电阻应变片传感器1

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1、第4章应变式传感器4.1工作原理4.2应变片的种类、材料及粘贴4.3电阻应变片的特性4.4应变式传感器的测量电路4.5应变式传感器的应用σ=E·ε4.1工作原理电阻应变片的工作原理是基于应变效应。在外力作用下，被测对象产生微小机械变形，应变片随着发生相同的变化，电阻值也发生相应变化。当测得电阻值变化量为ΔR时，便可得到被测对象的应变值，根据应力与应变的关系，得到应力值当电阻丝受到拉力F作用时，将伸长Δl，横截面积相应减小ΔA，电阻率因材料晶格发生变形等因素影响而改变了dρ，从而引起电阻值相对变化量为dl/l——

2、长度相对变化量，用应变ε表示设r为电阻丝的半径，微分后可得dA=2πrdr得通常把单位应变能引起的电阻值变化称为电阻丝的灵敏系数。其物理意义是单位应变所引起的电阻相对变化量，其表达式为电阻丝的灵敏系数灵敏系数K受两个因素影响：应变片受力后材料几何尺寸的变化，即1+2μ；应变片受力后材料的电阻率发生的变化，即（dρ/ρ）/ε。对金属材料来说，电阻丝灵敏度系数表达式中1+2μ的值要比(dρ/ρ)/ε大得多，而半导体材料的(dρ/ρ)/ε项的值比1+2μ大得多。半导体应变片是用半导体材料制成的，其工作原理是基于半导体

3、材料的压阻效应。压阻效应是指半导体材料，当某一轴向受外力作用时，其电阻率ρ发生变化的现象。大量实验证明，在电阻丝拉伸极限内，电阻的相对变化与应变成正比，即K为常数。当半导体应变片受轴向力作用时，其电阻相对变化为式中dρ/ρ为半导体应变片的电阻率相对变化量，其值与半导体敏感元件在轴向所受的应变力有关，其关系为πE比1+2μ大上百倍，半导体应变片的灵敏系数比金属丝式高50～80倍，但半导体材料的温度系数大，应变时非线性比较严重，使它的应用范围受到一定的限制。4.2应变片的种类、材料及粘贴4.2.1金属电阻应变片的种

4、类丝线式、箔式4.2.2金属电阻应变片的材料对电阻丝材料应有如下要求：①灵敏系数大，在大应变范围内保持常数；②ρ值大，具有较大的电阻值；③电阻温度系数小，温度变化会改变其阻值；④与铜线的焊接性能好，其它金属接触电势小；⑤机械强度高，具有优良的机械加工性能。应变片的选择使用要求：灵敏度、温度、寿命敏感栅和基底材料的选择：温度、时间影响敏感栅长度的选择：栅长应不大于测量区域半径的1/5-1/10电阻的选择：120Ω、350Ω、1000Ω敏感栅结构型式的选择应变计附件接线端子应变粘接剂贴片用辅助料具：锡铅焊料、镀银紫

5、铜丝、导线、砂纸、专用镊子、烙铁、棉签选择粘结剂时必须考虑应变片材料和被测件材料性能，不仅要求粘接力强，粘结后机械性能可靠，而且粘合层要有足够大的剪切弹性模量，良好的电绝缘性，蠕变和滞后小，耐湿，耐油，耐老化，动态应力测量时耐疲劳等。还要考虑到应变片的工作条件，如温度、相对湿度、稳定性要求以及贴片固化时加热加压的可能性等。4.2.3金属电阻应变片的粘贴应变片粘贴步骤检查：外观、电阻值、修整试件表面处理：光洁度要求、划定位线粘贴：厚度、方法固化处理粘贴质量的检查：电阻值和绝缘电阻值接线端子的焊接、导线的固定防潮处

6、理4.3电阻应变片的特性4.3.1弹性敏感元件及其基本特性物体在外力作用下变形，而当外力去掉后物体又能完全恢复其原来的尺寸和形状，这种变形称为弹性变形。具有弹性变形特性的物体称为弹性元件。弹性元件在应变片测量技术中占有极其重要的地位。它首先把力、力矩或压力变换成相应的应变或位移，然后传递给粘贴在弹性元件上的应变片，通过应变片将力、力矩或压力转换成相应的电阻值。1.刚度刚度是弹性元件受外力作用下变形大小的量度，其定义是弹性元件单位变形下所需要的力，用C表示，其数学表达式为2.灵敏度通常用刚度的倒数来表示弹性元件的

7、特性，称为弹性元件的灵敏度，一般用S表示，其表达式为当具有初始电阻值R的应变片粘贴于试件表面时，试件受力引起的表面应变，将传递给应变片的敏感栅，使其产生电阻相对变化ΔR/R。理论和实验表明，在一定应变范围内ΔR/R与εt的关系满足下式：式中，εt为应变片的轴向应变。定义K=(ΔR/R)/εt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(εt)之比。4.3.2灵敏系数4.3.3横向效应（a）应变片及轴向受力图；（b）应变

8、片的横向效应图解决方式一：短接式应变片应变片绝缘电阻是指已粘贴的应变片的引线与被测件之间的电阻值Rm。通常要求Rm在50~100MΩ以上。绝缘电阻下降将使测量系统的灵敏度降低，使应变片的指示应变产生误差。Rm取决于粘结剂及基底材料的种类及固化工艺。最大工作电流是指已安装的应变片允许通过敏感栅而不影响其工作特性的最大电流Imax。4.3.4绝缘电阻和最大工作电流电阻应变片在测量频率较高的