第4章应变式传感器ppt课件.ppt

《第4章应变式传感器ppt课件.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第4章应变式电阻传感器电阻应变片的工作原理金属电阻应变片主要特性应变片式电阻传感器的测量电路温度误差及补偿应变片式电阻传感器的应用举例下页电子秤磅秤超市打印秤远距离显示下页上页静载称重下页上页下页上页形状各异的应变式传感器弹性体的作用是什么？哪个是转换元件？布置位置如何选择？转换元件的工作原理是什么？转换元件测量的是什么？何参数变化？信号调理电路如何设计？思考：下页上页§4.1电阻应变片的工作原理金属的电阻应变效应金属导体的电阻值随其机械变形而发生变化的现象。FFL2rL+dL2(r-dr)ρ:电阻系数l:金属导线长

2、度S:金属导线截面积下页上页下页上页K0的大小与丝的材料有关，与应变数值有关。选材目的：为常数。即：常用材料:1)康铜（55%Cu,45%Ni),K=1.9~2.1;2)镍铬（80%Ni,20%Cr),K=2.1~2.3;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下页上页微应变(με)与测量力F的计算关系：在材料力学中，x称为电阻丝的轴向应变，也称纵向应变。x通常很小，常用10-6表示之。例如，在工程中常表示为110-6或m/m。在应变测量中，也常将之

3、称为微应变(με)。由材料力学可知，x=F/（AE），所以R/R又可表示为对于不同的金属材料，K0略微不同，一般为2左右。如果应变片的灵敏度K0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，例如可用于电子秤的称重。下页上页总结§4.2电阻应变片4.2.1结构及材料1、敏感栅；2、基底；3、盖层；4、引线；L、应变片栅长；A、应变片基宽；下页上页（一）应变片基本结构组成敏感栅：高电阻率金属细丝做成栅状。要求灵敏系数大、温度系数小，如：康铜、镍铬丝等。基底：纸质或胶

4、质。要求机械强度高、绝缘性好、抗潮、耐热。薄(厚度0.03～0.06mm).引线：低阻镀锡铜线盖层：保护层，保持位置固定粘结剂：粘接力强、机械性能可靠。如：环氧树脂、聚脂树脂、酚醛树脂类。下页上页（二）应变片的类型金属丝式应变片：制作简单、性能稳定。金属箔式应变片：现代工艺、大量使用。薄膜应变片半导体应变片下页上页金属箔式应变片：箔式应变计的线栅是通过光刻、腐蚀等工艺制成很薄的金属薄栅（厚度一般在0.001～0.01mm）。工艺上能保证线栅的尺寸正确、线条均匀,大批量生产时,阻值离散程度小。可根据需要制成任意形状的箔

5、式应变计和微型小基长（如基长为0.1mm）的应变计。敏感栅截面积为矩形,表面积大,散热好,在相同截面情况下能通过较大电流。横向灵敏度小疲劳寿命长生产效率高应变片粘贴过程下页上页基于半导体的“压阻效应”体积小、灵敏度高、机械滞后小温度稳定性差、非线性严重半导体应变片半导体应变片外形下页上页例：将100Ω的一个应变片粘贴在低碳钢制的拉伸试件上，若试件的等截面积为0.5*10-4m2低碳钢的弹性模量E=200*109N/m2，由50kN的拉力引起的应变电阻变化为1Ω，求该应变片的灵敏度系数。4.3电阻应变片主要特性（1）横

6、向效应(4.2.2)最明显的是在θ=π/2垂直方向的微段,按泊松比关系产生压应变-εy。该微段电阻不仅不增加,反而减少。在圆弧的其他各微段上,感受的应变是由+εx变化到-εy的。这样,圆弧段的电阻变化,显然将小于同样长度沿x方向的直线段的电阻变化。下页上页返回横向效应分析：平面应变场任意方向的线应变为：对圆弧部分：ls为半圆弧长,r为圆半径下页上页设应变计一个直线段的伸长为Δl1=εxl1(l1为直线段长度)若有n个直线段,而半圆弧共有(n-1)个,那么全长为L=nl1+(n-1)ls整个应变计电阻丝受作

7、用后的总伸长为因电阻的变化与电阻丝伸长有如下关系：则得下页上页定义横向效应系数C：在单向应力状态下：应变片的灵敏系数：令：下页上页所以，横向效应总是起着抵消纵向应变的作用。减小横向效应的措施：r↓、l↑→C↓→横向效应小减小Ky采用短接式、直角式横栅采用箔式应变片（2）应变片灵敏系数k原因：存在横向效应；基底传递衰减；下页上页敏感栅应变丝的灵敏系数）(0kk<应变片的“标称灵敏度系数”实验是按规定的统一标准进行的：电阻应变计贴在一维力作用下的试件上,例如受轴向拉压的直杆、纯弯梁等。试件材料用泊松系数μ=0.285

8、的钢。实验证明,电阻应变计的电阻相对变化ΔR/R与应变Δl/l=ε之间在很大范围内是线性的,即：因一般应变计粘贴到试件上后不能取下再用,只能在每批产品中提取一定百分比（如5%）的产品进行测定,取其平均值作为这一批产品的灵敏度系数。这就是产品包装盒上注明的灵敏度系数,或称“标称灵敏度系数”。下页上页（3）机械滞后，零漂及蠕变原因：残余变形。下页上