工学电阻应变式传感器ppt课件.ppt

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1、第2章电阻应变式传感器2.1电阻应变式传感器的工作原理电阻应变式传感器，就是由于某些物理量的变化引起应变，应变引起电阻变化的一种传感器。粘贴在弹性敏感元件表面的电阻应变片将随着弹性敏感元件产生应变，因此电阻应变片的电阻值也产生相应的变化。主要是由弹性敏感元件和电阻应变片组成。弹性敏感元件的材料是弹性物质，其作用是在感受被测量时将产生变形，其表面产生应变；12.2电阻应变式的工作原理2.2.1金属的应变效应根据电阻定律，金属丝的电阻随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，这种现象称为金属的电阻应变效应。电阻应变片的工作原理就是基于金属的应变效应设计而成的。2.2.2应变片的

2、结构右图2-1电阻丝应变片的基本结构1—基底2—电阻丝3—覆盖面4—引线22.2.3应变片的特性根据电阻定律，一根金属丝的电阻为(2-1)）；R为金属丝的电阻（为金属丝的电阻率L为金属丝的长度（m）；A为金属丝的截面积（㎡）。ρ3取一段金属丝如图2-2所示。当金属丝受拉而伸长dL时，其截面积将相应减小dA，电阻率则因金属晶格发生变形等因素的影响也将改变dρ，这些量的变化，必然引起金属丝电阻改变dR。图2-2金属导线受力变形情况2.2.3应变片的特性42.2.3应变片的特性（2-2）以R除式（2-2）的左边，得（2-3）（r为金属丝半径）（2-4）（2-5）令为金属丝的轴向应变，的径向应变。

3、金属丝受拉时，沿轴向伸长，而沿径向缩短，二者之间的关系为为金属丝52.2.3应变片的特性为金属丝材料的泊松比。将式（2-4）、式（2-5）代入式（2-3）得（2-6）（2-7）或令（2-8）称为金属丝的灵敏系数。表示金属丝产生单位变形时，电阻相对变化的大小。62.2.3应变片的特性实验证明，在金属丝变形的弹性范围内，电阻的相对变化与应变成正比，因而为一常数。式（2-8）以增量表示为（2-9）2.2.4应变片的测试原理用应变片测量应变或应力时，是将应变片粘贴于对象上。在外力作用下，被测对象表面产生微小机械变形，粘贴在其表面上的应变片亦随其发生相同的变化，因此应变片的电阻也发生相应的变化。72

4、.3电阻应变片的种类、材料和参数2.3.1电阻应变片的种类1.丝式应变片（1）回线式应变片，见图2-3（2）短接式应变片，见图2-42.薄膜应变片3.半导体应变片半导体应变片的工作原理是基于半导体材料的电阻率随作用应力而变化的所谓“压阻效应”。所有材料在某种程度都呈现压阻效应，但半导体材料的这种效应特别显著，能直接反映出很小的应变。见图2-5a）见图2-5b）8图2-3回线式应变片图2-4短接式应变片图2-5a)薄膜应变片b)半导体应变片92.3电阻应变片的种类、材料和参数2.3.2电阻应变片的材料1.敏感栅材料2.应变片基底材料3.引线材料102.3电阻应变片的种类、材料和参数2.3.2

5、电阻应变片的参数1.应变片电阻值R02.绝缘电阻3.灵敏系数K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。已趋于标准化，120欧姆最为常用。敏感栅与基底间的电阻值，一般应大于欧姆。是指应变片安装于试件表面，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。114.允许电流5.应变极限2.3电阻应变片的种类、材料和参数2.3.2电阻应变片的参数是指不因电流产生热量影响测量精度，应变片允许通过的最大电流在静态测量时，允许电流一般为25mA；在动态测量时，允许电流可达75~100mA。指在温度一定时，指示应变值和真实应变值的

6、相对差值不超过一定数值时的最大真实应变数值，一般差值规定为10%，当指定应变值大于真实应变值的10%时，真实应变值称为应变片的极限应变。126.机械滞后、零漂和蠕变2.3电阻应变片的种类、材料和参数2.3.2电阻应变片的参数应变片的机械滞后是指对粘贴的应变片，在温度一定时，增加和减少机械应变过程中同一机械应变量下指示应变值的最大差值。零点漂移（简称零漂）是指已粘贴好的应变片，在温度一定和无机械应变时，指示应变值随时间的变化。蠕变是指已粘贴好的应变片，在温度一定并承受一定的机械应变时，指示应变值随时间的变化。132.4粘合剂和应变片的粘贴技术2.4.1粘合剂电阻应变片工作时，总是被粘贴到试件

7、上或传感器的弹性元件上。在测试被测量时，粘合剂所形成的胶层起着非常重要的作用，它应准确无误地将试件或弹性元件的应变传递到应变片的敏感栅上去。所以粘合剂和粘贴技术对于测量结果有直接影响，不能忽视它们的作用。对粘合剂有如下要求：①有一定的粘结强度；②能准确传递应变；③蠕变小；④机械滞后小；⑤耐疲劳性能好，韧性好；⑥长期稳定性好；⑦具有足够的稳定性能；⑧对弹性元件和应变片不产生化学腐蚀作用；⑨有适当的储存期；⑩有较大的使用温度