传感器原理及其应用_第2章_电阻应变式传感器.ppt

第2章 电阻应变式传感器 Resistance Strain Gage;电阻应变式传感器概述; ;应变片用于各种电子衡器 ;材料应变的测量;汽车衡称重系统;汽车衡;2.1 电阻应变片的工作原理;——金属丝的轴向应变；; 式中：KS ——金属丝的灵敏系数；(gage factor);2.2.1应变片的基本结构;1.金属丝式应变片 (bonded metal-wire gage) 直径在0.012～0.05mm的金属丝；;箔式应变片中的箔栅是金属箔通过光刻、腐蚀等工艺制成的。箔的材料多为电阻率高、热稳定性好的铜镍合金。箔式应变片与片基的接触面积大得多，散热条件较好，在长时间测量时的蠕变较小，一致性较好，适合于大批量生产。还可以对金属箔式应变片进行适当的热处理，使其线胀系数、电阻温度系数以及被粘贴的试件的线胀系数三者相互抵消，从而将温度影响减小到最小的程度，目前广泛用于各种应变式传感器中。;2.2.3 应变片的材料;材料名称; 基底用于保持敏感栅、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。 基底材料有纸基和胶基。胶基由环氧树脂、酚醛树脂和聚酰亚胺等制成胶膜，厚度约0.03～0.05mm;类型;4.引线材料;2.绝缘电阻：要求1010欧姆；;; 对于粘贴好的应变片，当温度恒定时，不承受应变时，其电阻值随时间增加而变化的特性，称为应变片的零点漂移。 产生原因：敏感栅通电后的温度效应；应变片的内应力逐渐变化；粘结剂固化不充分等。;6.应变极限、疲劳寿命;疲劳寿命指对已粘贴好的应变片，在恒定幅值的交变力作用下， 可以连续工作而不产生疲劳损坏的循环次数。;而在圆弧的其他各微段上，其轴向感受的应变是由+εx变化到－εy的，因此圆弧段部分的电阻变化，显然将小于其同样长度沿轴向安放的金属丝的电阻变化。由此可见，将直的金属丝绕成敏感栅后，虽然长度相同，但应变状态不同，应变片敏感栅的电阻变化较直的金属丝小，因此灵敏系数有所降低，这种现象称为应变片的横向效应。;9.动态响应特性; 设应变波波长为λ，则有λ= v /f。应变片栅长为L，瞬时t时应变波沿构件分布为 应变片中点的应变为 xt为t瞬时应变片中点的坐标。应变片测得的应变为栅长 l 范围内的平均应变εm，其数值等于 l 范围内应变波曲线下的面积除以 l，即 ; 平均应变εm与中点应变εt相对误差δ为;由表可知，应变片栅长与正弦应变波的波长之比愈小，相对误差δ愈小。当选中的应变片栅长为应变波长的（1/10-1/20）时，δ将小于2%。 因为 式中 υ——应变波在试件中的传播速度； f——应变片的可测频率。 取 ，则 若已知应变波在某材料内传播速度υ，由上式可计算出栅长为L的应变片粘贴在某种材料上的可测动态应变最高频率。;基长l0 （mm） 1 2 3 5 10 15 20 最高工作频率（KHz) 250 125 83.3 50 25 16.6 12.5;2.4应变片的应用; 1. 去污：采用手持砂轮工具除去构件表面的油污、漆、锈斑等，并用细纱布交叉打磨出细纹以增加粘贴力 ，用浸有酒精或丙酮的纱布片或脱脂棉球擦洗。;?; 3.测量 ： 从分开的端子处，预先用万用表测量应变片的电阻，发现端子折断和坏的应变片。; 4.焊接： 将引线和端子用烙铁焊接起来，注意不要把端子扯断。 ; 5.固定： 焊接后用胶布将引线和被测对象固定在一起，防止损坏引线和应变片。;2.5 转换电路;如图所示。电源E为恒压源，其内阻为零。根据电路学中的克希霍夫定律，列出电路方程：;式中 R0为负载电阻，因而其输出电压U0为:;设R1为应变片的阻值，工作时R1有一增量ΔR1，当为拉伸应变时，ΔR1为正；压缩应变时，ΔR1为负。在上式中以R1+ΔR1代替R1，则;由于ΔR1 R1 ,略去(2-13)分母中的 ΔR1 /R1得：; (2-15) 当dKU/dn=0时， dKU最大，此时n=1； 即R2=R1；