应变片式电阻传感器ppt课件.ppt

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1、应变片式电阻传感器1扬州大学本节主要内容一、概述二、工作原理三、结构及材料四、主要特性五、温度误差及其补偿六、测量电路七、应用举例2扬州大学一、概述3扬州大学一、概述（包括：定义、组成、工作原理、应用）电阻应变片式传感器是将应变转换为电阻应变片电阻变化的装置。由在弹性元件上，粘贴电阻应变敏感元件构成。当被测物理量作用在弹性元件上时,弹性元件的变形引起应变敏感元件的阻值变化,通过转换电路将其转变成电量输出,电量变化的大小反映了被测物理量的大小。电阻应变式传感器测量力、力矩、压力、加速度、重量等参数。4扬州大学二、电阻应变片的工作原理5扬

2、州大学二、电阻应变片的工作原理是基于电阻应变效应，即在导体产生机械变形时，它的电阻值相应发生变化。设有一根电阻丝。它在未受力时的原始电阻值为:6扬州大学电阻丝在外力F作用下，将引起电阻变化△R，且有:lΔlΔrrFF7扬州大学讨论：电阻丝灵敏度系数k由两部分组成：（1+2μ）表示受力后由材料的几何尺寸变化引起的；（/）/表示由材料电阻率变化所引起的。通常把单位应变所引起的电阻相对变化称作电阻丝的灵敏度系数，其表达式为：8扬州大学下面分导体和半导体两种情况对上式进行讨论：1、金属电阻应变片对于金属材料，(/)/项的值要比

3、（1+2μ）小很多，可以忽略，取k=1+2μ称为金属电阻应变片灵敏度系数。实验证明，在电阻丝拉伸比例极限内，电阻的相对变化与应变成正比，即k=1.7～3.6。应变片电阻值通常有60、120、200、350、500、1000等几种，其中以120最常见。允许最大工作电流与应变片的允许最大功耗有关，其关系为：9扬州大学2、半导体应变片（压阻式传感器）半导体应变片是根据压阻效应原理工作，若沿其纵向受到应力，其电阻率的变化可表示为：式中：r为半导体纵向压阻系数；E为半导体材料的弹性模数；为沿半导体纵向的应变。上式中的第一项是由几何形状变

4、化而引起的电阻相对变化量，其值很小；第二项是由压阻效应引起的，是主要变化。K称为半导体应变片的灵敏度系数。10扬州大学三、金属电阻应变片结构及材料11扬州大学三、金属电阻应变片结构及材料金属电阻应变片分为：丝式、箔式和薄膜式。金属丝电阻应变片由四个基本部分组成：敏感栅、基底，盖层、粘结剂、引线。12扬州大学13扬州大学金属箔式应变片：1是敏感栅由很薄的金属箔片制成，箔厚只有约0.003～0.10mm，用光刻技术制作。2为引线，3是胶膜基底。14扬州大学15扬州大学四、电阻应变片主要特性16扬州大学四、电阻应变片主要特性1、应变片灵敏系

5、数应变片的灵敏系数一般由实验方法求得。因为测量应变时，将应变粘贴在试件表面上，应变片粘贴到试件上就不能取下再用，所以不能对每一个应变片的灵敏系数进行标定，只能在每批产品中提取一定百分比（例如5%）的产品进行标定，然后取其平均值作为这一批产品的灵敏系数。实验证明：应变片的灵敏系数在被测应变很大范围内能保持常数。17扬州大学2、横向效应沿应变片轴向的应变εx必然引起应片电阻的相对变化，这种现象称为纵向效应。沿垂直于应变片轴向的横向应变εy，也会引起其电阻的相对变化，这种现象称为横向效应。研究横向效应的目的，当实际使用应变片的条件与其灵敏系

6、数k的标定条件不同时，由于横向效应的影响，实际k值要改变。如仍按标称灵敏系数来进行计算，可能造成较大误差，如果不能满足测量精度要求，就要进行必要的修正。为了减小横向效应产生的测量误差，现在一般多采用箔式应变片。因其圆弧部分的截面积较栅丝大得多，电阻值较小，因而电阻变化量也就小得多。18扬州大学3、机械滞后，零漂及蠕变应变片安装在试件上以后，在一定的温度下，在零和某一指定应变之间，作出应变片电阻相对变化εi与试件机械应变εR之间加载和卸载的特性曲线。实验发现这两条曲线并不重合，在同一机械应变下，卸载时εi高于加载时的εi，这种现象称为应

7、变片的机械滞后，加载和卸载特性曲线之间的最大差值△εm称为应变片的滞后值。19扬州大学试件机械应变应变片电阻相对变化加载和卸载的特性曲线应变片的滞后值20扬州大学在温度保持恒定时，已粘贴的应变片，试件上没有应变的情况下，应变片的指示应变会随时间的增长而逐渐变化，此变化就是应变片的零点漂移，简称零漂。在温度保持恒定时，已粘贴的应变片，承受某一恒定的机械应变长时间的作用，应变片的指标应变会随时间而变化，这种现象称为蠕变。在应变片工作时，零漂和蠕变是同时存在的。在蠕变值中包含着同一时间内的零漂值。这两项指标都是用来衡量应变片特性对时间的稳定

8、性，在长时间测量时其意义更为突出。21扬州大学4、温度效应粘贴在试件上的电阻应变片，除感受机械应变而产生电阻相对变化外；在环境温度变化时，也会引起电阻的相对变化，产生虚假应变，这种现象称为温度效应。温度变化对电阻应变片的