传感器原理及应用全套配套课件PPT动画教学大纲第3章 电阻式传感器.ppt

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1、第3章电阻式传感器传感器原理与应用传感器原理及应用第3章应变式传感器主要内容3.1金属丝电阻应变片3.2电阻应变片测量电路3.3电阻应变式传感器的应用3.4半导体压阻式传感器的应用传感器原理及应用第3章应变式传感器电阻应变式传感器是将被测的非电量转换成电阻值的变化，再经转换电路变换成电量(电流、电压)输出。电阻应变式传感器也是应用最广泛的传感器，可用于应变力、压力、转矩、位移、加速度。据统计日本力传感器中应变片占70%，美国占90%。测力范围：小到肌肉纤维（5×10-5N)，大到登月火箭(5×107N)；精确度：在0.01～0.1%，有10年以上的校准稳定性。应变

2、式传感器主要特征有不同材料类型，金属应变片、半导体应变片;优点，结构简单、精度高、范围大体积小；缺点，电阻、半导体会随温度变化。RF概述传感器原理及应用第3章应变式传感器电阻应变式传感器广泛应用于各种衡器和应变测量1）用于各种电子秤电子天平传感器原理及应用第3章应变式传感器吊秤遥动遥控吊秤液压叉车秤传感器原理及应用第3章应变式传感器电子皮带秤行李秤钢包电子秤行车电子秤防爆汽车衡给料秤传感器原理及应用第3章应变式传感器机械秤包装机动态电子秤自动称重给料机给料斗秤称重包装机定量包装机灌装机传感器原理及应用第3章应变式传感器2）用于应变仪——全自动应力、应变实时监测仪动

3、态监测各种工件施工中的应变、应力、载荷或合成应力；可检测振动时效果。可静态地测量内应力、接触应力，如焊接件、铸件、锻件、水坝、岩石、混凝土内的内应力；焊接、铸造、机加工、热加工、锻造、冷凝、体变等残余接触应力；用于各种弹性固体材料、构建的应变测量、应力检测及监测，如：钢结构、合金件、机床、大坝体、隧道、桥梁、高楼、建筑、土建、管道、输水管、岩石、地震、船舶、海洋平台、油井、小堤坝、电缆、锅炉……，传感器原理及应用第3章应变式传感器上海卢浦大桥通车应变试验传感器原理及应用第3章应变式传感器上海国际会议中心模型试验传感器原理及应用第3章应变式传感器打桩船吊塔强度试验传

4、感器原理及应用第3章应变式传感器3.1金属丝电阻应变片金属应变片结构：网状敏感栅——高阻金属丝、金属箔基片——绝缘材料盖片——保护层1.应变片结构金属丝式应变片结构金属箔式应变片结构传感器原理及应用第3章应变式传感器3.1金属丝电阻应变片1.应变片结构1—敏感元件2、4—基底3—引线应变片组成应变片结构传感器原理及应用第3章应变式传感器3.1金属丝电阻应变片1.应变片结构单体型半导体应变片半导体应变片结构温度传感器扩散电阻硅膜片硅片基片集成式应变传感器传感器原理及应用第3章应变式传感器金属电阻应变片的基本原理基于电阻应变效应：即导体在外力作用下产生机械形变时阻值发

5、生变化。2.工作原理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值的相对变化,与电阻率变化成正比一根长L，截面积为S，电阻率为ρ的金属丝电阻传感器原理及应用第3章应变式传感器径向应变为：（截面积相对变化量）轴向应变为：横向变形系数：（泊松系数）在弹性范围内金属丝受拉时，轴向应变和径向应变的关系，负号表示应变受力Ｆ方向相反2.工作原理传感器原理及应用第3章应变式传感器用轴向、径向应变、泊松系数带入后电阻变化率为：定义金属电阻丝的灵敏系数为k0；即：单位应变能引起的金属丝电阻相对变化金属丝受力后主要引起两个方面的变化：材料几何尺寸变化（1+2μ）；材料电阻

6、率的变化（Δρ/ρ）/ε2.工作原理传感器原理及应用第3章应变式传感器金属丝灵敏系数k0主要由材料的几何尺寸变化引起的应力σ=Eε（E弹性模量）σ∝ε，ε∝ΔR/Rσ应力→ε应变→ΔR/R电阻变化（反映应力大小）通过弹性元件可将位移、压力、振动等物理量通过应力变化，并转换为电阻的变化进行测量，这是应变式传感器测量应变的基本原理。已知泊松系数μ=0.25～0.5(钢μ=0.285)因为所以近似：k0≈1+2μ，k0≈1.5～22.工作原理传感器原理及应用第3章应变式传感器3.1金属丝电阻应变片弹性元件在应变片测量技术中占有极其重要的地位，首先把力、力矩或压力变换成相

7、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。物体在外力作用下而改变原来尺寸或形状的现象称为变形，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。3.弹性敏感元件传感器原理及应用第3章应变式传感器传感器原理及应用第3章应变式传感器常用弹性元件的结构和特性传感器原理及应用第3章应变式传感器3.1金属丝电阻应变片a）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3.弹性敏感元件式中:F——作用在弹

8、性元件上的