=1.01325×105Pa1bar=105Pa1PSI=6.89×103Pa绝对压力PJ大气压力PD表压力PBPB=PJ－PD真空度PZ（负压）PZ＝PD－PJ表压大气压力线负压绝对压力真空度10绝对压力绝对压力的零线12、压力的表示二、应变式传感器1、应变片的工作原理我们可

3、以做这样一个较简单的实验：取一根细电阻丝，记下其初始阻值（图中为10.01）。当我们用力将该电阻丝拉长时，会发现其阻值略有增加（增加到为10.05）。测量应力、应变、力的传感器就是利用类似的原理制作的。设有一长度为、截面积为A、半径为r、电阻率为的金属单丝，它的电阻值R可表示为当沿金属丝的长度方向作用均匀拉力（或压力）时，上式中、r、l都将发生变化，从而导致电阻值R发生变化。例如（1）金属丝受拉时，l将变长、r变小，均导致R变大；（2）某些半导体受拉时,将变大，导致R变大。实验证明，电阻丝及应变片的电阻相对变化量R

4、R与材料力学中的轴向应变x的关系在很大范围内是线性的，即K—电阻应变片的灵敏度x—称为电阻丝的轴向应变，也称纵向应变x通常很小，在应变测量中，也常将之称为微应变对于不同的金属材料，K略微不同，一般为2左右。而对半导体材料而言，由于其感受到应变时，电阻率会产生很大的变化，所以灵敏度比金属材料大几十倍。2341电阻应变片结构示意图bl由敏感栅1、基底2、盖片3、引线4和粘结剂等组成。这些部分所选用的材料将直接影响应变片的性能。因此，应根据使用条件和要求合理地加以选择。栅长栅宽二、应变片的结构与材料（1）敏感栅由金属细丝绕

5、成栅形。电阻应变片的电阻值为60Ω、120Ω、200Ω等多种规格，以120Ω最为常用。对敏感栅的材料的要求：①应变灵敏系数大，并在所测应变范围内保持为常数；②电阻率高而稳定，以便于制造小栅长的应变片；③电阻温度系数要小；④抗氧化能力高，耐腐蚀性能强；⑤在工作温度范围内能保持足够的抗拉强度；⑥加工性能良好,易于拉制成丝或轧压成箔材；⑦易于焊接，对引线材料的热电势小。对应变片要求必须根据实际使用情况，合理选择。（2）基底和盖片基底用于保持敏感栅、引线的几何形状和相对位置，盖片既保持敏感栅和引线的形状和相对位置，还可保护敏感栅。基底

6、的全长称为基底长，其宽度称为基底宽。（3）引线是从应变片的敏感栅中引出的细金属线。对引线材料的性能要求：电阻率低、电阻温度系数小、抗氧化性能好、易于焊接。大多数敏感栅材料都可制作引线。（4）粘结剂用于将敏感栅固定于基底上，并将盖片与基底粘贴在一起。使用金属应变片时，也需用粘结剂将应变片基底粘贴在构件表面某个方向和位置上。以便将构件受力后的表面应变传递给应变计的基底和敏感栅。常用的粘结剂分为有机和无机两大类。有机粘结剂用于低温、常温和中温。常用的有聚丙烯酸酯、酚醛树脂、有机硅树脂，聚酰亚胺等。无机粘结剂用于高温，常用的有磷酸盐、

7、硅酸、硼酸盐等。用应变片测试应变时，将应变片粘贴在试件表面。当试件受力变形后，应变片上的电阻丝也随之变形，从而使应变片电阻值发生变化，通过测量转换电路最终转换成电压或电流的变化。三、应变片的种类1、金属应变片（应变式压力传感器）（1）金属丝式（2）箔式（3）薄膜式2、半导体应变片（压阻式压力传感器）金属丝式应变片使用最早，有纸基、胶基之分。由于金属丝式应变片蠕变较大，金属丝易脱胶，有逐渐被箔式所取代的趋势。但其价格便宜，多用于应变、应力的大批量、一次性试验。箔式应变片中的箔栅是金属箔通过光刻、腐蚀等工艺制成的。箔的材料多为电阻

8、率高、热稳定性好的铜镍合金。箔式应变片与片基的接触面积大得多，散热条件较好，在长时间测量时的蠕变较小，一致性较好，适合于大批量生产。还可以对金属箔式应变片进行适当的热处理，使其线胀系数、电阻温度系数以及被粘贴的试件的线胀系数三者相互抵消，从而将温度影响减小到最小的程度，目前广