电阻应变片教学内容.ppt

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1、电阻应变片力1000N面积0.001m21000/0.001N/m2=1000000Pa＝1MPa例如：5.应变：衡量变形（应变→应力变化）例如：长度1米的杆，被拉长为1.01米应变＝（1.01-1）/1＝0.01固定应用：判断悬臂梁危险区域力危险部位危险部位危险部位危险部位3.1压力的概念及单位一、压力的概念:压力是垂直而均匀地作用在单位面积上的力。大小由受力面积和垂直作用力的大小两个因素决定。表达式为：二.压力的单位1.工程大气压2.标准大气压3.约定毫米汞柱4.约定毫米水柱常用的几种压力单位与帕斯卡的换算关系见表3.1.1所示。三、压力的分类1.

2、绝对压力2.环境大气压力3.表压力4.真空度5.差压上述各种压力的相互关系见图。二、应变式传感器应变片的工作原理:我们可以做这样一个较简单的实验：取一根细电阻丝，记下其初始阻值（图中为10.01）。当我们用力将该电阻丝拉长时，会发现其阻值略有增加（增加到为10.05）。测量应力、应变、力的传感器就是利用类似的原理制作的。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，

3、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。电阻式传感器说明:(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。下应变片传感器由敏感栅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。

4、因此，应根据使用条件和要求合理地加以选择。（1）敏感栅金属细丝绕成栅形。对敏感栅的材料的要求：①应变灵敏系数大，并在所测应变范围内保持为常数；②电阻率高而稳定，以便于制造小栅长的应变片；③电阻温度系数要小；④抗氧化能力高，耐腐蚀性能强；⑤在工作温度范围内能保持足够的抗拉强度；⑥加工性能良好,易于拉制成丝或轧压成箔材；⑦易于焊接，对引线材料的热电势小。对应变片要求必须根据实际使用情况，合理选择。（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。（3

5、）引线是从应变片的敏感栅中引出的细金属线。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。以便将构件受力后的表面应变传递给应变计的基底和敏感栅。常用的粘结剂分为有机和无机两大类。有机粘结剂用于低温、常温和中温。常用的有聚丙烯酸酯、酚醛树脂、有机硅树脂，聚酰亚胺等。无机粘结剂用于高温，常用的有磷酸盐、硅酸、硼酸盐等。应变效应——金属丝金属电阻丝的电阻关系:当电阻丝受

6、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，通常K为1.7-3.6。(2)对于半导体应

7、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.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敏度高。两种应变片的特性小结1.线性度:金属电阻丝:非线性误差小,在较大测量范围内应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。2.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.两种应变片的特性小结3.灵敏度金属电阻丝:K=1+2,为金属材料的泊松系数,通常K=1.7~3.6;半导体材

8、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）4.其他特