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1、液压测试及计算机测控技术周生浩液压与气动技术研究所InstituteofHydraulicPneumaticTechnology(IHPT)HydraulicTestingandComputerMeasurement&Control2010.10.09mousegame1mousegame2mousegame33机械基本参数测量机械基本参数应变直线位移角位移直线速度转速力结构原理性能标定方法扭矩振动和噪声3机械基本参数测量电阻应变片和应变测量电阻应变效应当金属丝在外力作用下发生机械变形时其电阻值将发生变
2、化FΔl、ΔA、ΔρΔR长为l、截面积为A、电阻率为ρ的金属或半导体丝,电阻3机械基本参数测量电阻应变片和应变测量电阻应变效应对于半径为r的圆导体，A=πr2，ΔA/A=2Δr/r又由材料力学可知，在弹性范围内，ε为导体的纵向应变，其数值一般很小，常以微应变度量；μ为电阻丝材料的泊松比，一般金属μ=0.3~0.5；λ为压阻系数，与材质有关；σ为应力值；E为材料的弹性模量；3机械基本参数测量电阻应变片和应变测量电阻灵敏系数材料的几何尺寸变化引起的材料的电阻率ρ随应变引起的（压阻效应）金属材料：k0以前者为
3、主，则k0≈1+2μ=1.7~3.6半导体：k0值主要是由电阻率相对变化所决定k0≈50~1003机械基本参数测量电阻应变片和应变测量应变片的基本结构与种类敏感栅直径为0.025mm左右的合金电阻丝丝绕式基底绝缘覆盖层保护位移、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金属电阻丝应变片基本结构1-基片；2-电阻丝；3-覆盖层；4-引出线3机械基本参数测量电阻应变片和应变测量应变片的基本结构与种类应变计金属属性半导体式体形薄膜型丝
4、式箔式纸基胶基体型薄模型扩散型外延型Pn结及其它形式3机械基本参数测量电阻应变片和应变测量金属丝式应变片金属丝弯曲部分可作成圆弧、锐角或直角,如右图所示。弯曲部分作成圆弧（U）形是最早常用的一种形式,制作简单但横向效应较大。直角（H）形两端用较粗的镀银铜线焊接,横向效应相对较小,但制作工艺复杂,将逐渐被横向效应小、其他方面性能更优越的箔式应变计所代替。3机械基本参数测量电阻应变片和应变测量箔式应变片箔式应变计的线栅是通过光刻、腐蚀等工艺制成很薄的金属薄栅（厚度一般在0.003～0.01mm）。与丝式应变
5、计相比有如下优点:(1)工艺上能保证线栅的尺寸正确、线条均匀,大批量生产时,阻值离散程度小。(2)可根据需要制成任意形状的箔式应变计和微型小基长（如基长为0.1mm）的应变计。(3)敏感栅截面积为矩形,表面积大,散热好,在相同截面情况下能通过较大电流。(4)厚度薄,因此具有较好的可挠性,它的扁平状箔栅有利于形变的传递。(5)蠕变小,疲劳寿命高。(6)横向效应小。(7)便于批量生产,生产效率高。下图为几种箔式应变计。3机械基本参数测量电阻应变片和应变测量箔式应变片几种箔式应变计缺点：电阻值的
6、分散性大,阻值调整困难3机械基本参数测量电阻应变片和应变测量金属薄膜应变片采用真空蒸发或真空沉积等方法在薄的绝缘基片上形成厚度在0.1μm以下的金属电阻材料薄膜敏感栅，再加上保护层，易实现工业化批量生产优点：应变灵敏系数大，允许电流密度大，工作范围广，易实现工业化生产问题：难控制电阻与温度和时间的变化关系3机械基本参数测量电阻应变片和应变测量半导体应变片薄膜型半导体应变计是利用真空沉积技术将半导体材料沉积于绝缘体或蓝宝石基片上制成的。扩散型半导体应变计是将P型杂质扩散到高阻的N型硅基片上,形成一层极薄
7、的敏感层制成的。外延型半导体应变计是在多晶硅或蓝宝石基片上外延一层单晶硅制成的。3机械基本参数测量电阻应变片和应变测量半导体应变片(1)灵敏度高。比金属应变计的灵敏度约大50~100倍。工作时,可不必用放大器就可用电压表或示波器等简单仪器记录测量结果。(2)体积小,耗电省。(3)由于具有正、负两种符号的应力效应（即在拉伸时P型硅应变计的灵敏度系数为正值;而N型硅应变计的灵敏度系数为负值。(4)机械滞后小,可测量静态应变、低频应变等。优点3机械基本参数测量电阻应变片和应变测量应变计应变计是一种重要的
8、敏感元件。首先,它在实验应力分析中是测量应变和应力的主要传感元件;其次,某些其他类型的传感器,如膜片式压力传感器、加速度计、线位移传感器等,也经常使用应变计作为机电转换元件或敏感元件,广泛地应用于工程测量和科学实验中。3机械基本参数测量电阻应变片和应变测量应变计应变计之所以成为重要的敏感元件,主要由于具有如下优点:(1)测量应变的灵敏度和精确度高。能测1～2微应变（1×10-6mm/mm）的应变。误差一般可小于1%。精度可达0.015%F
