第3章电阻应变式传感器详解课件.ppt

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1、第三章电阻应变式传感器传感器的定义国家标准(GB7665-87)对传感器(Transducer/Sensor)的定义：能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置。教科书对其定义：传感器是一种以一定的精确度把被测量转换为与之有确定对应关系的、便于应用的某种物理量的测量装置。定义包含以下几方面意思：传感器是测量装置，能完成检测任务；它的输入量是某一被测量，可能是物理量，也可能是化学量、生物量等；它的输出量是某一物理量，这种量要便于传输、转换、处理、显示等等，这种量可以是气、光、电物理量，但主要是电物理量；输出输入有对应关系，且应有一定的精确程度。传感

2、器的组成以测量汽车油箱中汽油液位的装置为例组成传感器的分类传感器的分类方法有许多种，从传感器的工作机理来说，可分为物理型、化学型、生物型等。本课程主要讲的是物理型传感器，因此下面我们列表将物理型传感器的各种分类情况进行介绍。分类方法说明举例按输入量分类传感器以被测物理量分类，即按用途分类，便于用户选择。位移传感器、速度传感器、温度传感器、压力传感器等按工作原理分类（变换原理）传感器以工作原理命名，便于生产厂家专业生产。应变式、电容式、电感式、压电式、热电式等按物理现象分类（信号变换特征）结构型传感器依赖其结构参数的变化实现信息转换电容式传感器：利用电容极板间隙或面积的变

3、化C物性型传感器依赖其敏感元件物理特性的变化实现信息转换压电式传感器：压电效应，力电荷热电偶：热电效应按能量关系分类能量控制型由外部供给传感器能量，而由被测量来控制输出的能量电容传感器：需外部供电，使x(t)C电流或电压能量转换型传感器直接将被测量的能量转换为输出量的能量温度计：吸收被测物的能量磁电式：线圈切割磁力线感应电势按输出信号分类模拟式输出量为模拟量数字式输出量为数字量传感器的命名式传感器如：电阻式液位传感器电容式声传感器应变式力传感器压电式加速度传感器表示变换元件、变换原理的种类表示用途，指出被测量的种类传感器的发展趋势高精度小型化集成化

4、数字化智能化新型化大量物性型传感器的涌现化学传感器的开发采用新工艺的传感器开发电位计式：应变式：物理量变化电阻变化传感元件属于大电阻变化型，R：0—R传属于微电阻变化型，R：0—20%R传物理量变化变形（应力、应变）敏感元件传感元件电阻变化电阻式传感器的分类工作原理及分类电阻应变式传感器的工作原理是将电阻应变片粘贴到各种弹性敏感元件上，使物理量的变化变成应变片的应力、应变变化，从而变成电阻值变化。根据应变片的材料不同，可分为两种金属电阻应变片半导体应变片金属丝电阻应变片的结构优点：结构简单，体积小，使用方便，性能稳定、可靠；灵敏度高，精确度高，测量速度快，适合静态、动态

5、测量；易于实现测试过程自动化和多点同步测量，以及远距测量和遥测；可测多种物理量，如：位移、加速度、力、力矩、压力等。§3-1金属电阻应变片一、金属电阻应变片的结构原理（一）电阻应变效应金属丝的电阻应变效应金属丝的电阻值随着金属丝的几何尺寸变化（伸长或缩短）而发生相应的变化的现象。（一）电阻应变效应金属丝的电阻：称为泊松比由上式可知，电阻的相对变化量受两个因素影响：一个是由电阻丝几何尺寸引起的；另一个由电阻丝电阻率引起的。对金属电阻丝来讲后一项数值很小，可以忽略不计，则上式简化为：上式表明了电阻相对变化率与应变成正比。比值S一般称为电阻应变片的应变系数或灵敏度金属丝的

6、灵敏度表示金属丝产生单位变形时，电阻相对变化的大小。S由实验求得。(二)金属电阻应变片的结构及参数结构形式金属电阻应变片有丝式和箔式两种。都是由敏感栅、基底、粘结剂和引线等组成。结构形式结构形式敏感栅敏感栅用来感受应变并转换为电阻的变化。金属丝电阻应变片的敏感栅由具有高电阻率的金属丝(康铜或镍铬合金等，直径0.015~0.05mm左右)绕成。上式S为常数，通常ε很小，为了得到较大的ΔR，就必须增大R值。结构形式金属箔式电阻应变片的敏感栅是用栅状金属箔片代替栅状金属丝。金属栅采用光刻技术制造，适于大批量生产。其线条均匀，尺寸准确，阻值一致性好。箔片厚约1um~10um，散

7、热好，黏结情况好，传递试件应变性能好。因此目前使用的多系金属箔式应变片。结构形式基底和覆盖层基底和覆盖层的作用是保持敏感栅的几何形状及敏感栅与被测试件之间的电绝缘，并起着防潮、防蚀、防损等作用。引线引线起着敏感栅与测量电路之间过渡连接和引导的作用。粘结剂粘结剂的作用是把覆盖层和敏感栅固结在基底上。使用时，把应变片基底再粘贴在试件表面的被测部位。金属应变片的主要参数金属应变片的主要参数基长l基宽b电阻值R灵敏度S允许电流二、应变片的测量电路测量过程力、压力应变变化电阻变化电压或电流的变化并显示和记录敏感元件应变片电阻应变仪按激励电压性质直流