第二章第二节电阻应变片传感器祥解.ppt

v mmm 3.2.3 电阻应变片的特性 （1）电阻应变片的规格 为了正确使用电阻应变片，必须了解下面的应变片的规格术语： ①应变片的灵敏轴线。灵敏轴线是指应变片的纵轴线，当这条轴线在试件上平行于最大的机械主应变方向时，应变片产生的电阻变化最大。 ②应变片的标距。它指的是能够感受应变的电阻元件材料在应变片的灵敏轴线方向的长度。对于有圆弧的应变片，应从圆弧内侧量起。标距也称为敏感栅基长，通常为2~150mm。 ③应变片工作宽度。它指的是能够感受应变的电阻元件材料在与应变片的灵敏度轴线成90°方向上的宽度。工作宽度也称敏感栅基宽。 ④应变片的基片长度和宽度。基片长度是基片在灵敏轴线方向上的长度，基片宽度是指基片垂直于灵敏轴线方向的长度。 ⑤应变片的基片最小修正长度和宽度。它是在不改变应变片特性的条件下，根据外界条件需要将基片的长度和宽度修正的最小尺寸。 （2）电阻应变片的灵敏度系数: 指试件只在沿应变片灵敏轴线方向的单向载荷作用下，而其他所有变量保持不变时，粘贴在试件表面的应变片的单位电阻变化率与该试件表面沿应变片灵敏轴线方向上产生的单位变形之比，其数学表达式为 （3）应变片的横向效应 粘贴在被测试件表面的应变片，即使试件只承受单向的拉伸作用，其表面变形仍是处在平面应变状态中，即有轴向的伸长和横向的缩短，横向的缩短将使应变片的电阻值发生变化。这种横向的应变使得所测的应变数值变化或使应变片灵敏度系数减小的现象称为横向效应。 短接式（H型），箔式和半导体应变片横向效应小。 （4）电阻应变片的温度特性电阻应变片的电阻值受环境温度的影响较大，主要原因有两个： ①应变片材料的电阻温度系数引起的，因为材料的电阻率随温度变化。 ②应变片材料与试件材料的线膨胀系数不同，引起应变片的敏感栅变形而产生电阻变化。 （5）电阻应变片的动态特性 使用电阻应变片进行频率较高的动态应变测量时，除了要考虑测量电路的频率响应外，还应考虑应变片对动态应变的响应特性。 应变片的敏感栅相对较长，当应变波在线栅长度方向上传播时，只有在应变波通过线栅全部长度后，应变片所反映的波形经过一定时间的延迟，才能达到最大值。 动态特性和频率特性均与敏感栅的长度有关。 （6）电阻应变片的其他特性（略） 3.2.4 应变片的粘贴和常用黏合剂（略） 3.2.5 电阻应变式传感器 应变式传感器包括两个主要部分：一个是弹性敏感元件，利用它把被测的物理量（如力、扭矩、压力、加速度等）转化为弹性体的应变值；另一个是应变片（丝），作为传感元件将应变转换为电阻值的变化。 （1）非粘贴式传感器非粘贴式传感器利用应变丝将弹性元件产生的位移量转化为电阻值的变化。。 （2）粘贴式电阻应变传感器 粘贴式电阻应变式传感器可用于测量力、压力、加速度、扭矩等非电物理量。 测力传感器用弹性元件将力转换为应变量，再利用粘贴在弹性元件上的应变片把应变压力变换为电阻值的变化。常用的弹性元件有柱式、悬臂梁式和环式。 电桥调平衡 初始平衡的条件 R1R3=R2R4，在实际中较难实现。 保证在不受力的情况下，输出为0 3.5 电阻式传感器的应用 （1）脉象传感器 脉象传感器的原理如图3.37所示，脉管搏动经传感钉作用于等强度梁的自由端，在脉管搏动的作用下，梁发生上下弯曲变形，贴附在梁上、下面的应变片产生方向相反的应变，为了提高灵敏度和补偿温度误差，梁的上面和下面各贴两块应变片组成平衡式的全桥电路。由于脉管搏动微弱，应变片采用半导体应变片。 （2）心内导管压阻式压力传感器 由于压阻式压力传感器体积小、灵敏度高，分辨力高，被应用于植入式压力测量。心内导管压阻式压力传感器如图3.38所示，这种传感器采用双硅片作为悬臂梁，悬臂梁端部的作用力是压力P作用于薄膜上产生的，作用力为 式（3.43）计算的输出为理论值，实测往往存在误差，主要原因是： ①计算中未考虑刚性隔片和粘贴材料的影响； ②在膜片中有张力存在，这往往会使外加压力减少； ③K值会因掺杂的变化或者切割的几何误差而产生偏差。以上这些误差可通过实验来校正。尽管采用了双硅片的温度补偿效应，但该传感器仍存在温度零漂，需用外电路来补偿。这种传感器频响可达1000Hz以上，灵敏度为2.4×10-8V/Pa，可以放在9号导管内。可用于测量心脏各腔室的压力波形。 （3）指力检测传感器手指在完成不同动作时各手指会根据需要产生不同的力量（简称指力），检测分析指力变化对研究手指运动功能有重要意义。 为了将指尖压力引起的FSR电阻变化转换为电信号，设计了恒流源放大电路（图3.41），利用稳压二极管和运算放大器提供基准参考电压，利用三极管输出恒定电流，流经 FSR 的电流为 （4）呼吸参数检测 呼吸参数的检测对研究呼吸功能、测试呼吸频率有重要意义，可检测