应变式传感器-老师课件-PPT.ppt

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1、第二章应变式传感器§2.1金属应变片式传感器§2.2压阻式传感器应变式传感器是利用电阻应变效应做成的传感器。核心元件是电阻应变计（应变片、应变计），它将试件上的应变变化转换成电阻变化。有金属、半导体两种。第二章第二章应变传感器的分类例：金属丝式应变片金属电阻丝应变片的基本结构1-基片；2-电阻丝；3-覆盖层；4-引出线第二章2.1金属应变片式传感器2.1.1工作原理2.1.2金属应变片的主要特性2.1.3温度特性（误差及其补偿）2.1.4测量电路2.1.5应变式传感器应用第二章2.1.1工作原理2

2、.1.1.1电阻应变效应电阻应变效应：当金属丝（或半导体）在外力作用下发生机械变形时其电阻值发生变化的现象。当受轴向应力作用时有：FΔl、ΔA、ΔρΔR第二章设有一根长度为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，得——电阻的相对变化；——电阻率的相对变化；——金属丝长度相对变化，用ε表示，ε=称为金属丝长度方向上的应变或轴向应变；——截面积的相对变化。第二章dr/r为金属丝半径的相对变化，即径向应变为εr。S=πr2dS/S=2·dr/rεr=–με由材料力学知

3、第二章对于金属材料，电阻率的变化满足以下关系。(C是金属材料的某个常数。)可将微分dR、dρ改写成增量ΔR、Δρ比例系数KS称为金属丝的应变灵敏系数。实验也证明：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。ε为导体的纵向应变，以微应变度量；σ为应力值；μ为电阻丝材料的泊松比，一般金属μ=0.3-0.5；λ为压阻系数，与材质有关；E为材料的弹性模量；一般的第二章应变电阻的灵敏系数的特点材料的几何尺寸变化引起的材料的电阻率ρ随应变引起的（压阻效应）金属材料：kε以前者为主，则kε≈1+2

4、μ=1.7-3.6半导体：kε值主要是由电阻率相对变化所决定物理意义：单位应变引起的电阻相对变化。第二章2341电阻应变片结构示意图bl由敏感栅1、基底2、盖片3、引线4和粘结剂等组成。（1）敏感栅由金属细丝绕成栅形。电阻应变片的电阻值多为120Ω。应变片栅长大小关系到所测应变的准确度，应变片测得的应变大小是应变片栅长和栅宽所在面积内的平均轴向应变量。栅长栅宽第二章2.1.1.2.应变片的组成（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

5、保护敏感栅。基底的全长称为基底长，其宽度称为基底宽。（4）引线是从应变片的敏感栅中引出的细金属线。（3）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。第二章金属箔式应变片金属箔式应变片箔式应变片的工作原理基本和电阻丝式应变片相同。它的电阻敏感元件不是金属丝栅，而是通过光刻、腐蚀等工序制成的薄金属箔栅，故称箔式电阻应变片，如图。第二章优点：（1）尺寸准确，线条均匀，适应不同的测量要求，（2）可制成多种复杂形状尺寸准确的敏感栅（3）与被测试件接触面积大，粘结性能好。散热条件好，允许电流大，

6、灵敏度提高。（4）横向效应可以忽略。（5）蠕变、机械滞后小，疲劳寿命长。缺点：电阻值的分散性大阻值调整金属薄膜应变片采用真空蒸发或真空沉积等方法在薄的绝缘基片上形成厚度在0.1μm以下的金属电阻材料薄膜敏感栅，再加上保护层，易实现工业化批量生产优点：应变灵敏系数大，允许电流密度大，工作范围广，易实现工业化生产问题：难控制电阻与温度和时间的变化关系金属应变计2.1.2金属应变片的主要特性（一）灵敏系数（二）横向效应（三）机械滞后（四）零点漂移和蠕变（五）应变极限（六）动态特性第二章2.1.2.1灵敏

7、度系数当金属丝做成应变片后，其电阻相对变化与应变ε在很宽的范围内均为线性关系。即K为金属应变片的“标称灵敏系数”。应变片的灵敏系数K恒小于线材的灵敏系数KS。原因：胶层传递变形失真，横向效应也是一个不可忽视的因素。第二章2.1.2.2横向效应试件与其上的应变片受单向应力时，其表面处于平面应变状态。对于由多条直线和圆弧部分组成敏感栅：直线段：沿轴向拉应变εx，电阻圆弧段：沿横向压应变εy等，电阻lεyεxεy第二章bOlεrrdldθθε0ε横向效应：金属应变片测量应变时，构件的轴向应变ε使敏感栅电

8、阻发生变化，其横向应变εr也将使敏感栅半圆弧部分的电阻发生变化，应变片的这种既受轴向应变影响，又受横向应变影响而引起电阻变化的现象称为横向效应。图为应变片敏感栅半圆弧部分的形状。沿轴向应变为ε，沿横向应变为εr。丝绕式应变片敏感栅半圆弧形部分第二章2.1.2.3机械滞后产生原因：应变片在承受机械应变后，其内部会产生残余变形，使敏感栅电阻发生少量不可逆变化；在制造或粘贴应变片时，敏感栅受到不适当的变形或者粘结剂固化不充分。ΔεΔε1机械应变ε卸载加载指示应变εi应变片的机械滞后机械滞