检测技术基础3周应变片.ppt

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1、检测技术基础检测就是去认识——科学家西门子（W.Ven.Siemens）非电量检测技术在生产过程中，检测技术研究的对象大多数是非电量的测量技术。常见的测量对象如：热工量：压力，温度，流量；机械量：位移，压力，长度，物位，速度，加速度，振动；学习非电量检测技术，首先需要学习传感技术。传感技术对国民经济的重要性是无可低估的，没有性能好的传感器，就不会有良好的检测技术的发展。国内传感器共分10大类，24小类，6000个品种，而国外品种更多，如美国约有17000种传感器，所以发展传感器品种的领域很宽广。化工量

2、：浓度，成份，PH值，黏度；一、电阻应变式传感器电阻式传感器利用敏感体受到某种物理状态的变化，其电阻也随之变化的特性，把这种电阻变化通过测量电路的转换，形成电能形式（电压，电流，频率等）的信号变化，经传递、放大、处理，最终变成显示值。常见的有：电位器式传感器，热电阻式传感器，热敏电阻传感器，气敏传感器，湿敏传感器，应变片传感器等。说明:(1)电阻式传感器将电阻变化量转换成电能信号,如电压,电流,才可以在仪表系统里进行传递和处理。(2)电阻式传感器的电阻变化量R通常很小,所以转换的信号是微弱的,需要经

3、过调理放大后驱动显示。应变片传感器用途:压力,荷重,扭矩,加速度等的测量。特点:体积小,性能稳定,精度高,结构简单,测量范围大,抗干扰能力强等.目前主要有两种:金属电阻丝应变片,半导体应变片。下图为金属电阻丝应变片的外形结构.应变效应——金属丝金属电阻丝的电阻关系:当电阻丝受到外力作用发生形变,影响电阻变化的三个参数（电阻率、长度、截面积）:全微分方程:应变效应——金属丝电阻相对变化量:对于截面积变化量转换为直径变化:根据材料力学横向收缩和纵向伸长关系:整理::泊松系数,=0.3→0.5;ε和分别

4、为纵向应变（长度相对变化量）和横向应变（横向相对变化量）半导体应变片将半导体材料用特殊工艺在基片上涂膜形成扩散硅。当扩散硅受外力作用后两端电阻也发生变化,也可以用金属电阻丝应变片表达式:金属-半导体区别(1)对于金属电阻丝应变片的电阻率受力后变化甚微,故可以忽略不计:为电阻丝灵敏系数，μ在0.3-0.5，所以K为1.6-2.0。(2)对于半导体应变片是根据压阻效应工作的电阻率的变化要比前两项大得多.其中:r压阻系数;沿纵向的应变;E材料的弹性模量;K灵敏系数。K=50-70远比金属电阻丝应变片的灵

5、敏度高。灵敏系数k-补充当具有初始电阻值的应变计粘贴于试件表面时，试件受力引起的表面应变，将传递给应变计的敏感栅，使其产生电阻相对变化。实验证明，在一定的应变范围内，有下列关系：式中：为应变计轴向应变；为应变计的灵敏系数。两种应变片的特性小结1.灵敏度金属电阻丝:K=1+2,为金属材料的泊松系数,=0.3-0.5.所以,应变片灵敏系数最大为K=2.半导体材料:K=50~70，可测微小应变（600微应变，长度相对变化量为10-6为1微应变）2.线性度:金属电阻丝:非线性误差小,在较大测量范围内应

6、变片灵敏系数基本不变。半导体材料:非线性误差严重,测量范围小。3.动态特性:金属电阻丝:响应速度在低频时较好,但随频率提高,响应速度有可能跟不上而导致失真.半导体材料:因体积小,保证响应速度良好的频率范围较宽.4.其他特性:半导体材料的横向效应,机械滞后小于金属电阻丝.测量原理金属应变的类型金属丝式金属箔式金属薄膜式金属丝式金属箔式应变片在绝缘基底上，将厚度为0.003～0.01mm电阻箔材，利用照相制板或光刻腐蚀的方法，制成适用于各种需要的形状。（1）尺寸准确，线条均匀，适应不同的测量要求;（2）可

7、制成多种复杂形状尺寸准确的敏感栅;（3）与被测试件接触面积大，粘结性能好。散热条件好，允许电流大，灵敏度提高;（4）横向效应可以忽略;（5）蠕变、机械滞后小，疲劳寿命长。金属薄膜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0.1μm以下的金属电阻材料薄膜敏感栅，再加上保护层，易实现工业化批量生产;优点：应变灵敏系数大，允许电流密度大，工作范围广，易实现工业化生产;问题：难控制电阻与温度和时间的变化关系。金属电阻丝应变片的横向效应1.实际灵敏系数上述讨论的灵敏系数K=1+2,指的是一根

8、金属导体,但是当金属丝绕制成栅状片时,增加了多处的弯角,金属丝无论是在拉伸还是压缩,直线部分与弯角部分的应变不相同。金属丝受外力后,直线部分仅受到纵向应变,而弯角部分将同时受到纵向和横向两个方向的应变.使弯角部分的电阻变化减少。这就是横向效应。2.横向效应的缺点：（1）灵敏系数减小，（2）电阻与应变的关系存在非线性。减少横向效应的几种措施敏感栅的纵栅愈窄、愈长，而横栅愈宽、愈短，则横向效应的影响愈小。（1）减少弯角横向长度：（2）加粗弯角宽度：（3）弯角