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1、第4章应变式传感器基本描述——利用电阻应变片将应变转换为电阻变化的传感器主要用途——测量力、力矩、压力、加速度、重量等本章内容工作原理及性能了解传感器结构、种类掌握测量电路以及补偿方法了解应变式传感器的应用概述电阻式应变传感器作为测力的主要传感器，测力范围小到肌肉纤维，大到登月火箭，精确度可到0.01—0.1%。有拉压式（柱、筒、环元件）、弯曲式、剪切式。应变式传感器特征：不同材料类型:金属应变片、半导体应变片应用范围:应变力、压力、转矩、位移、加速度；主要优点:使用简单、精度高、范围大体积小。各种电子秤
2、广泛应用于－概述高精度电子汽车衡动态电子秤电子天平概述机械秤包装机吊秤电阻应变片——金属材料和半导体材料4.1应变式传感器的工作原理电阻式传感器的基本原理：将被测物理量的变化转换成电阻值的变化,再经相应的测量电路显示或记录被测量值的变化。种类繁多、应用广泛。电阻应变式传感器是基于测量物体受力变形所产生应变的一种传感器,最常用的传感元件为电阻应变片。应用范围：用于位移、加速度、力、压力、力矩等各种参数测量。4.1应变式传感器的工作原理电阻应变式传感器特点：①精度高、测量范围广；②使用寿命长、性能稳定可靠；③
3、结构简单，体积小、重量轻；④频率响应较好，既可用于静态测量又可用于动态测量；⑤价格低廉，品种多样，便于选择和大量使用。4.1应变式传感器的工作原理对于金属材料电阻应变效应——金属导体在外力作用下发生机械形变时,其阻值随着所受机械变形(伸长或缩短)的变化而发生变化的现象。对于半导体材料压阻效应——半导体材料在受到外力作用时,其电阻率发生变化的现象。4.1应变式传感器的工作原理4.1应变式传感器的工作原理求R的全微分对于金属和半导体材料，上两项的不同？图4-1金属丝应变效应电阻丝的电阻R为4.1应变式传感器的
4、工作原理电阻变化电阻丝几何尺寸变化引起的电阻丝电阻率变化引起的1.对于金属材料,电阻率几乎不变2.对于半导体材料,压电效应为主电阻应变效应压阻效应定义：电阻丝的灵敏度系数K——表示单位应变所引起的电阻相对变化。金属材料取值为2左右，常数半导体材料取值为50~100之间，易受温度影响。4.1应变式传感器的工作原理4.2电阻应变片的特性(1)种类及结构(2)电阻应变片性能参数(3)灵敏系数(4)横向效应(5)应变片的温度误差及补偿(1)种类及结构种类：丝式、箔式、半导体式和薄膜式电阻应变片。薄膜式应变片是今后
5、发展的方向丝式应变片：金属电阻应变片的典型结构。将一根高电阻率金属丝(直径0.025mm左右)绕成栅形,粘贴在绝缘的基片和覆盖层之间并引出导线构成。4-2？栅形结构为了获得大的电阻变化量(1)种类及结构——丝式丝式应变片制作简单、性能稳定、成本低、易粘贴。分为丝绕式和短接式。丝绕式应变片因圆弧部分参与变形,横向效应较大；短接式应变片敏感栅平行排列,两端用直径比栅线直径大5~10被的镀银丝短接而成,克服了横向效应。(1)种类及结构——丝式1）敏感栅直径为0.025mm左右的合金电阻丝丝绕式丝绕式2）基底绝缘
6、3）覆盖层保护4）引线与外电路相连外力作用被测对象表面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应变片箔式应变片：利用照相制版或光刻技术,将厚度约为0.003~0.01mm的金属箔片制成敏感栅。(1)种类及结构——箔式箔式应变片优点:①可制成多种复杂形状、尺寸准确的敏感栅,适应不同的测量要求。②横向效应小③散热条件好,允许电流大,提高了输出灵敏度④生产效率高,便于实现自动化生产目前使用的金属应变片大多是金属箔式应变片。(1)种类及结构——箔式半导体应变片特性与金属应变片相比较优点：①灵敏度高；
7、②横向效应小、体积小、频响高；③易于集成缺点：①温度稳定性能差；②灵敏度分散度大；③在较大应力作用下,非线性误差大。④机械强度低(1)种类及结构——半导体式1)电阻值：应变片原始阻值——标准化,120常用。2)几何参数：敏感栅基长和宽度b,制造厂常用3)灵敏系数k：表示应变片变换性能的重要参数。4)绝缘电阻：应变片与试件间的阻值,越大越好,一般为10105)其他性能参数(允许电流、工作温度、应变极限、滞后、蠕变、零漂以及疲劳寿命、横向灵敏度等)(2)电阻应变片性能参数(3)灵敏系数K定义K=(ΔR/R)/
8、εx为应变片的灵敏系数。它表示安装在被测试件上的应变在其轴向受到单向应力时,引起的电阻相对变化(ΔR/R)与其单向应力引起的试件表面轴向应变(εx)之比。注：应变片的灵敏系数并不等于其敏感栅整长应变丝的灵敏系数，这是因为栅端圆弧部分存在横向效应。——电阻丝轴向相对变形，或称纵向应变,电阻——电阻丝径向相对变形，或称横向应变，电阻(4)横向效应4-3横向效应——栅状结构敏感栅的电阻变化一定小于纯直线敏感栅的电阻变化的现象。产生原
