第四章力参量测量ppt课件.ppt

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1、第四章力参量的测量章节安排第四章力参量测量第一节：电阻应变式传感器(P38)一、电阻应变效应二、金属电阻应变片（丝式、箔式）三、半导体电阻应变片四、应变片的主要参数（灵敏度系数、标称电阻…）五、应变式力传感器第二节：电阻应变仪一、概述（工作原理及分类）二、电阻应变仪的测量电桥(P73)三、电阻应变仪的使用（晶明为例介绍）第三节：影响测量的因素及消除方法(P124)一、温度的影响及其消除办法二、长引线的影响及其消除第四节：典型力参量测量时的贴片和接桥方法(P118)力是物体之间的相互作用，各种机械运动都是力或力矩传递的结果，因此力参量是机械工程中最常见

2、的基础被测参量之一。在研究机器零件的刚度、强度、设备的力能关系以及工艺参数时都要进行应力应变的测量。力参量测量方法机械测力法光学测力法电测法电阻应变式电容式电感式…电阻应变式电测法，其测量系统主要由电阻应变式传感器、测量电路、显示与记录仪器或计算机等设备组成。U、i或εε电阻应变式传感器测量电路显示、记录仪器或计算机§4-1电阻应变式力传感器（P38）电阻应变式力传感器具有悠久的历史，是应用最广泛的传感器之一。应变式电测技术的优点：非线性小，电阻的变化同应变成线性关系；应变片尺寸小（我国的应变片栅长最小达0.178mm），重量轻（一般为0.1~0.2

3、g），惯性小，频率响应好，可测0～500kHz的动态应变；③测量范围广，一般测量范围为10~10-4量级的微应变；测量精度高，动态测试精度达1%，静态测试技术可达0.1%；可在各种复杂或恶劣的环境中进行测量。基本元件电阻应变片可分为金属电阻应变片和半导体应变片两类，是一种将应变转换成电阻变化的变换元件。应变片不仅能测应变，而且对能转化为应变变化的物理量，如力、扭矩、压强、位移、温度、加速度等，都可利用应变片进行测量，所以它在测试中应用非常广泛。设有一根长度为l、截面积为S、电阻率为ρ的金属丝，其电阻R为两边取对数，得等式两边取微分，一、电阻应变效应当

4、金属丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值将发生变化，这种现象称为金属的电阻应变效应。l△ldR/R——电阻的相对变化；dρ/ρ——电阻率的相对变化；dl/l——金属丝长度相对变化，用ε表示，ε=dl/l,称为金属丝长度方向上的应变或轴向应变；dS/S——截面积的相对变化。S=πr2dS/S=2·dr/rdr/r为金属丝半径的相对变化，即径向应变为εr。εr=–με由材料力学知：将微分dR、dρ改写成增量ΔR、Δρ，则金属丝电阻的相对变化与金属丝的伸长或缩短之间存在比例关系。比例系数KS称为金属丝的应变灵敏系数。变形变性物理意义：单位应变引起的电阻相

5、对变化。KS由两部分组成：前一部分是（1+2μ），由材料的几何尺寸变化引起，一般金属μ≈0.3，因此（1+2μ）≈1.6；后一部分为，电阻率随应变而引起的（称“压阻效应”）。对金属材料，以前者为主，则KS≈1+2μ；对半导体，KS值主要由电阻率相对变化所决定。实验表明，在金属丝拉伸比例极限内，电阻相对变化与轴向应变成正比。通常KS在1.8～3.6范围内。二、金属电阻应变片金属应变片式传感器的核心元件是金属应变片，它可将试件上的应变变化转换成电阻变化。金属应变式传感器是利用电阻应变片将应变转换为电阻变化的传感器，传感器由在弹性元件上粘贴电阻应变敏感元件

6、构成。当被测物理量作用在弹性元件上，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。1、丝式应变片由敏感栅1、基底2、盖片3、引线4和粘结剂等组成。这些部分所选用的材料将直接影响应变片的性能。因此，应根据使用条件和要求合理地加以选择。2341bl栅长栅宽电阻应变片结构示意图（1）敏感栅由金属细丝绕成栅形，直径：（0.015～0.05）mm应变片的阻值：60Ω、120Ω、200Ω等多种规格，以120Ω最为常用。（允许有一定的误差，但不能太大，否则影响平衡）标距=栅宽×栅长=b×l较大的应变片：

7、5×100（200）mm较小的应变片：1×1（2）mm等。结构：回线式（a）和短接式（b）一般至少用两个，一个做测量，一个做温度补偿，或用四个，两个做测量，两个做温度补偿。（2）基底和盖片基底用于保持敏感栅、引线的几何形状和相对位置，盖片既保持敏感栅和引线的形状和相对位置，还可保护敏感栅。基底的全长称为基底长，其宽度称为基底宽。基底材料：胶基和纸基（3）引线是从应变片的敏感栅中引出的细金属线，直径（0.15～0.2）mm。对引线材料的性能要求：电阻率低、电阻温度系数小、抗氧化性能好、易于焊接。大多数敏感栅材料都可制作引线。（4）粘结剂用于将敏感栅固定

8、于基底上，并将盖片与基底粘贴在一起。使用金属应变片时，也需用粘结剂将应变片基底粘贴在构件表面某个方向和位置上