基于MCS51的电阻应变式力检测系统制作

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1、基于MCS51的电阻应变式力检测系统制作提出工作任务及任务要求基本任务：1、学生知道电阻应变式测力传感器原理、选型与应用；2、能够利用应变片实现应力检测；拓展任务：能利用MCS51系统进行数据显示。应变片的工作原理早在1856年，人们在轮船上往大海里铺设海底电缆时就发现，电缆的电阻值由于拉伸而增加，继而对铜丝和铁丝进行拉伸试验，得出结论:金属丝的电阻与其应变呈函数关系。1936年，人们制出了纸基丝式电阻应变片;1952年制出了箔式应变片;1957年制出了第一批半导体应变片，并利用应变片制作了各种传感器。情景导入应变片的工作原理我们可以做这样一个较

2、简单的实验：取一根细电阻丝，两端接上一台31/2位数字式欧姆表（分辨率为1/2000），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（图中增加到为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。情景导入应变片的工作原理电阻应变式传感器主要由电阻应变片及测量转换电路等组成。图所示的是电阻丝应变片结构示意图。它是用直径约为0.025mm左右的具有高电阻率的电阻丝制成的。为了获得高的电阻值，电阻丝排列成栅网状，并粘贴在绝缘基片上，线栅上面粘贴有覆盖层(保护用)，电阻丝两端焊有引出线。图中称为

3、应变片的标距或工作基长，b称为应变片基宽。b×为应变片的有效使用面积。应变片规格一般是以有效使用面积以及电阻值来表示，如(3×10)mm2、120Ω。情景导入应变片的工作原理1、应变效应导体或半导体材料在外界力的作用下，会产生机械变形，其电阻值也将随着发生变化，这种现象称为应变效应。应变片的工作原理用应变片测试应变时，将应变片粘贴在试件表面。当试件受力变形后，应变片上的电阻丝也随之变形，从而使应变片电阻值发生变化，通过测量转换电路最终转换成电压或电流的变化。应变片具有体积小、价格便宜、精度高、频率响应好等优点，被广泛应用于工程测量及科学实验中。

4、斜拉桥上的斜拉绳应变测试应变片的工作原理下面我们以金属丝应变片为例分析应变效应设有一长度为、截面积为A、半径为r、电阻率为ρ的金属单丝，它的电阻值R可表示为当沿金属丝的长度方向作用均匀拉力(或压力)时，上式中、r、部将发生变化(如图所示)，从而导致电阻值R发生变化。例如金属丝受拉时，将变长、变小，均导致R变大;又如，某些半导体受拉时，将变大，导致R变大。应变片的工作原理实验证明，电阻丝及应变片的电阻相对变化量RR与材料力学中的轴向应变x的关系在很大范围内是线性的，即应变片的工作原理由材料力学可知，x=F/（AE），所以R/R又可表示为如

5、果应变片的灵敏度K和试件的横截面积A以及弹性模量Ｅ均为已知，则只要设法测出R/R的数值，即可获知试件受力Ｆ的大小。应变片的种类与结构应变片可分为金属应变片及半导体应变片两大类。前者可分成金属丝式、箔式、薄膜式三种。目前箔式应变片应用较多。金属丝式应变片使用最早，有纸基、胶基之分。由于金属丝式应变片蠕变较大，金属丝易脱胶，有逐渐被箔式所取代的趋势。但其价格便宜，多用于应变、应力的大批量、一次性试验。箔式应变片中的箔栅是金属箔通过光刻、腐蚀等工艺制成的。箔的材料多为电阻率高、热稳定性好的铜镍合金。箔式应变片与片基的接触面积大得多，散热条件较好，在

6、长时间测量时的蠕变较小，一致性较好，适合于大批量生产。还可以对金属箔式应变片进行适当的热处理，使其线胀系数、电阻温度系数以及被粘贴的试件的线胀系数三者相互抵消，从而将温度影响减小到最小的程度，目前广泛用于各种应变式传感器中。应变片的种类与结构金属箔式应变片外形应变片的种类与结构金属丝式应变片内部结构应变片的种类与结构金属丝式应变片内部结构应变片主要性能指标举例介绍下表中，哪几个型号是半导体应变片，依据是什么。应变片的粘贴1.去污：采用手持砂轮工具除去构件表面的油污、漆、锈斑等，并用细纱布交叉打磨出细纹以增加粘贴力，用浸有酒精或丙酮的纱布片或脱脂棉

7、球擦洗。应变片的粘贴2.确定中心线应变片的粘贴3.贴片：在应变片的表面和处理过的粘贴表面上，各涂一层均匀的粘贴胶，用镊子将应变片放上去，并调好位置，然后盖上塑料薄膜，用手指揉和滚压，排出下面的气泡。应变片的粘贴4.接引线引出导线要用柔软、不易老化的胶合物适当地加以固定，以防止导线摆动时折断应变片的引线。然后在应变片上涂一层柔软的防护层，以防止大气对应变片的侵蚀，保证应变片长期工作的稳定性。测量转换电路不平衡电桥测量转换电路单臂电桥测量转换电路双臂电桥R1、R2为应变片，R3、R4为固定电阻。应变片R1、R2感受到的应变1~2以及产生的电阻增量

8、正负号相间，可以使输出电压Uo成倍地增大。测量转换电路全桥讨论：单臂电桥、双臂电桥、全桥的灵敏度应变片的应用电子秤应变片的应用荷重传感器