第二章-应变式传感器选读.ppt

传感器原理及应用 主要内容 弹性元件 具有弹性应变特性的物体 应变 物体在外部压力或拉力作用下发生形变的现象 弹性应变 当外力去除后，物体能够完全恢复其尺寸和形状的应变 二、金属电阻应变片的结构和类型 （1）敏感栅 （1）敏感栅 感受应变，并将应变转换为电阻的变化。敏感栅有丝式、 箔式和薄膜式三种。 由金属细丝绕成栅形。电阻应变片的电阻值为60Ω、120Ω、200Ω、350Ω、600Ω和1000Ω等多种规格，以120Ω最为常用。应变片栅长大小关系到所测应变的准确度，应变片测得的应变大小是应变片栅长和栅宽所在面积内的平均轴向应变量。 对敏感栅的材料的要求： ①应变灵敏系数大，并在所测应变范围内保持为常数； ②电阻率高而稳定，以便于制造小栅长的应变片； ③电阻温度系数要小； ④抗氧化能力高，耐腐蚀性能强； ⑤在工作温度范围内能保持足够的抗拉强度； ⑥加工性能良好,易于拉制成丝或轧压成箔材； ⑦易于焊接，对引线材料的热电势小。 对应变片要求必须根据实际使用情况，合理选择。 二、金属电阻应变片的结构和类型 （3）薄膜式： 膜厚 0.1um 沉积或真空蒸镀 金属膜式在玻璃或胶木基体上，用高温蒸镀或电镀方法，涂覆一层金属膜而制成。 优点：温度系数小，可在高温环境下工作。 缺点：耐磨性差、功率小、阻值不高(1kΩ～2kΩ)。 （2）基底和盖片 （2）基底和盖片 绝缘及传递应变。要求基底准确地把试件应变传递给敏感栅。同时基片绝缘性能要好，否则应变片微小电信号就要漏掉。 盖片 由纸箔、胶质膜等制成。 起保护作用：防湿、蚀、尘。 基底同时用于保持敏感栅、引线的几何形状和相对位置，盖片既保持敏感栅和引线的形状和相对位置，还可保护敏感栅。基底的全长称为基底长，其宽度称为基底宽。 （3）粘结剂 敏感栅与基底、基底与试件、基底与盖片之间的粘结。 分有机和无机两大类。有机粘结剂用于低温、常温和中温。常用的有聚丙烯酸酯、酚醛树脂、有机硅树脂，聚酰亚胺等。无机粘结剂用于高温，常用的有磷酸盐、硅酸、硼酸盐等。 （4）引线 连接电阻丝与测量电路，输出电参量。是从应变片的敏感栅中引出的细金属线。对引线材料的性能要求：电阻率低、电阻温度系数小、抗氧化性能好、易于焊接。大多数敏感栅材料都可制作引线。 三、金属应变片的工作特性 　 因一般应变计粘贴到试件上后不能取下再用, 只能在每批产品中提取一定百分比（如 5%）的产品进行测定, 取其平均值作为这一批产品的灵敏度系数。这就是产品包装盒上注明的灵敏度系数, 或称“标称灵敏度系数”。 5.应变极限和疲劳寿命 四、温度误差及补偿 (二) 温度补偿 电阻应变片的温度补偿方法通常有应变片自补偿法和线路补偿法两大类。 1．自补偿法 (1)单丝自补偿法：用热处理的方法调整栅丝的温度系数 要实现温度自补偿, 必须有 电阻丝材料与被测材料配合恰当，基本满足上式。 每一种材料的被测试件，其线膨胀系数 都为确定值，可以在有关的材料手册中查到。在选择应变片时，若应变片的敏感栅是用单一的合金丝制成，并使其电阻温度系数 和线膨胀系数 满足上式的条件，即可实现温度自补偿。具有这种敏感栅的应变片称为单丝自补偿应变片。 单丝自补偿应变片的优点是结构简单，制造和使用都比较方便，但它必须在具有一定线膨胀系数材料的试件上使用，否则不能达到温度自补偿的目的。 (2)双丝组合式自补偿应变片 是由两种不同电阻温度系数（一种为正值，一种为负值）的材料串联组成敏感栅，以达到一定的温度范围内在一定材料的试件上实现温度补偿的，如图。这种应变片的自补偿条件要求粘贴在某种试件上的两段敏感栅，随温度变化而产生的电阻增量大小相等，符号相反，即 （二）直流电桥的非线性误差 当仅桥臂AB工作时输出电压为 1. 柱力式传感器 圆柱式力传感器的弹性元件分为实心和空心两种。 在轴向布置一个或几个应变片，在圆周方向布置同样数目的应变片，后者取符号相反的横向应变，从而构成了差动对。由于应变片沿圆周方向分布，所以非轴向载荷分量被补偿，在与轴线任意夹角的α方向，其应变为 ： 2、梁式应变力传感器 第二节 压阻式传感器(不讲) 第二章 应变式传感器 2、电路补偿法 (2)直接补偿　如图 应变片直接粘贴在试件上下两侧 (3)热敏电阻 R1——工作应变片，安装在被测试件上； RB——补偿应变片，安装在补偿块上，与被测试件温度相同，但不承受应变。 (1)采用温度补偿应变片 ① 在应变片工作过程中，保证R3=R4。 ② R1和RB两个应变片应具有相同的电阻温度系数α、线膨胀系数β、应变灵敏度系数K和初