第三章压力检测预案.ppt

1、电阻应变式压力传感器 电阻应变式传感器中，将被测量产生的应变转换成电阻变化的元件，亦称电阻应变片。目前广泛应用的主要有：金属电阻应变片和半导体应变片。 1） 金属电阻应变片 工作原理 一根长l、截面积S、电阻率? 的金属丝 ，其电阻值为 （2-1） 两边取自然对数且微分,又因：S=?D2/4，dD/D=-?dl/l， ?为泊松比。于是公式变为： （2-4） * 轮 机 工 程 测 试 技 术 * 式中，K——应变片灵敏系数,K=1+2?。 大多数金属材料泊松比?＝0.3~0.5，所以K值在1.6~2.0之间 ?——应变，?＝?l/l 一般很小，实用上多用微应变?? 表示， 1??＝10－6?。 对于金属电阻丝，在一定变形范围内无论受拉或受压应力作用，其应变片灵敏系数保持不变，即 ?R/R与? 是线性关系。这就是金属电阻应变片作为应变测量的理论基础。 对大多数金属 值极小，可以忽略，因此公式（2-4）可简化为 （2-5） ? ?R/R 应变片 * 轮 机 工 程 测 试 技 术 * 金属电阻应变片结构 金属电阻应变片的典型结构如图所示。它是用直径0.02mm左右的高电阻金属丝以丝栅形式粘固于两绝缘片之间制成的。 １.电阻丝;２.覆盖片; ３.引出线;４.基片 应变片的基片材料有纸基、胶基 和玻璃纤维等几种，下面分别介绍其优缺点： 纸基片 多用在80oC以下 制造简单，易于粘贴，价格便宜 耐热和耐潮湿性不好 多用于短期的室内实验 特殊纸制造 胶基片 使用温度可100~300oC 抗湿性和绝缘性较好， 粘贴较难，易翘曲 广泛使用 可长期使用 酚醛树脂、环氧树脂等有机聚合物制成 玻璃纤维基片 能耐400~ 500oC高温 制造复杂，价格较贵 多用做高温应变片的基片 * 轮 机 工 程 测 试 技 术 * 　　实际使用中多是箔式应变片，它是将0.001~0.010mm厚的合金电阻箔片固附于胶基膜片上。与金属丝栅式相比，箔式的尺寸精确、均匀，易于制成任意形状和尺寸很小的应变片。 敏感箔栅长度最小可达０.２mm或更小。 敏感箔栅横向连接面积大，效应影响可以忽略。 敏感箔栅散热性、疲劳寿命、防潮、耐热、绝缘及长期稳定性都比丝式应变片好。 为适应不同测量需要，可很方便地制成各种不同尺寸特殊形式的箔式应变片。 * 轮 机 工 程 测 试 技 术 * 2）半导体电阻应变片 半导体（电阻）应变片是基于“压阻效应”设计的。 　 当半导体压阻元件受到纵向应力? 产生纵向应变? 时，电阻率的相对变化量可表示为 式中，?１——半导体材料的纵向压阻效应系数； E——半导体材料的弹性模量。 （2-6） * 轮 机 工 程 测 试 技 术 * （2-4） 将式（2-6）代入（2-4），且?１Ｅ(1+2?)，得 （2-8） 式中，kT——半导体应变片灵敏系数，kT＝?１Ｅ，一般kT=60~170。 半导体应变片的特点： 灵敏系数大，机械滞后小，频率响应快，频带宽。但温度稳定性 差，灵敏系数非线性大，需采用温度和非线性补偿。 金属电阻变化率的应变效应表达式(2-4)同样适用与半导体材料，即 * 轮 机 工 程 测 试 技 术 * 3）应变片测量的温度特性 粘固在试件上的应变片，除了感受机械应变而使电阻变化外,当环境温度变化时,也要引起的电阻的变化，这一现象称为温度效应。对于半导体应变片，其灵敏系数受温度影响很大，因此环境温度对其测量影响更大。因此，使用应变片测量时均应采用温度补偿措施。 若环境温度变化△t 时，将引起应变片电阻R产生下列两种变化： （１）应变片电阻丝材料本身电阻温度系数αm引起应变片自由状态下的电阻变化△Rt1 ： * 轮 机 工 程 测 试 技 术 * （２）应变片电阻丝材料的线膨胀系数βm与试件材料的线膨胀系数βn不同，由试件强迫应变片在其自由膨胀伸长之外产生的强迫应变,从而引起电阻的附加变化△Rt２ ： 因此，当环境温度变化△t 引起应变片电阻总的变化量为△Rt ： 对应的虚假应变是相当大的，有时甚至超过所测的机械应变。 * 轮 机 工 程 测 试 技 术 * 通常采用的温度补偿方法有：桥路补偿法和温度自补偿法。 （1）桥路补偿法 如图所示，R1为工作应变片，贴在试件上