第2章 应变式传感器ppt课件.ppt

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1、第2章电阻式传感器应变式传感器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：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；优点:使用简单、精度高、范围大体积小。应变式传感器概述各种电子秤广泛应用于－应变式传感器概述高精度电子汽车衡动态电子

2、秤电子天平应变式传感器2.1电阻应变片原理（1）应变效应金属电阻应变片基于电阻应变效应:导体产生机械形变时电阻值发生变化。一根长L，截面积为S，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，电阻值ΔR的变化引起电阻的相对变化为:应变式传感器2.1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应变式传感器2.1电阻应变片原理（1）应变效应用横向、径向应变、泊松系数带入后电阻变化率为：结论：金属材料的主要受（1+2μ）影响；非金属材料主要受（Δρ/ρ）/

3、ε影响！令：设应变式传感器2.1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由材料几何尺寸的变化决定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。应变式传感器2.1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——保护层应变式传感器2.1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

4、构应变式传感器2.1电阻应变片原理（1）应变效应箔式应变片结构应变式传感器2.1电阻应变片原理（1）应变效应应变片的粘贴技术粘贴剂的选择工艺处理过程要求：准确传递应变粘贴强度好，蠕变小，机械滞后小；耐疲劳性好，长期稳定性好，绝缘性好。应变式传感器2.1电阻应变片原理（1）应变效应应变片的粘贴处理过程1应变片的检查与选择2试件的表面处理3底层处理4贴片5固化6粘贴质量检查7引线焊接与组桥连接应变式传感器2.1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。对半导体已知固体受力引起的电阻变化为：应变式传感器2.1电阻应变片原理（3）应变片种类按材料分：金属式：丝式、箔式、薄膜型半导体式：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、水下体型半导体电阻应变片对比半导体压阻效应内部结构电阻率变化金属导体电阻效应机械形变电阻值变化性能指标使用面积电阻值灵敏度系数基底材料和形式最大允

6、许工作电流极限温度电阻温度系数灵敏度温度系数应变极限动态特性应变式传感器2.2金属应变片的主要特性应变式传感器2.2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、及补偿应变片安装在自由膨胀的试件上，如果环境温度变化，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——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αt、βs；试件参数βg有关。应变式传感器2.2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应变式传感器2.2金属应变片

8、的主要特性（3）应变片温度误差及补偿温度补偿方法有：线路补偿、自补偿、电桥补偿、热敏电阻补偿、计算机补偿等。线路补偿：被测试件相邻臂上安装一补偿片，处于相同的温度场,但不受力。电桥输出U0与桥臂参数的关系为：U0=A（R1R3-RBR2）当温度变化时ΔR1=ΔRB，电桥平衡，当有应变时R1有增量,正比于Kε，补偿片RB无变化ΔRB=0电桥输出U0与温度无关应变式传感器2.2金属应变片的主要特性（3）应变片温度误差