第2章电阻应变式传感器课件.ppt

《第2章电阻应变式传感器课件.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2章电阻式传感器ResistanceStrainGage传感器原理及应用PrincipleandApplicationofSensors1第2章电阻式传感器电阻式传感器的种类繁多，应用广泛，其基本原理是将被测物理量的变化转换成电阻值的变化，再经相应的测量电路而最后显示被测量值的变化。电阻式传感器有一些类型，包括电位器式，应变式，压阻式，热阻式等等。它的应用也很广泛，比如电阻式传感器与相应的测量电路组成的测力、测压、称重、测位移、测加速度、测扭矩、测温度等测试系统。第2章电阻式传感器学习要求：1.掌握电阻式传感器的工作原理 ，2.了解电阻式传感器的结构、分类， 3.掌握电位器式传感器、

2、电阻应变式传感器在结构和工作原理的相同点和不同点，4.掌握电阻应变式传感器的测量电路形式及分析方法 ，5.了解电阻式传感器的应用。应变片式传感器电阻应变片的工作原理金属电阻应变片主要特性温度误差及补偿应变片式电阻传感器的测量电路应变片式电阻传感器的应用举例4电阻应变式传感器概述工作原理：金属丝、箔、薄膜在外界应力作用下电阻值变化的效应——电阻应变效应结构简单，使用方便可测力、压力、位移、应变、加速度等物理量；弹性敏感元件力、压力、位移电阻应变片电桥电路RU易于实现自动化、多点及远距离测量、遥测；灵敏度高，测量速度快，适合静态、动态测量；56应变片用于各种电子衡器磅秤电子天平71.电阻应变

3、片的工作原理——金属的电阻－应变效应金属丝的电阻随着它所受的机械变形的大小而发生相应的变化的现象称为金属的电阻应变效应。金属丝受拉时，l变长、r变小，导致R变大。8——金属丝的轴向应变；——金属丝的径向应变（dS/S=2dr/r）εY=-μεx；μ——泊松系数；(Poissonratio)9式中：KS——金属丝的灵敏系数；(gagefactor)令：在金属丝的弹性范围内，灵敏系数KS为常数，即：线性关系x通常很小，常用10-6表示之。例如，当x为0.000001时，在工程中常表示为110-6或m/m。在应变测量中，也常将之称为微应变(με)。对金属材料而言，当它受力之后所产生的轴向应

4、变最好不要大于110-3，即1000m/m，否则有可能超过材料的极限强度而导致断裂。10定义：电阻丝的灵敏系数（物理意义）：单位应变所引起的电阻相对变化量。其表达式为：灵敏系数ks受两个因素影响一是应变片受力后材料几何尺寸的变化，即1+2μ二是应变片受力后材料的电阻率发生的变化，即（dρ/ρ）/εx。对金属材料：1+2μ＞＞(dρ/ρ)/εx故大量实验证明，在电阻丝拉伸极限内，电阻的相对变化与应变成正比，即ks为常数。11分析：当半导体应变片受轴向力作用时半导体应变片的电阻率相对变化量与所受的应变力有关：式中：π——半导体材料的压阻系数;σ——半导体材料的所受应变力;E——半导体材

5、料的弹性模量;ε——半导体材料的应变。15对半导体材料：(dρ/ρ)/εx＞＞1+2μ12因此：实验证明，πE比1+2μ大上百倍，所以1+2μ可以忽略，因而半导体应变片的灵敏系数为：16半导体应变片的灵敏系数比金属丝式高50～80倍，但半导体材料的温度系数大，应变时非线性比较严重，使它的应用范围受到一定的限制。132金属电阻应变片主要特性一、金属电阻应变片结构及材料此类金属应变片的结构形式有丝式、箔式和薄膜式三种。1)丝式应变片如下页图所示，基本结构由四部分组成：敏感栅、基底和盖层、粘接剂、引线。敏感栅是应变片最重要的部分。将金属丝按图示形状弯曲后用粘合剂贴在衬底上而成，基底可分为

6、纸基，胶基和纸浸胶基等。电阻丝两端焊有引出线，使用时只要将应变片贴于弹性体上就可构成应变式传感器。它结构简单，价格低，强度高，但允许通过的电流较小。14图金属电阻应变片的基本结构敏感栅的纵向轴线称为应变片轴线，L为栅长，b为基宽。152)金属箔式应变片该类应变片的敏感栅是通过光刻、腐蚀等工艺制成。箔栅厚度一般在0.003-0.1mm之间，它的结构如下图所示。箔式结构利用光刻技术可以做成各种形状的敏感栅，称为应变花；横向效应小.16箔式应变片中的箔栅是金属箔通过光刻、腐蚀等工艺制成的。箔的材料多为电阻率高、热稳定性好的铜镍合金。箔式应变片与片基的接触面积大得多，散热条件较好，在长时间测量时的

7、蠕变较小，一致性较好，适合于大批量生产。还可以对金属箔式应变片进行适当的热处理，使其线胀系数、电阻温度系数以及被粘贴的试件的线胀系数三者相互抵消，从而将温度影响减小到最小的程度，目前广泛用于各种应变式传感器中。3)金属薄膜式应变片厚度在0.1μm以下的金属箔；它是采用真空蒸镀或溅射式阴极扩散等方法，在薄的基底材料上制成一层金属电阻材料薄膜以形成应变片。这种应变片有较高的灵敏度系数，允许电流密度大，工作温度范围较广。17敏