第三-四章 电阻应变式传感器.ppt

;4.1 概述;;易于实现自动化、多点及远距离测量、遥测；; ;电子秤 ;电子天平;材料应变的测量;汽车衡称重系统;汽车衡;F;4.2 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);在金属丝的弹性范围内，应变片的灵敏系数K为常数，即 ： ; ? x 通常很小，常用10-6表示之。例如， 当?x为0.000001时，在工程中常表示为1?10-6或?m/m。 ?x在应变测量中，也常将之称为微应变(με)。 ;应变片用于测量力F 的计算公式; 4.2.2电阻应变片的横向效应(transverse effect) ; 若敏感栅有n根纵栅，每根长为l，半径为r，在轴向应变ε作用下，全部纵栅的变形视为ΔL1 半圆弧横栅同时受到ε和εr的作用，在任一微小段长度d l = r dθ上的应变εθ可由材料力学公式求得 每个圆弧形横栅的变形量Δl为 纵栅为n根的应变片共有n-1个半圆弧横栅，全部横栅的变形量为 ;应变片敏感栅的总变形为: 敏感栅栅丝的总长为L，敏感栅的灵敏系数为KS，则电阻相对变化为 令 则 可见，敏感栅电阻的相对变化分别是ε和εr作用的结果。;当εr=0时，可得轴向灵敏度系数 同样，当ε=0时，可得横向灵敏度系数 横向灵敏系数与轴向灵敏系数之比值，称为横向效应系数H。即 由上式可见，r愈小，l愈大，则H愈小。即敏感栅越窄、基长越长的应变片，其横向效应引起的误差越小。;电阻应变片的敏感栅金属丝的结构;4.3 电阻应变片的种类、材料和参数;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。;箔式应变片的外形;式中： π为压阻系数；;;4.3.2电阻应变片的材料;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。 常用材料有：康铜、镍铬合金、铁铬铝合金、铁镍铬合金、铂、铂钨合金等，如表4－1。;3、引线材料; 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。;4.3.3应变片的主要参数;K为金属应变片的灵敏系数。注意，K是在试件受一维应力作用，应变片的轴向与主应力方向一致，且试件材料的泊松比为0.285的钢材时测得的。测量结果表明，应变片的灵敏系数K恒小于线材的灵敏系数KS。原因：胶层传递变形失真，横向效应也是一个不可忽视的因素。 ;4、允许电流：静态25mA,动态：75～100mA；;; 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。 如果在一定温度下，使应变片承受恒定的机械应变，其电阻值随时间增加而变化的特性称为蠕变。一般蠕变的方向与原应变量的方向相反。 产生原因：由于胶层之间发生“滑动”，使力传到敏感栅的应变量逐渐减少。 这是两项衡量应变片特性对时间稳定性的指标，在长时间测量中其意义更为突出。实际上，蠕变中包含零漂，它是一个特例。;4.6 电阻应变片的温度误差及其补偿; 设环境引起的构件温度变化为Δt（℃）时，粘贴在试件表面的应变片敏感栅材料的电阻温度系数为αt ，则应变片产生的电阻相对变化为：