应变式传感器ppt课件.ppt

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1、第3章应变式传感器主要内容1.电阻应变片原理2.金属应变片的主要特性3.应变片测量电路4.应变式传感器的应用传感器原理及应用第3章应变式传感器概述电阻式应变传感器作为测力的主要传感器，测力范围小到肌肉纤维，大到登月火箭，精确度可到0.01—0.1%。有拉压式（柱、筒、环元件）、弯曲式、剪切式。应变式传感器特征：不同材料类型；金属应变片、半导体应变片应用范围；应变力、压力、转矩、位移、加速度；主要优点；使用简单、精度高、范围大体积小。传感器原理及应用第3章应变式传感器概述各种电子秤广泛应用于－传感器原理及应用第3章应变式传感器3.1电阻应变片原理

2、（1）应变效应金属应变片结构：网状敏感栅——高阻金属丝、金属箔基片——绝缘材料盖片——保护层传感器原理及应用第3章应变式传感器3.1电阻应变片原理（1）应变效应箔式应变片结构导体或半导体在受到外界力的作用时，产生机械变形，机械变形导致其阻值变化，这种因形变而使阻值发生变化的现象称为应变效应。第3章应变式传感器3.1电阻应变片原理（1）应变效应对于一长为L、横截面积为A、电阻率为ρ的金属丝，其电阻值R为：如果对电阻丝长度作用均匀应力，则ρ、L、A的变化(dρ、dL、dA)将引起电阻R变化dR，dR可通过对上式的全微分求得：电阻相对变化量为：若电阻

3、丝是圆形的，则A=πr²,对r微分得dA=2πrdr，则：ll+dl2r2(r-dr)F图2-1金属丝的应变效应由材料力学的知识：在弹性范围内，金属丝受拉力时，沿轴向伸长，沿径向缩短，则轴向应变和径向应变的关系为：εy=-μεxμ为金属材料的泊松系数。将（2-4）式、（2-5）代入（2-3）式得：KS称为金属丝的灵敏系数，表示单位应变所引起的电阻的相对变化。对于确定的材料，(1+2μ)项是常数，其数值约在1~2之间，对金属材料来说，电阻丝灵敏度要比dρ/ρ╱εx大的多，可以忽略。上式表示金属丝的电阻相对变化与轴向应变成正比关系。根据应力和应变的

4、关系:应力σ=εE，即σ∝ε，而ε∝dR，所以σ∝dR.传感器原理及应用第3章应变式传感器3.1电阻应变片原理（1）应变效应对于金属电阻丝μ=0.25～0.5(钢μ=0.285)k0≈1+2μk0≈1.5～2金属应变片灵敏系数k0由材料的几何尺寸决定的应力σ=Eε可见σ∝ε应变ε∝ΔR/R应力σ∝ΔR/R通过弹性元件可将位移、压力、振动等物理量将应力转换为应变进行测量，这是应变式传感器测量应变的基本原理。传感器原理及应用第3章应变式传感器3.1电阻应变片原理（2）压阻效应和压阻式传感器半导体应变片又称压阻式传感器优点：灵敏度高、耗电少、有正负两

5、种应力效应。缺点：受温度影响较大。半导体材料的dρ/ρ╱εx项的值比(1+2μ)大的多，其灵敏度系数Ｋ０主要由压阻效应引起的电阻率ρ的变化；灵敏系数远大于金属应变片的灵敏系数。对半导体已知固体受力引起的电阻变化为：传感器原理及应用第3章应变式传感器3.1电阻应变片原理（3）应变片种类按材料分：金属式：体型:丝式、箔式、薄膜型半导体式体式：体型、薄膜型、扩散型、外延型、PN结型按结构分：单片、双片、特殊形状按使用环境：高温、低温、高压、磁场、水下传感器原理及应用第3章应变式传感器3.1电阻应变片原理（3）应变片种类各种金属箔式应变片体型半导体电阻

6、应变片金属应变计传感器原理及应用第3章应变式传感器3.2金属应变片的主要特性（1）应变片的灵敏系数金属丝做成应变片后电阻应变特性与单根金属丝不同；实验证明，应变片灵敏系数K

7、，应变片的电阻也会变化，这种变化叠加在测量结果中称应变片温度误差。应变片温度误差来源有两个主要因素：αt——误差应变片本身电阻温度系数影响；βg——试件材料的线膨胀系数影响因环境温度改变引起的附加电阻变化与环境温度变化Δt有关；应变片本身的性能参数K、αt、βs；试件参数βg有关。传感器原理及应用第3章应变式传感器3.2金属应变片的主要特性（3）应变片温度误差及补偿电阻丝阻值与温度关系：因试件使应变片电阻产生附加形变造成的电阻变化温度变化Δt时电阻丝的电阻变化传感器原理及应用第3章应变式传感器3.2金属应变片的主要特性（3）应变片温度误差及补偿

8、温度补偿方法有：电桥线路补偿、自补偿、双金属片辅助、热敏电阻补偿、计算机补偿等。线路补偿：工作应变片粘贴在被测试件表面上，补偿就变片粘贴在与被测试件材