电阻应变应变片式传感器―传感器ppt课件.ppt

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1、第四章电阻应变式传感器制作人:2016.03.18第四章电阻应变式传感器学习要求1、掌握电阻应变片的工作原理2、掌握电阻应变式传感器的温度补偿、零点调整的方法3、熟悉不同种类电桥检测电路的特点4、熟悉电阻应变式传感器的典型应用第一节电阻应变片1.1电阻应变片的结构1.2电阻应变效应（重点）1.3应变片分类1.4电阻应变片的选型（主要参数和选用方法）1.5温度误差及其补偿电阻应变式传感器是将被测量的应力（压力、荷重、扭力等）通过所产生的金属弹性形变转换成电阻变化的检测元件。它由电阻应变片和测量线路两部分组成。目前应用最广泛的电阻应变片有两种：电阻丝应变片和半导体应变片。1.1电阻应变片

2、的组成结构金属电阻丝（敏感栅）：转换原件，由高电阻率的金属丝制成直径为0.01～0.05mm，排列成栅网状，面积一般3～10mm2，阻值60～150欧；敏感栅常用下列材料制成：（1）康铜（铜镍合金）：最常用；（2）镍鉻合金：多用于动态；（3）镍鉻铝合金：作中、高温应变片；（4）镍鉻铁合金：疲劳寿命要求高的应变片；（5）铂及铂合金：高温动态应变测量.基底：将被测构件的应变不失真的传递到敏感栅上的中间介质,0.03～0.06mm，绝缘要好、抗潮、耐热、随外界温度变化的变形小；覆盖层：粘贴在敏感栅上部的保护层；引出线：与外电路连接的金属导线,通常取直径约0.1～0.15mm的低阻镀锡铜线.

3、1.2应变电阻效应（重点）电阻丝的电阻随着它所承受的机械变形（伸长或缩短）的大小发生变化的一种物理现象称为金属的应变电阻效应。1.2.1基本原理金属丝受拉时，l变长、r（截面积s）变小，导致R变大lΔlΔrrFF设一根长为l，截面积为S，电阻系数为ρ的电阻丝，其电阻值R为：导线两端受到力F作用时将上式取对数再微分，则引起电阻值变化dR：因，由材料力学可知：（在弹性限度范围内）式中泊松系数(0—0.5之间)—表示电阻丝轴向的相对变化。令则上式说明电阻丝受力发生应变时应变片电阻变化率由两个因素引起：（1）受力后材料的几何尺寸变化所引起的；即（2）电阻丝材料的电阻率发生变化引起的；即项dl

4、/ldp/p项1.3应变片分类：金属丝式应变片使用最早，但由于金属丝式应变片蠕变较大，金属丝易脱胶，有逐渐被箔式所取代的趋势。但其价格便宜，多用于应变、应力的大批量、一次性试验。箔式应变片与基底的接触面积大得多，散热条件较好，在长时间测量时的蠕变较小，一致性较好，能将温度影响减小到最小的程度，适合于大批量生产。按应变片敏感栅的材料分类按应变片的工作温度分为：基底材料非粘贴式纸基安装方式应变片胶基浸胶基临时基粘贴式金属基焊接式喷涂式常温应变片（-30℃～60℃）中温应变片（60℃～300℃）高温应变片（300℃以上）低温应变片（低于-30℃）按应变片基底材料和安装方法分为：各种金属应变

5、片花1.4电阻应变片的选型1.4.1应变片的主要特性参数：（1）应变片电阻值（未使用且不受力、室温）（2）绝缘电阻（敏感栅与基底间的阻值）（3）敏感系数K（4）机械滞后（5）允许电流（是指应变片不因电流产生的热量而影响测量准确度所允许通过的最大电流）（6）线性度（一般要求在0.05%—1%内）（7）应变极限（衡量应变计测量范围和过载能力的指标）（8）零漂和蠕变（3）灵敏系数1>物理意义：单位应变所引起的电阻相对变化量。2>电阻丝的应变灵敏度系数表达式:3>电阻应变片的灵敏度系数定义为：为轴向应变。其中实验证明，电阻丝的应变灵敏度系数不等于电阻丝应变片的应变灵敏度系数，即。（电阻丝应变

6、片存在横向效应）横向效应(transverseeffect)如图，若将应变片粘贴在单向拉伸试件上，这时各直线段上的金属丝只感受沿其轴向拉应变εx，故其各微段电阻都将增加，但在圆弧段上，沿各微段轴向(即微段圆弧的切向)的应变却并非是εx。所产生的电阻变化与直线段上同长微段的不一样，在θ=90°的微弧段处最为明显。由于单向位伸时，除了沿轴向(水平方向)产生拉应变外，按泊松关系同时在垂直方向上产生负的压应变εy（=－μεx），因此该段上的电阻不仅不增加，反而是减少的。而在圆弧的其他各微段上，其轴向感受的应变是由+εx变化到-εy的，因此圆弧段部分的电阻变化，显然将小于其同样长度沿轴向安放的

7、金属丝的电阻变化。由此可见，将直的金属丝绕成敏感栅后，虽然长度相同，但应变状态不同，应变片敏感栅的电阻变化较直的金属丝小，因此灵敏系数有所降低，这种现象称为应变片的横向效应。经推导得：n——直线部分栅丝的数目；n-1——弯角部分的个数。可见，即应变片存在横向效应使应变片的灵敏度系数小于电阻丝的应变灵敏度系数。半导体应变片是用半导体材料制成的,其工作原理是基于半导体材料的压阻效应。所谓压阻效应，是指半导体材料在某一轴向受外力作用时,会暂时改变晶体结构的对称性