工学应变式传感器教学ppt课件.ppt

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1、3.1工作原理3.2电阻应变片特性3.3电阻应变片的测量电路3.4应变式传感器应用第3章应变式传感器力/压力传感器应用广泛、影响面宽，不仅可以测量力和压力，也可以用于测量负荷、加速度、扭矩、位移等其他物理量，他们都与机械应力有关，所以把这类传感器称为力学量传感器。传统的测量力的方法是利用弹性元件的形变和位移来表示的，其特点是成本低，不需要电源，但体积大、笨重、输出为非电量。后来随着微电子技术发展，利用半导体材料的压阻效应和弹性与集成电路工艺，研制出了半导体力和压力传感器，使这类传感器有了长足的进步，而且半导体压力传

2、感器正向集成化和智能化方向发展。第3章应变式传感器电阻应变计，也称应变片，是进行应力和应变测量的关键元件，电阻应变式传感器是利用电阻应变片将应变转换为电阻变化的传感器,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。应变式电阻传感器是目前测量力、力矩、压力、加速度、重量等参数应用最广泛的传感器。3.1工作原理电阻应变计按照敏感栅所使用的材料可以分为金属电阻应变片和半导体电阻应变片

3、两种。一、金属应变计的结构金属电阻应变片是一种能将机械构件上应变的变化转换为电阻变化的传感元件。由敏感栅1、基底2、覆盖层3、引线4和粘合剂等组成。这些部分所选用的材料将直接影响应变片的性能。因此，应根据使用条件和要求合理地加以选择。2341电阻应变片结构示意图bl栅长栅宽由敏感栅1、基底2、覆盖层3、引线4和粘合剂等组成。这些部分所选用的材料将直接影响应变片的性能。因此，应根据使用条件和要求合理地加以选择。2341电阻应变片结构示意图bl栅长栅宽应用时将应变片用粘结剂牢固地粘贴在被测试件表面上。当试件受力变形时，应变片

4、的敏感栅也随同变形，引起应变片电阻值变化，通过测量电路将其转换为电压或电流信号输出。应变计金属应变片（1）敏感栅由金属细丝绕成栅形。电阻应变片的电阻值为60Ω、120Ω、200Ω等多种规格，以120Ω最为常用。2341电阻应变片结构示意图bl栅长栅宽（2）基底和覆盖层基底：（1）保持敏感栅、引线的几何形状和相对位置；（2）它是将应变传递到敏感栅的中间介质；（3）起到敏感栅（金属丝）与试件之间的绝缘作用。2341电阻应变片结构示意图bl栅长栅宽（2）基底和覆盖层覆盖层：既保持敏感栅和引线的形状和相对位置，还可保护敏感栅。（

5、3）引线是从应变片的敏感栅中引出的细金属线。对引线材料的性能要求：电阻率低、电阻温度系数小、抗氧化性能好、易于焊接。大多数敏感栅材料都可制作引线。（4）粘结剂用于将敏感栅固定于基底上，并将盖片与基底粘贴在一起。使用金属应变片时，也需用粘结剂将应变片基底粘贴在构件表面某个方向和位置上。以便将构件受力后的表面应变传递给应变计的基底和敏感栅。2341电阻应变片结构示意图bl栅长栅宽二、金属应变计的材料对电阻丝材料应有如下要求：二、金属应变计的材料对电阻丝材料应有如下要求：1.灵敏系数大，且在相当大的应变范围内保持常数。2.ρ

6、值大，即在同样长度、同样横截面积的电阻丝中具有较大的电阻值。3.电阻温度系数小，否则因环境温度变化也会改变其电阻值。4.与铜线的焊接性能好，与其它金属的接触电势小。5.机械强度高，具有优良的机械加工性能。康铜是目前应用最广泛的应变丝材料，国内外多以康铜作为应变丝材料。三、金属应变计的基本原理当金属丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值将发生变化，这种现象称为金属的电阻应变效应。设有一根长度为l、截面积为S、电阻率为ρ的金属丝，其电阻R为图金属的电阻应变效应金属丝的电阻变化与受力后横截面积的变化、长度的变化和电阻率的变化有

7、关。图金属的电阻应变效应两边取偏微分，得其中则S=πr2则则——电阻的相对变化——电阻率的相对变化——金属丝长度的相对变化或轴向应变，用ξ表示——截面积的相对变化dr/r为金属丝半径的相对变化，即径向应变为εr。εr=–με由材料力学知式中：μ——金属材料的泊松系数即则则金属丝电阻的相对变化与金属丝的伸长或缩短之间存在比例关系。比例系数K0称为金属丝的灵敏系数。K0的物理意义：单位应变引起的电阻相对变化。一般金属丝的K0取值区间为：2～6其中泊松系数是横向线度的相对缩小和纵向线度相对伸长之间的固定比例，一般材料的μ为常数

8、。则金属应变计的灵敏系数K0仅由形变变化引起；一般金属的压阻系数很小，可以忽略。则K0≈1+2μ；由于一般材料形变时，晶格畸变引起电阻率变化→(dρ/ρ)/ε有一定值，该定值称为压阻系数（表示电阻率随轴向应变ε的变化）由于一般材料的压阻系数μ是常数；则可以看出，当金属丝受拉力变形时，其电阻的相对变化率dR/R与金属丝