《力敏传感器》PPT课件

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1、传感器原理第三章力/压力敏传感器第三章力/压力敏传感器主要内容：电阻应变计金属应变计半导体应变计应变计的测量原理和测量线路电阻应变式传感器的应用压电式力传感器压电式传感器的基本原理压电传感器的等效电路与测量线路压电式传感器的应用第三章力/压力敏传感器力/压力敏传感器可用于测量位移、加速度、力、力矩、压力等各种参数，由于它们都与机械应力有关，这类传感器常被称为力学量传感器常见的力学量传感器类型电阻应变式传感器压电式传感器电容式传感器电感式传感器3.1电阻应变计电阻应变计，也称应变片，是进行应力和应变测量的关键元件，同时也是用来制造荷重、扭矩、加速

2、度、位移等传感器的关键元件电阻应变式荷重传感器电阻应变式扭矩传感器电阻应变式加速度传感器电阻应变式位移传感器电阻应变效应是电阻应变计工作的基本原理电阻应变计的分类按敏感栅材料分类金属应变片：丝式、箔式、金属薄膜应变计半导体应变片：体型、扩散型、薄膜型半导体应变计按基底材料分类纸基、胶基、浸胶基、金属基应变片按工作温区分类低温、常温、中温、高温应变片3.1.1金属应变计金属应变计是一种能将机械构件上应变的变化转换为电阻变化的传感元件机械构件通常是弹性元件，弹性元件在外力的作用下能够产生弹性变形，外力撤销后，弹性元件又能回复原来的形状从传感器的组成

3、角度上看，弹性元件属于敏感元件，金属应变计属于转换元件（传感元件）电阻应变式传感器通常由弹性敏感元件和应变片构成电阻应变式传感器的工作原理怎么理解电阻应变式？应变是一种途径电阻变化是结果怎么理解电阻应变式传感器？它应该是通过应变而影响到传感器的输出电阻的变化的一种类型的传感器电阻应变式传感器的基本结构是什么？被测量——应变——电阻电阻应变式传感器的工作原理实现电阻应变式传感器靠什么？测什么？被测量应变电阻？？力力矩位移加速度？？？？弹性敏感元件应变片电阻应变式传感器的工作原理构成弹性敏感元件电阻应变片弹性敏感元件感受被测量，产生变形是传感器组成

4、中的敏感元件电阻应变片是传感器组成中的转换元件（传感元件）它将应变转换为电阻值的变化电阻应变式传感器的工作原理电阻应变式传感器的基本原理是通过弹性敏感元件将被测量的变化转换成弹性变形，这个变形在应变片的作用下转换为电阻值的变化，再经过信号调节转换电路变成电压或电流信号的变化通过测量电压或电流信号的变化来确认传感器输出电阻的变化，从而进一步依赖电阻变化与应变之间的关系，以及应变和被测量之间的关系来求得被测量的变化通过不同的弹性敏感元件可以将不同的被测量转换为应变的形式，从而实现不同的测量目的一、金属应变计的基本原理金属的电阻应变效应金属丝的电阻随

5、着它所受的机械变形（拉伸或压缩）的大小而发生相应的变化的现象称为金属的应变效应。金属应变计的工作原理就是利用了金属的电阻应变效应，将应变片感受到的应变转换为电阻的变化金属的电阻应变效应金属丝的电阻LΔLd’dFFF金属的电阻应变效应当金属丝受到轴向力F而被拉伸（或压缩）时，其L、A、ρ均会发生变化，金属丝的电阻值随之发生变化，电阻变化和相对变化分别为：因为金属的电阻应变效应金属丝的轴向应变金属丝的径向应变金属丝受拉时，沿轴向伸长，而沿径向缩短，二者之间的关系为金属的电阻应变效应则金属丝的灵敏系数Ks表示金属丝产生单位变形时，电阻相对变化的大小。

6、金属丝几何尺寸变化引起金属丝变形后引起电阻率的变化金属的电阻应变效应实验证明，在金属丝变形的弹性范围内，电阻的相对变化于应变εx是成正比的，Ks为一常数。应变片的灵敏系数K恒小于同一材料金属丝的灵敏系数Ks。标称灵敏系数是经抽样测定灵敏系数的平均值二、金属应变片的结构和分类金属应变片的典型结构金属应变片的分类丝式应变片用金属丝构成敏感栅粘结在各种绝缘基底上构成回线式应变片电阻丝绕制存在横向效应短接式应变片电阻丝焊接克服横向效应焊点多，容易出现疲劳破坏制造工艺要求高金属应变片的分类箔式应变片利用光刻、腐蚀方法将电阻箔材在其绝缘基底下制成各种图形优

7、点可制成任意形状以适应不同的测量要求粘合面积大粘结情况好，传递试件应变性能好散热性能好，允许通过较大的工作电流横向效应可以忽略蠕变、机械滞后小，疲劳寿命高金属应变片的分类薄膜应变片采用真空蒸发或真空沉积等方法将电阻材料在基底上制成一层各种形式敏感栅而形成应变片应变片灵敏系数高易实现工业化生产温度误差较难控制三、金属应变片的参数应变片电阻值（R0）指未安装的应变片，在不受外力的情况下，于室温条件测定的电阻值，也称原始阻值。应变片电阻值趋于标准化绝缘电阻敏感栅与基底间的电阻值，一般应大于10G。三、金属应变片的参数灵敏系数（K）指应变片安装于试件表

8、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。灵敏系数的准确性直接影响测量精度，其误差大小是衡量应变