第4章电阻应变式传感器.ppt

电阻应变式传感器;概述; 金属应变片式传感器的核心元件是金属应 变片，它可将试件上的应变变化转换成电阻变化。 优点： ①精度高，测量范围广 ②频率响应特性较好 ③结构简单，尺寸小，重量轻 ④可在高(低)温、高速、高压、强烈振动、 强磁场及核辐射和化学腐蚀等恶劣条件 下正常工作 ⑤易于实现小型化、固态化 ⑥价格低廉，品种多样，便于选择 缺点：具有非线性，输出信号微弱，抗干扰能力较差，因此信号线需要采取屏蔽措施；只能测量一点或应变栅范围内的平均应变，不能显示应力场中应力梯度的变化等；不能用于过高温度场合下的测量。 ;4.1 电阻应变片的工作原理;应变片测量工作原理 ;电阻的相对变化：;令;金属材料：K0以前者为主，则k0≈1+2μ=1.7～3.6 半导体：K0值主要是由电阻率相对变化所决定; 金属丝式电阻应变片与半导体式 应变片的主要区别在于：前者是利用 金属导体形变引起电阻的变化，后者 则是利用半导体电阻率变化引起电阻 的变化。;　：试件的应力； 　：试件的应变； 　：试件材料的弹性模量．;4.2 电阻应变片的结构、类型及参数; 电阻丝（敏感栅） 由金属细丝（直径为0.015～0.05）绕 成栅形。电阻应变片的电阻值为60Ω、120Ω、 200Ω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。 ; 基片和覆盖层 基片用于保持敏感栅、引线的几何形状 和相对位置，覆盖层既保持敏感栅和引线的 形状和相对位置，还可保护敏感栅。基片的厚 度一般为0.02～0.04mm. 引线 是从应变片的敏??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。; 粘结剂 用于将敏感栅固定于基底上，并将盖片与 基底粘贴在一起。使用金属应变片时，也需用 粘结剂将应变片基底粘贴在构件表面某个方向和位置上。以便将构件受力后的表面应变传递给应变计的基底 和敏感栅。 常用的粘结剂分为有机和无机两大类。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。 ;4.2.2 电阻应变片的种类及特点; 敏感栅 电阻丝 金属应变式 基 片 绝缘 　 覆盖层 保护;金属丝式应变片;4.2 电阻应变片的结构、类型及参数;4.2 电阻应变片的结构、类型及参数;金属箔式应变片 ;a.制造工艺能保证线栅的尺寸正确，线条均匀， 大批生产时电阻值离散度小，能制成任意形 状以适应不同的测量要求。电阻线栅的基长可 做得很小（最小的目前已达0.2mm）； b.横向效应很小； c. 表面积大，散热好，电流通过力大。 d.柔性好、蠕变小、疲劳寿命长。可贴在形状复杂的试件上,与试件的接触面积大，粘接牢固，能很好地随同试件变形，在受交变载荷时疲劳寿命长，蠕变也小。 e.生产效率高。便于实现生产工艺自动化，从而提高生产率，减轻工人的劳动,价格便宜。 ;金属薄膜应变片 ;3．半导体应变片 ;　　当半导体应变片受轴向力作用时，其 电阻相对变化为 :;代入（１）式，得：;实验证明λE比1+2μ大近百倍，所以1+2μ可以忽略，因而半导体应变片的灵敏系数为： ;电阻应变片材料 1、敏感栅材料 常用的金属材料有康铜、镍铬合金、 铁铬铝合 金、铁镍铬合金及贵金属等； 半导体材料有硅、锗和锑化铟等。;对制造敏感栅的材料有下列要求： ◆ 灵敏度系数 和电阻率　尽可能高而稳定，且 　　在很大范围内为常数，即电阻变化率　　　与 　机械应变　之间在较大范围内具有良好的线性关系。 ◆ 电阻温度系数小，电阻－温度间的线性关系和重复　　　 　性好，与其他金属之间的接触热电势小。 ◆ 机械强度高，压延及焊接性能好，抗氧化、抗腐蚀　 　能力强，机械滞后微小，价格便宜。　;2、应变片基底材料 基底：保持敏感栅几何形状、电绝缘、