电阻应变式传感器电阻应变式传感器.doc

江 苏 省 盐 城 技 师 学 院 教 案 首 页 编 号：YJQD-0507-07 版 本：B/O 流水号： 编 制： 审 核： 批 准： 授课日期 班 级 课题：课题三 电阻应变式传感器电阻应变式传感器电阻应变式传感器 教学参考及教具(含电教设备)： 板书设计或授课提纲： 复习： 压电式传感器的工作原理 导入： 课题三 电阻应变式传感器一、工作原理二、应变片的种类结构与粘贴三、测量转换电路四、应变效应的应用 复习: 压电式传感器的工作原理 导入新课： 课题三 电阻应变式传感器 电阻应变式传感器主要由电阻应变片及测量转换电用应变片测试应变时，将应变片粘贴在试件表面。当试件受力变形后，应变片上的电阻丝也 一、工作原理 导体或半导体材料在外界力的作用下，会产生机械变形，其电阻值也将随着发生变化， 实验证明，电阻丝及应AR／R与材料力学中的轴向应变￡。的关系在很大范围内是线性的， 式中 K——电阻应变片的灵敏度。 对于不同的金属材料，K略微不同，一般为2左右。而对半导体材料而言，由于其感应变时，电阻率会产生很大的变化，所以灵敏度比金属材料大几十倍由材料力学可知，r=F／(AE)，所以R／R叉可示 如果应变片的灵敏度K和试件的横截面积A以及弹性模量E均为已知，则只要设法测R／R的数值，即可获知试件受力F的大小。 二、应变片的种类结构与粘贴 1．应变片的类型与结构 应变片可分为金属应变片及半导体应变片两大类。 2．应变片的粘贴 1)试件的表面处理为了保证一定的粘合强度，必须将试件表面处理干净，清除杂质、3～5倍。 2)确定贴片位置 在应变片上标出敏感栅的纵、横向中心线，在试件上按照测量要求 3)粘贴 首先用甲苯、四氢化碳等溶剂清洗试件表面。如果条件允许，也可采用超声 4)固化 贴好后，根据所使用的粘合剂的固化工艺要求进行固化处理和时效处理。 5)粘贴质量检查检查粘贴位置是否正确，粘合层是否有气泡和漏贴，敏感栅是否有 6)引线的焊接与防护 检查合格后即可焊接引出线。 三、测量转换电路 金属应变片的电阻变化范围很小，如果直接用欧姆表测量其电阻值的变化将十分困难、 例 有一金属箔式应变片，标称阻值R0为100,，灵敏度K=2，粘贴在横截面积为98mm2一的钢质圆柱体上，钢的弹性模量E=2×1011 N／m2，所受拉力F=0．2t，求受拉后R。 应变片电阻的变化量 R=R 0×0．002=(100×0．002)=0．2 R=R o+ΔR=(100+0．2)12=100．2 直接用欧姆表很难观察到这0．2的变化，所以必须使用不平衡电桥来测量这一微小的变化量。图—4称为桥式测量转换电路。电桥的一个对角线结点接人电源电压Ui，另一个对角U。。为了使电桥在测量前的输出电压为零，应该选择四个桥臂电阻，使 R 1 R 3=R 2R 4或R l／R2=R 4／R 3，这就是电桥平衡的条件。 图—4桥式测量转换电路 a)基本应变桥路b)桥路的调零原理 三种工作方式中，全桥四臂工作方式的 四、应变效应的应用 1．应变式传感器 (1)应变式力传感器 悬臂梁是一端固定、一端自由的弹性敏感元件。它的特点是灵敏度比较高。所以多用于 (2)应变式扭矩(转矩)传感器应变式扭矩传感器 扭转轴是专门用于测量力矩和转矩的弹性敏感元件。 (3)应变式加速度传感器 传感器由质量使悬臂梁发生弯曲变形，通过应变片检测出悬臂 (4)应变式荷重传感器 测 荷重传感器的输出电压U。正比于荷重F。实际运用中，生产厂家一般均给出荷重传感 KF。设荷重传感器的满量程为Fn，，桥路电压为U i，满量程时的输出电压为U，则K F被定义为 当KF为常数时，桥路所加的激励源电压Ui越高，满量程输出电压U㈣也越高。 由于U。往往是mV数量级，而Ui往往是V级，所以荷重传感器的灵敏m V／V为单位。在额定荷重范围内，输出电压U。一与被测荷重F成正比，所以有 例 现用图2—8所示的荷重传感器称重。当桥路电压为1 2V时，测得桥路的输出电8mV，求被测荷重为多少吨。 解 从图2—8所示的荷重传感器铭牌上得到Fm=1 00×1 03N，KF=2mV／V，U。=24m。被测荷重 (5)压阻 压阻式传感器是利用半导体材料的压阻效应和 2．电阻应变仪及其应用 (1)