《毕业论文：箔式应变传感器特性研究》.doc

PAGE  PAGE 22 金属箔式应变式传感器的特性研究 摘要：本文对金属箔式应变传感器特性进行了研究，阐述了电阻应变式传感器的工作原理、金属箔式应变片构成、电桥电路以及实验所用设备和方法、实验过程和实验结果与分析, 同时说明了试验过程中的注意事项。 Abstract: in this paper, metal foils strain sensors characteristics have been investigated, this paper expounds the resistance strain sensor working principle, metal foils type strain film composition, electric bridge circuit and the experiment USES equipment and method, the experimental process and the experimental results and analysis, and explains the matters of attention in the testing process. 关键词：金属箔式应变片　单臂电桥　应变式传感器 Keywords: metal foils type strain　　 gauge.the bridge　　 strain sensor 引言：传感器是获取信息的工具，它涉及整个科学技术、国防、航空、等工业部门和环境保护、生物医学工程和日常生活的各个领域。具体地说，传感器是指那些能准确的感知“被测量”并将被测量按照一定规律转换成与之对应输出信号（即电量）的元器件或装置。如果没有传感器对被测的原始信息进行准确可靠的捕获或转换，一切准确的测试与控制都无法实现。 自从1945年英国Jakson发表了利用环氧基底制成的金属箔式应变片以来，由于箔式应变片的众多优点而在常温结构应力测量及传感器方面获得了重要应用，从而逐步取代丝式应变片。金属箔式应变片各种物理传感器，特别是称重（测力）、压力、位移和加速度传感器的重要敏感元件。 实验原理 1.1电阻应变式传感器 应变式传感器是基于测量物体受力变形所产生的应变的一种传感器。电阻应变片则是其最常采用的传感元件，此种传感器则为电阻应变式传感器。它是利用电阻应变片将应变转换为电阻值变化的传感器。 　　电阻应变片一般由敏感栅、基底、引线、盖片等组成。电阻应变片的原理是基于应变效应，即在导体内产生机械变形时，它的电阻值也发生相应的变化。如，一根金属丝，在其未受力时，原始电阻值为： R= 式中: ρ为电阻丝的电阻率；L为电阻丝的长度；S为电阻丝的截面积。 当电阻丝受到拉力F作用时, ???伸长ΔL, 横截面积相应减小ΔS, 电阻率将因晶格发生变形等因素而改变Δρ, 故引起电阻值相对变化量为 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 （2） 式中ΔL/L是长度相对变化量, 用应变ε表示，即 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 (3) ΔS/S为圆形电阻丝的截面积相对变化量, 即 (4) 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, 那么轴向应变和径向应变的关系可表示为 (5) 式中: μ为电阻丝材料的泊松比, 负号表示应变方向相反。将（3）、（5）代入（2）可得 （6） 通常把单位应变能引起的电阻值变化称为电阻丝的灵敏度系数。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 （7） 灵敏度系数受两个因素影响: 一个是受力后材料几何尺寸的变化, 即（1+2μ）; 另一个是受力后材料的电阻率发生的变化, 即（Δρ/ρ）/ε。 对金属材料电阻丝来说, 灵敏度系数表达式中（1+2μ）的值要比（（Δρ/ρ）/ε）大得多, 而半导体材料的（（Δρ/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。 用应变片测量应变或应力时, 根据上述特点, 在外力作用下, 被测对象产生微小机械变形, 应变片随着发生相同的变化, 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·ε 　　　　　　　　　（８） 式中 : σ为试件的应力；ε为试件的应变；E为试件材料的弹性模量。 由此可知, 应力值σ正比于应变ε, 而试