传感检测技术与其应用第4章ppt课件.ppt

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1、传感检测技术及其应用第二篇典型传感器的原理及其应用技术1因为在相关课程中，如工程测试技术，学习过各种传感器的基本原理，所以，在本课程中对各种典型传感器只作简要介绍，重点在于学习他们的信号处理电路和应用。各种典型传感器的学习内容2第4章电阻式传感器及应用一、电阻式传感器及分类1.电阻式传感器电阻式传感器是把被测量转换为电阻变化的一种传感器。2.电阻式传感器分类电阻式传感器主要有变阻器式、电阻应变式和固态压阻式传感器。二、变阻器式电阻式传感器3优点：＊结构简单、尺寸小、重量轻、价格低廉且性能稳定；＊受环境因素(如温度、湿度、电磁场干扰等)影响小；＊可以实现输出—输入间任意函数关系；＊输

2、出信号大，一般不需放大。4缺点：＊因为存在电刷与线圈或电阻膜之间摩擦，因此需要较大的输入能量；＊由于磨损不仅影响使用寿命和降低可靠性，而且会降低测量精度，所以分辨力较低；＊动态响应较差，适合于测量变化较缓慢的量。三、电阻应变式电阻传感器金属电阻应变片的工作原理是基于金属导体的电阻-应变效应，即金属导体在外力作用下发生机械变形时，其电阻值随着它所受机械变形(伸长或缩短)的变化而发生变化的现象。51.分类及结构金属电阻应变片分为金属丝式、箔式和膜式等。（1）电阻丝应变片金属丝式应变片的典型结构：将一根高电阻率金属丝（康铜、镍铬、卡玛合金等，直径0.025mm左右）绕成栅形，粘贴在绝缘的基

3、片和覆盖层之间，由引出导线接于电路中。6（2）箔式应变片箔式应变片由厚度为1~10m的康铜箔或镍铬箔经光刻，腐蚀工艺制成的栅状箔片。箔式应变片适于大批量生产，可制成多种复杂形状，线条均匀，敏感栅尺寸准确，栅长最小可到0.2mm；散热好，允许电流大；横向效应、蠕变和机械滞后小，疲劳寿命长；柔性好（可贴于形状复杂的表面），传递试件应变性能好。目前使用的应变片大多是金属箔式应变片。78（3）膜式应变片膜式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0.1mm以下的金属电阻材料薄膜的敏感栅。它的优点是应变灵敏系数大，允许电流密度大，工作范围广，可达－197～317℃。2.

4、工作原理（电阻－应变效应）电阻－应变效应是指金属电阻丝的电阻随着它所承受机械变形（伸长或缩短）的大小而发生改变的一种物理现象。9设有一根圆截面金属电阻丝，其电阻为金属电阻丝受拉变形当受到轴向力F被拉伸时，其电阻变化为10则上式即为电阻－应变效应表达式。11对于电阻应变片，其电阻变化率与应变的关系为3.电阻应变片的主要特性（1）应变计的电阻值R应变计在没有粘贴及未参与变形有前，在室温下测定的电阻值。（2）灵敏度系数k应变计的灵敏度系数由其材料及结构决定，由实验获得。12（3）机械滞后试件上加载、卸载过程中，对同一机械应变，应变片指示应变值发生变化，其差值称之机械滞后。其滞后大小与应变片

5、承受的应变量大小有关，造成原因主要是敏感栅、基底粘合剂在承受机械应变后所留下的机械变形。13（4）横向效应与横向效应系数应变片在感受被测试件的应变时，横向应变将使电阻变化率减小，从而降低灵敏度系数的现象，称为应变片的横向效应。在同一单向应力作用下，垂直于单向应变方向安装的应变计的指示应变与平行于单向应变方向安装的同批应变计的指示应变之比，称为横向应变系数。所以，为了减小横向效应的影响，应变片都做成窄长的形状。（5）零点漂移指试件空载（不受应力作用）、温度恒定的条件下，指示应变随时间的变化值。14（6）蠕变粘贴在试件上的应变片，在恒温恒载条件下，指示应变随时间的变化数值称为蠕变。（7）

6、应变极限对于已安装的应变计，在温度恒定时，指示应变和真实应变的相对误差不超过规定数值的真实应变值，称为应变极限。如图所示。15（8）疲劳寿命在恒定幅值交变应力作用下，连续工作到产生疲劳损坏的循环次数，称为应变片的疲劳寿命。（9）温度效应及热输出由于环境温度变化的影响，将使应变片的电阻发生变化，这种现象称为应变计的温度效应。而由于温度变化引起的应变输出称为热输出。热输出定义为：当应变片安装在某一线性膨胀系数的试件上，试件可以自由膨胀，在缓慢升（或降）温的均匀温度场内，由温度变化引起的指示应变。16从上面可知，影响热输出因素主要有三个：温度变化；应变片敏感栅材料电阻温度系数；试件材料和敏

7、感栅材料线性膨胀系数不等。17（10）应变计的最大工作电流应变片正常工作允许通过的最大电流。通常静态测量时为25mA，动态测量时为75－100mA。工作电流过大会导致应变片过热、灵敏度变化、零漂和蠕变增加，甚至烧毁。（11）绝缘电阻已安装的应变计的敏感栅及引线与被测试件之间的电阻值。是检查应变计的粘贴质量与粘合剂是否干燥或固化的重要指标。绝缘电阻越高越好，在室温下，一般为500－5000MΩ之间。（12）应变片的动态特性应变片在测量变化频率较高的动态应变时