传感器原理与应用-第3章-应变式传感器ppt课件.ppt

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1、电阻应变式传感器第三章应变式传感器电阻元件非电量电阻变化电阻应变式传感器利用电阻应变片将应变转换为电阻变化的传感器。组成在弹性元件上粘贴电阻应变敏感元件构成。工作过程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。第三章应变式传感器应变式电阻传感器作为测力的主要传感器，测力范围小到肌肉纤维，大到登月火箭，精确度可到0.01-0.1%。有拉压式（柱、筒、环元件）、弯曲式、剪切式。应变式传感器特征：材料类型：金属应变片、半导体应变片应用范围：应变力、压力、转矩、位移、加速度主要

2、优点：使用简单、精度高、范围大、体积小电阻应变式传感器电阻应变片的发展历史第三章应变式传感器1856年，W.Thomoson发现金属丝的应变效应，并用惠斯通电桥精确测量电阻的变化。1938年，E.Simmons和A.Ruge制成纸基丝绕式应变片。1953年，P.Jackson用光刻技术制成箔式应变片。1954年，C.Smith发现半导体材料的压阻效应。1957年，W.Mason研制出半导体应变片。第三章应变式传感器3.1电阻应变片的工作原理3.2电阻应变片的种类3.3电阻应变片的主要特性3.4电阻应变片的测量电路3.5应变式传感器的应用应变式传感器的核心元件：电阻应变

3、片，试件上的应力变化转换成电阻变化。应变效应:导体或半导体在受到外界力的作用时，产生机械变形，机械变形导致其阻值变化，这种因形变而使阻值发生变化的现象称为应变效应。应变效应§3.1电阻应变片的工作原理金属丝的应变效应ll+dl2r2(r-dr)FF§3.1电阻应变片的工作原理一、金属的应变效应§3.1电阻应变片的工作原理一、金属的应变效应即金属的电阻相对变化与应变成正比关系。§3.1电阻应变片的工作原理一、金属的应变效应通过弹性元件，可将应力转换为应变，这是应变式传感器测量应力的基本原理。§3.1电阻应变片的工作原理一、金属的应变效应半导体应变片又称为压阻式传感器。基

4、于半导体材料的压阻效应而制成的一种纯电阻性元件。§3.1电阻应变片的工作原理压阻效应半导体材料的电阻率随作用应力的变化而发生变化的现象。半导体材料敏感条电阻率的相对变化值与其在轴向所受的应力之比为一常数。即二、半导体的压阻效应当半导体材料受轴向力作用时，电阻相对变化为几何形状压阻效应§3.1电阻应变片的工作原理半导体应变片的灵敏系数比金属丝式的高50～80倍，但半导体材料的温度系数大，应变时非线性比较严重，使应用范围受到一定的限制。半导体应变片的优点：体积小，灵敏度高，频率响应范围宽，输出幅值大，不需要放大器，可直接与记录仪连接，使测量系统简单。二、半导体的压阻效应第

5、三章应变式传感器3.1电阻应变片的工作原理3.2电阻应变片的种类3.3电阻应变片的主要特性3.4电阻应变片的测量电路3.5应变式传感器的应用§3.2电阻应变片的种类金属电阻应变片半导体电阻应变片电阻应变片按材料分类：按结构分类：按使用环境分类：单片、双片、特殊形状高温、低温、高压、磁场、水下丝式箔式薄膜式基片覆盖层金属丝引线金属丝应变片结构1、金属丝式应变片金属电阻丝（合金，电阻率高，直径约0.02mm）粘贴在绝缘基片上，上面覆盖一层薄膜，变成一个整体。§3.2电阻应变片的种类利用光刻、腐蚀等工艺制成一种很薄的金属箔栅，厚度一般在0.003~0.010mm，粘贴在基片

6、上，上面再覆盖一层薄膜而制成。优点：表面积和截面积之比大，散热条件好，允许通过的电流较大，可制成各种需要的形状，便于批量生产。金属箔式应变片§3.2电阻应变片的种类2、金属箔式应变片金属薄膜应变片是采用真空蒸镀或溅射式阴极扩散等方法，在薄的基底材料上制成一层金属电阻材料薄膜以形成应变片。特点：这种应变片有较高的灵敏度系数，允许电流密度大，工作温度范围较广。常用金属薄膜应变片§3.2电阻应变片的种类3、金属薄膜应变片第三章应变式传感器3.1电阻应变片的工作原理3.2电阻应变片的种类3.3电阻应变片的主要特性3.4电阻应变片的测量电路3.5应变式传感器的应用变形物体在外力

7、作用下而改变原来尺寸或形状的现象。弹性变形当外力去掉后物体又能完全恢复其原来的尺寸和形状。弹性元件具有弹性变形特性的物体。§3.3电阻应变片的主要特性一、弹性敏感元件的基本特性弹性元件在应变片测量技术中有极其重要地位。传递给粘贴在弹性元件上的应变片力、力矩或压力变换成相应的应变或位移力、力矩或压力通过应变片转换成相应的电阻值§3.3电阻应变片的主要特性一、弹性敏感元件的基本特性1、刚度弹性特性曲线§3.3电阻应变片的主要特性一、弹性敏感元件的基本特性2、灵敏度灵敏度：单位力作用下弹性元件产生变形的大小。灵敏度大，表明弹性元件软，变形大。弹性特性曲线与