《电阻应变传感器》PPT课件

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1、电阻应变式传感器电阻元件非电量电阻变化1电阻应变传感器由弹性敏感元件与电阻应变片构成弹性敏感元件产生应变，电阻值产生相应变化弹性敏感元件作用：敏感元件电阻应变片作用：转换元件应用测量位移、加速度、力、力矩等基本特点简单、稳定可靠、可动静测量、悠久F2电阻应变传感器F3§1电阻应变片的工作原理1.1金属的应变效应电阻应变片的工作原理基于金属的应变效应。金属丝的电阻随着它所受的机械变形的大小而发生相应变化的现象称为金属的应变效应。4§1电阻应变片的工作原理1.2电阻丝应变片的基本结构敏感栅基底粘结剂盖层引线敏感栅直径：0.01—0.05mm基底厚：0.03—0.06m

2、m5§1电阻应变片的工作原理1.2电阻丝应变片的基本结构l:基长或标距b:宽度6§1电阻应变片的工作原理1.3电阻--应变特性7§1电阻应变片的工作原理1.3电阻--应变特性电阻丝受到拉力F时，将伸长Δl，横截面积相应减小ΔS，电阻率因材料晶格发生变形等因素影响而改变了dρ，从而引起电阻值相对变化量为8式中：dl/l——长度相对变化量，用应变ε表示为dS/S——圆形电阻丝的截面积相对变化量，设r为电阻丝的半径，微分后可得dS=2πrdr，则9由材料力学可知，在弹性范围内，金属丝受拉力时，沿轴向伸长，沿径向缩短，令dl/l=ε为金属电阻丝的轴向应变，那么轴向应变和径

3、向应变的关系可表示为式中,μ为电阻丝材料的泊松比，负号表示应变方向相反。10或通常把单位应变能引起的电阻值变化称为电阻丝的灵敏系数。其物理意义是单位应变所引起的电阻相对变化量，其表达式为11灵敏系数K受两个因素影响：一个是应变片受力后材料几何尺寸的变化，即1+2μ；一个是应变片受力后材料的电阻率发生的变化，即（dρ/ρ）/ε对金属材料来说，电阻丝灵敏度系数表达式中1+2μ的值要比(dρ/ρ)/ε大得多，而半导体材料的(dρ/ρ)/ε项的值比1+2μ大得多。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K为常数。12用应变片测量应变或应力时，根据

4、上述特点，在外力作用下，被测对象产生微小机械变形，应变片随着发生相应的变化，同时应变片电阻值也发生相应变化。当测得应变片电阻值变化量为ΔR时，便可得到被测对象的应变值，根据应力与应变的关系，得到应力值σ为σ=E·ε13（1）金属材料的应变电阻效应（2）半导体材料的应变电阻效应半导体材料的应变灵敏系数金属丝材的应变灵敏系数π：材料的压阻系数E：材料的弹性模量14§1电阻应变片的工作原理1.4电阻应变片的横向效应（a）应变片及轴向受力图；（b）应变片的横向效应图15总的应变包括纵向和横向的变形引起的。如受拉，则横向的缩短作用引起的电阻值的减小量对于轴向伸长作用引起的电

5、阻值的增加量有抵消的作用，使应变灵敏系数减小，这种现象称为横向效应。带来测量误差。1617双向应变比双向灵敏系数比标定条件下：横向效应横向效应系数直角横栅、箔式应变计如何减小横向效应18§2电阻应变片的种类和主要参数2.1电阻应变片的种类一、丝式应变片1、回线式应变片2、短接式应变片二、箔式应变片三、薄膜应变片四、半导体应变片19§2电阻应变片的种类和主要参数2.1电阻应变片的种类一、丝式应变片1、回线式应变片20§2电阻应变片的种类和主要参数2.1电阻应变片的种类一、丝式应变片2、短接式应变片克服了回线式应变片的横向效应21§2电阻应变片的种类和主要参数2.1电

6、阻应变片的种类二、箔式应变片横向效应小接触面大工作电流大照相制版或光刻形状复杂22§2电阻应变片的种类和主要参数2.1电阻应变片的种类三、薄膜应变片采用真空蒸发、溅射、等离子化学气相沉积等物理、化学方法在基底材料上导电的薄膜也可以直接在弹性体上作薄膜：整体式薄膜传感器特点：稳定性高，电阻温度系数很小。23§2电阻应变片的种类和主要参数2.1电阻应变片的种类四、半导体应变片基于半导体材料的压阻效应。压阻效应是指半导体材料，当某一轴向受外力作用时，其电阻率ρ发生变化的现象。半导体应变计体型扩散型：感压硅膜24§2电阻应变片的种类和主要参数2.1电阻应变片的种类四、半导

7、体应变片25式中dρ/ρ为半导体应变片的电阻率相对变化量，其值与半导体敏感元件在轴向所受的应变力有关，其关系为当半导体应变片受轴向力作用时，其电阻相对变化为26由上两式得实验证明：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27半导体应变片的特点：灵敏系数大，比金属丝式高50～80倍。横向效应小、机械滞后小。温度系数大，温度稳定性差。非线性比较严重。灵敏系数随受拉和受压而变，且分散性大。28§2电阻应变片的种类和主要参数2.2电阻应变片的材料一、敏感栅材料对电阻丝材料应有如下要求：①灵敏系数大，且在相当大的应变范围内保持常数；②ρ值大

8、，即在同样