电阻应变片传感器ppt课件.ppt

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1、2电阻应变片式传感器勤朴忠实2.1电阻应变传感器工作原理电阻应变传感器是一种利用电阻应变片将应变转换为电阻变化的传感器。任何非电量只要能转化为应变量就可以利用电阻传感器测量，因而在非电量电测技术中应用十分广泛。电阻应变传感器由弹性敏感元件、电阻应变片和测量电路组成。弹性元件：用来感受被测量的变化。其材料是弹性物质，其作用是在感受被测量时将产生变形，其表面产生应变；电阻应变片：将弹性元件的表面应变转换为应变片电阻值的变化。粘贴在弹性元件上，将随着弹性敏感元件产生应变，因此电阻应变片的电阻值也产生相应的变化。测量电路：将应变片电阻值的变化

2、转换为便于输出测量的电量，从而实现非电量的测量。电阻应变片是应变测量的关键元件，为适应各种领域测量的需要，可供选择的电阻应变片的种类很多，但按其敏感栅材料及制作方法可分类如下表：电阻应变片的种类金属应变效应是指金属导体在外力作用下发生机械变形时，其电阻值随着所受机械变形(伸长或缩短)的变化而发生变化的现象。由于2.2电阻应变片的工作原理2.2.1金属的应变效应2.2.2应变片的结构和工作原理1、结构右图2-1电阻丝应变片的基本结构1—基底2—电阻丝3—覆盖面4—引线对上式微分得：由于：，则有：2、应变片特性根据电阻定律，一根金属丝的电阻

3、为(2-1)）；R为金属丝的电阻（为金属丝的电阻率L为金属丝的长度（m）；A为金属丝的截面积（㎡）。ρ取一段金属丝如图2-2所示。当金属丝受拉而伸长dL时，其截面积将相应减小dS，电阻率则因金属晶格发生变形等因素的影响也将改变dρ，这些量的变化，必然引起金属丝电阻改变dR。图2-2金属导线受力变形情况导体纵向（轴向）应变量为，横向（径向）应变量为，则有式中μ称之为导体的泊松比，它表示导体横行应变量与纵向应变量成比例，式中“-”号表示两者变形方向相反。将前两式带入，得：令金属丝应变灵敏系数为，其物理含义是单位纵向应变片引起电阻的相对变化量

4、。带入上式：决定于导体几何尺寸发生的变化；金属丝应变灵敏系数主要决定于金属导体的几何尺寸发生的变化，通常泊松比的大小约0.5~1，因而金属丝应变灵敏系数一般在2~4之间。当金属丝制作成敏感栅时，其应变灵敏系数不仅决定于金属导体自身，而且还与横向效应，粘结剂及工艺等多因素有关。决定于导体导电性能发生的变化；实验证明，在金属丝变形的弹性范围内，电阻的相对变化与应变成正比，因而为一常数。式（2-8）以增量表示为（2-9）2.2.3应变片的测试原理用应变片测量应变或应力时，是将应变片粘贴于对象上。在外力作用下，被测对象表面产生微小机械变形，粘贴

5、在其表面上的应变片亦随其发生相同的变化，因此应变片的电阻也发生相应的变化。如果利用仪器测出应变片的电阻阻值变化,则可以求解出试件的应变，根据力学知识即可求解出物体所受应力。其中，E为材料弹性模量，2.2.4金属电阻应变片基本特性（1）横向效应将金属丝绕制成敏感栅后，在同样的拉伸力作用下沿拉伸力方向的直线段仍感受纵向拉应变而伸长；但弯曲的圆弧段在感受纵向拉应变的同时，也感受与纵向拉应变相反的横向压应变，称之为横向效应，且弯曲半径越大，横向效应越严重，致使电阻的增加值减小，应变片灵敏系数降低。（2）机械滞后在恒温下，应变片受力后，其内部会产

6、生不可逆的残余变形，致使应变电阻在加载和卸载时，出现一定的差值，称为机械滞后，也将引起应变片灵敏系数下降。（3）蠕变应变片受恒定力作用时，应变电阻值随时间而变化，致使因为应力在粘胶层中传递时出现滑动现象，胶层越厚、滑动越严重，称之为蠕变，蠕变结果也将引起灵敏系数下降。（4）温漂应变片材料的电阻一般都受温度影响，温度变化引起的阻值变化称为温漂，这种由于物质内部热激发所引起的热输出，通常是导致灵敏度下降的主要因素，因而在应变测量中都要采取相应的温度补偿措施。2.2.5电阻应变片的种类、材料箔式应变片优点:①可制成多种复杂形状、尺寸准确的敏感

7、栅，其栅长最小可做到0.2mm，以适应不同的测量要求；②横向效应小；③散热条件好，允许电流大，提高了输出灵敏度；④蠕变和机械滞后小，疲劳寿命长；⑤生产效率高，便于实现自动化生产。金属箔的材料常用康铜和镍铬合金等。目前使用的应变片大多是金属箔式应变片。采用真空沉积或高频溅射等方法，在绝缘基片上形成厚度在0.1μm以下的电阻材料薄膜的敏感栅——厚度大约为箔式应变片的十分之一以下。优点：应变灵敏系数大，可靠性好，精度高，容易做成高阻抗的小型应变片，无迟滞和蠕变现象，具有良好的耐热性和冲击性能等。用化学气相淀积法制备薄膜，成膜温度低、可靠性好、

8、系统简单等。薄膜应变片：2.3半导体电阻应变片1、半导体压阻效应半导体应变片的纵向压阻效应可将前式（金属丝）改写为：在单晶硅上扩散p型杂质2.4相关参数1.应变片电阻值R02.绝缘电阻3.灵敏系数K指未安装