《结构型传感器》PPT课件

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1、第4章结构型传感器第4章结构型传感器4.3电感式传感器4.2电容式传感器4.1电阻应变式传感器4.1电阻应变式传感器4.1.1工作原理4.1.2结构与类型4.1.3主要特性4.1.4温度效应及其补偿4.1.5电桥测量电路电阻应变式传感器是利用电阻应变片将应变转换为电阻的变化，从而实现电测非电量的传感器。电阻应变片的工作原理是基于电阻应变效应。即在导体产生机械变形时，它的电阻值相应发生变化。4.1.1工作原理在外界力的作用下，将引起金属或半导体材料发生机械变形，其电阻值将会相应发生变化，这种现象称为“电阻应变效应”。对于不同的材料，电阻率相对变化的受力效应是不

2、同的。4.1.1工作原理1.金属材料的应变电阻效应通过研究发现，金属材料的电阻率相对变化正比于体积的相对变化，即有式中，C为由材料及加工方式决定的与金属导体晶格结构相关的比例系数。金属材料的电阻相对变化与其线应变ε成正比。这就是金属材料的应变电阻效应。1.金属材料的应变电阻效应将式（4-6）代入（4-5）可有式中，Km=(1+2μ)+C(1-2μ)为金属电阻丝的应变灵敏度系数，它由两部分组成：前半部分为受力后金属丝几何尺寸变化所致，后半部分为因应变而发生的电阻率相对变化.由以上分析可见：2.半导体材料的应变电阻效应研究发现，锗、硅等单晶半导体材料具有压阻效应

3、，即：式中，为作用于材料上的轴向应力；为半导体在受力方向的压阻系数；E为半导体材料的弹性模量。由以上分析可知，外力作用而引起的轴向应变，将导致电阻丝的电阻成比例地变化，通过转换电路可将这种电阻变化转换为电信号输出。这就是应变片测量应变的基本原理。2.半导体材料的应变电阻效应将式（4-8）代入式（4-5）可得式中，Ks=(1+2μ)+E为半导体丝材的应变灵敏度系数。前半部分为尺寸变化所致，后半部分为半导体材料的压阻效应所致.返回利用金属或半导体材料电阻丝（也称应变丝）的应变电阻效应，可以制成测量试件表面应变的敏感元件。为在较小的尺寸范围内敏感应变，并产生

4、较大的电阻变化，通常把应变丝制成栅状的应变敏感元件，即电阻应变计，简称应变计。4.1.2结构与类型应变计的结构应变片的结构（1）按加工方法,可以将应变片分为以下四种：丝式应变片、箔式应变片、半导体应变片、薄膜应变片（2）按敏感栅的材料,可将应变计分为金属应变计和半导体应变计两大类应变计的类型2.应变计的类型制作应变片敏感栅常用的金属材料有康铜、镍铬合金、铁铬铝合金、贵金属（铂、铂钨合金等）材料等，其中康铜是目前应用最广泛的应变丝材料。除敏感栅以外，对基底材料、粘结剂、引线的材料方面都有要求，可以根据应用对象的不同进行选择。电阻应变计的材料3.电阻应变计的材料

5、选用应变计时，首先应根据使用的目的、要求、对象及环境条件等，对应变计的类型进行选择；然后根据使用温度、时间、最大应变量及精度要求，选用合适的敏感栅、基底材料的应变计；接着根据测量线路或仪器选择合适应变计的标准阻值；最后还应根据试件表面可贴应变片的面积大小选择合适尺寸的应变计。电阻应变计的选用4.电阻应变计的选用与粘贴电阻应变片工作时，是用粘贴剂粘贴到被测试件或传感器的弹性元件上的。粘贴剂形成的胶层必须准确迅速地将被测应变传递到敏感栅上去，所以粘贴剂以及粘贴技术对于测量结果有着直接的影响。电阻应变计的粘贴4.电阻应变计的选用与粘贴返回4.电阻应变计的选用与粘贴

6、敏感栅结构形状包括敏感栅的形状、数目和方向，横栅尺寸，焊端的形状及分布，敏感栅的横向宽度等，现以中航电测仪器股份有限公司应变计分类方法来做介绍：可分为单轴应变计，多轴应变计和复式应变计。（1）单轴应变计的主要特征是具有单一敏感栅，用于测量敏感栅轴线方向应变。结构型式有“AA”和“AB”两种。其中“AA”的敏感栅为单轴水平方向结构型式；“AB”为单轴45°敏感栅结构型;（2）双栅应变计的主要特征是有两个敏感栅，两栅轴向相互成90°或0°，一般情况下，使用这些应变计必须事先预知其应力或应变方向。主要的结构型式有“BB”“HA”“GB”“FB”四种。其中“BB

7、”两栅互相垂直，即“T””型应变计，主要用于测试轴向应变和横向应变（也称泊松应变）；“HA”两栅互相垂直成90°，与水平方向成45°，即“V”型应变计，主要用于测量剪切应力、扭矩等物理量；“GB”两栅处于同一轴向，主要用于测量处于同一轴向而受力方向不同的材料或结构。“FB”两栅互相平行，主要用于测量并排的不同梯度应力或应变；（3）多轴应变计又称应变花，在同一基底上有两个或两个以上敏感栅排列成不同方向，用于测量主应力方向未知的面应力或点应力。一般情况下，在需要确定应力的材料上，粘贴应变片来测量三个方向的应力或应变，通过特定的计算公式来计算其应力大小和应力方向，

8、三轴互相夹角有45°，60°或120°等。主要结构型