传感器原理及检测技术精品课程

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1、www.plcworld.cn应变式传感器应变式传感器2.1金属应变式传感器2.2半导体压阻应变式传感器2.3测量电路www.plcworld.cn原理电阻式传感器的基本原理将被测量的变化转换成传感器元件电阻值的变化，再经过转换电路变成点信号输出。常用来测量力、压力、位移、应变、扭矩、加速度等。应变式传感器基本上是利用金属的电阻应变效应将被测量转换为电量输出的一种传感器。传感元件有应变片、半导体膜片、电位器等。由它们分别制成了应变式传感器、压阻式传感器、电位器式传感器等www.plcworld.cn§2.1金属应变式传感器2.1.1工作原理2.1.2应变片的基本结构和测

2、量原理2.1.3电阻应变片的主要特性www.plcworld.cn§2.1.1工作原理工作原理：：导体或半导体材料再导体或半导体材料再外界力的作用下外界力的作用下产生机械变形时产生机械变形时，，其电阻值相应发生变化其电阻值相应发生变化，，这种这种现象称为现象称为““应变效应应变效应””。。设有一段长为设有一段长为ll，，截面积为截面积为AA，，电阻率为电阻率为ρρ的导体的导体((如金属丝如金属丝))，，它具有的电阻它具有的电阻为为::lR(21)A式中式中：：ρρ——电阻丝的电阻率电阻丝的电阻率；；ll——电阻丝的长度电阻丝的长度；；AA——电阻丝的截面积电阻丝的

3、截面积。。www.plcworld.cn当它受到轴向力F而被拉伸(或压缩)时，其l、A和ρ均发变化，导体的电阻随之发生变化，电阻相对变化为：dRdldAdRlA(22)材料的轴向线应变:dlldAdr2Ar(23)www.plcworld.cn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drdl(24)rlμ为电阻丝材料的泊松比，负号表示应变方向相反，则dRdLd(12)(25)RLwww.plcworld.cn应变灵敏系数应变灵敏系数：：dRdLK/sRLddL(

4、26)K(12)/sLd/(12)（（11＋＋22μμ））————决定于导体几何形状发生得变化决定于导体几何形状发生得变化d/————决定于导体变形后所引起的电阻率决定于导体变形后所引起的电阻率的变化的变化www.plcworld.cnKs：：金属导体应变灵敏系数金属导体应变灵敏系数，，物理含义物理含义是单位纵向应变引起电阻的相对变化量是单位纵向应变引起电阻的相对变化量。。dRdLKK(27)ssRLRLKK(28)ss或或RL还与敏感栅的横向效应还与敏感栅的横向效应﹑﹑粘结剂及粘粘结剂及粘贴工艺等诸多因素有关贴

5、工艺等诸多因素有关。。电阻应变片灵敏电阻应变片灵敏系数略小于系数略小于KSKS，，www.plcworld.cn§2.1.21.应变计的结构(a)丝式(b)箔式(c)半导体1—基底2—敏感栅3—盖层4—引线www.plcworld.cn主要有丝式、箔式和半导体等三种典型应变计的结构型式(1)基底——为保持敏感栅固定的形状、尺寸和位置，通常用粘结剂将它固结在纸质或胶质的基底上。一般为0.02～0.04mm(2)敏感栅——应变计中实现应变-电阻转换的敏感元件。其电阻值一般在100Ω以上(3)盖层——用纸、胶作成覆盖在敏感栅上的保护层；起着防潮、防蚀、防损等作用(4)引线——

6、它起着敏感栅与测量电路之间的过渡连接和引导作用。www.plcworld.cn2.测量原理用应变片测量时，将其粘贴在被测对象表面上。当被测对象受力变形时，应变片的敏感栅也随同变形，其电阻值发生相应变化，通过转换电路转换为电压或电流的变化，这是用来直接测量应变。通过弹性敏感元件，将位移、力、力矩、加速度、压力等物理量转换为应变，则可用应变片测量上述各量，而做成各种应变式传感器。应变片之所以应用得比较广泛，是由于它有如下的优点：www.plcworld.cn测量应变的灵敏度和精度高，性能稳定、可靠，可测，误差小于1%。应变片尺寸小、重量轻、结构简单、使用方便、测量

7、速度快。测量时对被测件的工作状态和应力分布基本上无影响。既可用于静态测量，又可用于动态测量。测量范围大。既可测量弹性变形，也可测量塑性变形。变形范围可从1%～2%。适应性强。可在高温、超低温、高压、水下、强磁场以及核辐射等恶劣环境下使用。便于多点测量、远距离测量和遥测。价格便宜，品种多，工艺较成熟。www.plcworld.cn§2.1.31.1.灵敏系数灵敏系数kk当具有初始电阻值当具有初始电阻值的应变计粘贴于试件表面时的应变计粘贴于试件表面时，，试件受力引起的表面应变试件受力引起的表面应变，，将传递给应变计的敏将传递给应变