第3章 应变式传感器ppt课件.ppt

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1、传感器与测试技术第3章应变式传感器传感器与测试技术第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举例传感器与测试技术第3章应变式传感器概述应变式电阻传感器是一种利用电阻应变效应,由电阻应变片和弹性敏感元件组合起来的传感器。电阻式应变传感器作为测力的主要传感器,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

2、单、精度高、范围大体积小。传感器与测试技术第3章应变式传感器概述各种电子秤广泛应用于-传感器与测试技术第3章应变式传感器概述高精度电子汽车衡动态电子秤电子天平传感器与测试技术第3章应变式传感器概述机械秤包装机吊秤传感器与测试技术第3章应变式传感器3.1电阻应变片原理(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——保护层传感器与测试技术第3章应变式传感器3.1电阻应变片原理(1)应变效应1—敏感元件2、4—基底3—引线应变片组成应变片结构传感器与测试技术第3章应变式传感器

3、3.1电阻应变片原理(1)应变效应箔式应变片结构传感器与测试技术第3章应变式传感器3.1电阻应变片原理(1)应变效应当电阻丝受到轴向拉力F作用时,金属丝几何尺寸变化引起电阻的相对变化传感器与测试技术第3章应变式传感器3.1电阻应变片原理(1)应变效应金属电阻应变片的基本原理基于电阻应变效应:即,导体产生机械形变时它的电阻值发生变化。一根长L,截面积为A,半径为r,电阻率为ρ的金属丝电阻为:当电阻丝受到轴向拉力F作用时,对上式取全微分,电阻的相对变化为:传感器与测试技术第3章应变式传感器3.1电阻应变片原理(

4、1)应变效应定义轴向应变:μ为泊松系数而径向应变与轴向应变满足关系:传感器与测试技术第3章应变式传感器3.1电阻应变片原理(1)应变效应用横向、颈向应变、泊松系数带入后电阻变化率为:K为灵敏系数,受两个因素影响:受力后材料几何尺寸变化(1+2μ),材料电阻率的变化(dρ/ρ)/ε。或:令:传感器与测试技术第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)k≈1+2μk≈1.5~2金属应变片灵敏系数k由材料的几何尺寸决定的应力σ=Eε可见σ∝ε应变ε∝d

5、R/R应力σ∝dR/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。传感器与测试技术第3章应变式传感器3.1电阻应变片原理(1)应变效应对于半导体应变片,有称为压阻系数称为弹性模量传感器与测试技术第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、有正负两种应力效应。缺点:受温度影响较大。半导体材料的灵敏系数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

6、导体已知固体受力引起的电阻变化为:传感器与测试技术第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:丝式、箔式、薄膜型半导体: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、水下传感器与测试技术第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应变片传感器与测试技术第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

7、系数K

8、造成的电阻变化几乎有相同的数量级,从而产生很大的测量误差,称为应变片的温度误差,又称热输出。传感器与测试技术第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因环境温度改变而引起电阻变化的两个主要因素:应变片的电阻丝(敏感栅)具有一定温度系数;电阻丝材料与测试材料的线膨胀系数不同。设环境引起的构件温度变化为Δt(℃)时,粘贴在试件表面的应变片敏感栅材料的电阻温度系数为α0,则应变片产生的电阻相

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