第3章应变式传感器

《第3章应变式传感器》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、3.1工作原理3.2应变片的种类、材料及粘贴3.3电阻应变片特性3.4电阻应变片的测量电路3.5应变式传感器应用主要内容应变式传感器是电阻式传感器的一种，电阻式传感器主要是使用传感器阻值的变化来检测被测量。常见的有电位器式电阻传感器、应变片式电阻传感器、热电阻式传感器、固态压阻式传感器、半导体传感器中的气敏电阻、湿敏电阻。概述各种电子称: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。电阻式应变传感器电阻应变式传感器是利用电阻应变片将应变转换为电

2、阻变化的传感器,传感器由在弹性元件上粘贴电阻应变敏感元件构成。当被测物理量作用在弹性元件上时,弹性元件的变形引起应变敏感元件的阻值变化,通过转换电路将其转变成电量输出,电量变化的大小反映了被测物理量的大小。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：精度高，测量范围广、使用寿命长，性能稳定可靠、结构简单、尺寸小，重量轻、频率响应特性好，响应时间约为10-7秒、可在各种恶劣条件下工作、应变片种类繁多，价格便宜3.1工作原理电阻应变片的工作原理是基于应变效应,即在导体产生机械变形时,它的

3、电阻值相应发生变化。如图3-1所示,一根金属电阻丝,在其未受力时,原始电阻值为当电阻丝受到轴向拉力F作用时，电阻值ΔR的变化引起电阻的相对变化为:当电阻丝受到轴向拉力F作用时，金属丝几何尺寸变化引起电阻的相对变化用应变ε表示长度相对变化量ΔS/S为圆形电阻丝的截面积相对变化量,即由材料力学可知,在弹性范围内,金属丝受拉力时,沿轴向伸长,沿径向缩短,那么轴向应变和径向应变的关系可表示为可得或通常把单位应变能引起的电阻值变化称为电阻丝的灵敏度系数。其物理意义是单位应变所引起的电阻相对变化量,其表达式为灵敏度系数受两个因素影响:一个是受力后

4、材料几何尺寸的变化,即另一个是受力后材料的电阻率发生的变化,即对金属材料电阻丝来说,灵敏度系数表达式中的值要比大得多,而半导体材料的项的值比大得多。半导体应变片使用半导体材料制成，其工作原理是基于半导体材料的压阻效应。压阻效应是指半导体材料某一轴向受到外力作用时，其电阻率ρ发生变化的现象。其中：π-----半导体材料的压阻系数σ------半导体材料的所受应变力E--------半导体材料的弹性摸量ε-------半导体材料的应变半导体应变片与金属丝式应变片的比较：优点：灵敏系数高，可比金属丝高50~80倍，频率相应范围宽，横向效应小等。缺点：温度系

5、数大，应变时非线性比较严重，应用范围有限。用应变片测量应变或应力时,根据上述特点,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,同时应变片电阻值也发生相应变化。当测得应变片电阻值变化量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σ为式中:σ——试件的应力;ε——试件的应变;E——试件材料的弹性模量。由此可知,应力值σ正比于应变ε,而试件应变ε正比于电阻值的变化,所以应力σ正比于电阻值的变化,这就是利用应变片测量应变的基本原理。3.2应变片的种类、材料及粘贴电阻应变片的种类但常用的应变片可分为两类

6、:金属电阻应变片和半导体电阻应变片。其中金属应变片有丝式电阻应变片和箔式应变片。金属应变片由敏感栅、基片、覆盖层和引线等部分组成,如图所示。1、3粘合剂，2基片，4覆盖层，5敏感栅，6引线敏感栅是应变片的核心部分,它粘贴在绝缘的基片上,其上再粘贴起保护作用的覆盖层,两端焊接引出导线。常用的金属电阻应变片的敏感栅有丝式、箔式。金属电阻应变片的材料要求：详细情况见P43箔式应变片是利用光刻、腐蚀等工艺制成的一种很薄的金属箔栅,其厚度一般在0.003～0.01mm。其优点是散热条件好,允许通过的电流较大,可制成各种所需的形状,便于批量生产。。3.3电阻应

7、变片的特性3.3.1弹性敏感元件及其基本特性弹性元件的基本特性有：刚度、灵敏度。1刚度刚度是弹性元件受外力作用下变形大小的量度，其定义为弹性元件在单位变形下所需要的力，用C来表示2灵敏度通常用刚度的倒数来表示弹性元件的特性，称为弹性元件的灵敏度。被测体应变片ＦＦ3.3.3灵敏系数定义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。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，这是因为在单向应力产生应变时，应变片的灵敏

8、系数除受到敏感栅结构形状、成型工艺、粘结剂和基底性能的影响外，尤其受到栅端圆弧部分横向效应的影响。直线电阻丝