弹性元件上应变片的粘贴和电桥连接.ppt

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1、任务二:电阻应变片传感器应用于称重系统应力、应变的基本概念1.应力的基本概念在一组自相平衡的外力作用下物体内各个部分产生相互作用力，我们用应力来描写。给一根截面积为S的均匀直杆两端施加方向相反的拉力F。如果在杆中A点作一垂直于杆轴的截面并且考虑被这截面分开的左半段杆子，根据静力平衡要求，在此截面上分布有合力为F的力，这个力就是右半段杆子通过截面A作用到左半段杆子上的内力。我们把作用在单位面积上的内力叫做应力。2.应变的基本概念杆件在轴向拉伸或压缩时，所产生的主要变形是沿轴线方向伸长或缩短；但是杆的横向尺寸还会缩小或增大，前者称为纵向变形，

2、后者称为横向变形。实验证明，当受拉力时，杆的伸长量△l与拉力F和杆件原长成正比，与杆件的横截面积A成反比。可以用数学式表示为：如果引进一个比例系数，则上式就是轴向拉伸和压缩时纵向变形的计算公式，称为虎克定律式中的E值与材料的性质有关，称为材料的弹性模量，其值越大，则杆件的变形越小，故它是衡量材料抵抗变形能力的一个指标。EA代表了杆件抵抗拉伸（压缩）变形的能力，称为杆件的抗拉（压）刚度。2.应变的基本概念目录2.1电阻应变式传感器2.2电阻应变式传感器的信号调节电路2.3电阻应变式传感器应用于称重系统2.1电阻应变式传感器电阻应变式传感器是

3、将非电量的变化转换成与之有一定关系的电阻值的变化，通过对电阻值的测量达到对非电量测量的目的。其主要特点是：结构简单，性能稳定、可靠，灵敏度高，频率响应特性好，适合于静、动态测量。它是目前用于测量力、力矩、压力、加速度、质量等参数最常用的传感器之一，已广泛应用于许多领域，诸如航空、机械、电力、化工、建筑。2.1.1电阻应变式传感器的工作原理构成电阻应变式传感器由弹性元件、电阻应变片和测量电路组成。弹性元件用来感受被测量的变化，并将被测量的变化转换为弹性元件表面应变。工作原理电阻应变片粘贴在弹性元件上，将弹性元件的表面应变转换为应变片电阻值的

4、变化；然后通过测量电路将应变片电阻值的变化转换为便于输出测量的电量，从而实现非电量的测量。一、电阻应变片的分类电阻应变片是应变测量的关键元件，为适应各种领域测量的需要，可供选择的电阻应变片的种类很多，但按其敏感栅材料及制作方法可分类如表所示。2.1.1电阻应变式传感器的工作原理大类细分金属电阻应变片金属丝应变片金属箔应变片金属薄膜应变片半导体电阻应变片体型半导体应变片P型应变片、N型应变片扩散型半导体应变片P型应变片、N型应变片薄膜型半导体应变片电阻应变片分类二、电阻应变片的工作原理1.金属电阻应变片（1）金属丝电阻应变效应金属导体在发生

5、机械变形时，其阻值发生相应变化，即形成导体的电阻应变效应。由于式中：ρ——电阻率；L——导体长度；S——导体截面积。对式（3-1）进行全微分得（3-1）（3-2）令导体纵向（轴向）应变量，横向（径向）应变量为，由《材料力学》相关知识可知，在弹性范围内，金属丝受拉时，纵向应变与横向应变的关系为：即当金属丝受拉而伸长时，则ρ、L、S的变化dρ、dL、dS将会引起电阻值的变化。令导体截面半径为r，则式中μ——金属材料的泊松系数。将(3-2)、(3-3)代入(3-1)可得：（3-3）引入应变灵敏系数由式（3-4）得（3-4）（3-5）式中，决定于

6、导体几何形状发生的变化，决定于导体变形后所引起的电阻率的变化。KS为金属导体应变灵敏系数，其物理含义是单位纵向应变引起电阻的相对变化量，即或当金属丝制作成敏感栅时，其灵敏系数不仅决定于金属导体材料本身的灵敏系数Ks，而且还与敏感栅的横向效应、粘结剂及粘贴工艺等诸多因素有关。因而实际的电阻应变片灵敏系数略小于Ks，电阻应变片产品上标注的灵敏系数即为该批应变片抽样检测所得到的灵敏系数的平均值。（2）金属丝电阻应变片结构金属丝电阻应变片的基本结构如图所示。敏感栅2是由直径均为0.025mm、高电阻率的合金电阻丝绕制而成，栅长为l，栅宽为b，静态

7、电阻值有60Ω、120Ω、200Ω等多种规格。电阻应变片基本结构1－基片；2－敏感栅；3－覆盖层；4－引线图中基片1和覆盖层3是用来固定敏感栅、引线的几何形状和相对位置。基片多采用粘结剂和有机树脂薄膜制成，厚度约0.02～0.04mm，它也是敏感栅与弹性元件间的绝缘层。覆盖层起保护敏感栅作用，也是由粘结剂和树脂薄膜制成，覆盖层、敏感栅和基片由粘结剂粘结在一起。应变片的引线常用直径为0.1～0.15mm的镀锡铜线，引线与敏感栅焊接可靠，电阻率低，电阻温度系数小，抗氧化，耐腐蚀。电阻应变片基本结构1－基片；2－敏感栅；3－覆盖层；4－引线（a

8、）灵敏系数灵敏系数系指应变片安装于试件表面，在其轴线方向的单向应力作用下，应变片的阻值相对变化与试件表面上安装应变片区域的轴向应变之比。K值的准确性将直接影响测量精度，其误差大小是衡量应变片质