第2章 电阻应变传感器精要.ppt

第二章 电阻应变传感器 第一节 电阻应变片 一、电阻应变传感器概述 1. 定义 将被测量的力通过它所产生的金属弹性变形转换成电阻变化的敏感元件。 二、电阻应变传感器的组成与应变原理 1.组成 由弹性元件、电阻应变片和测量电路组成 当金属丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值将发生变化，这种现象称为金属的电阻应变效应。 式中△L/L是纵向（轴向）变化量，用应变ε表示： 将式（2.3）~（2.6）代入式（2.2）得： 电阻丝的灵敏系数：单位应变引起的电阻值相对变化 当测得应变片电阻值变化量△R时，便可得到被测对象的应变值。根据应力与应变的关系，得到应力值σ为： 分类 三、应变片的基本结构及测量原理1.金属丝电阻应变片结构 2.金属箔应变片 这类应变片的敏感栅是用0.001～0.01mm厚的金属箔通过光刻技术制作成，可以很方便地制作成各种形状的应变片，常称其为应变花。有较好的散热性能，允许通过较大的工作电流；同时因栅薄，也便于粘贴到弯曲的弹性元件表面上；且蠕变和机械滞后较小，应力传递性能好。 3、金属薄膜应变片 这类应变片的敏感栅是用真空蒸镀或溅射的方法将金属材料淀积在绝缘基片上，然后用刻蚀技术制成各种形状的栅，其厚度比箔栅还要薄，一般在0.1μm以下，其灵敏系数比箔式还要高，是一种很有前途的新型金属应变片。 四、金属应变片的主要特性 1. 灵敏系数 应变片受恒定力作用时，应变电阻值随时间而变化，这是因为应力在粘胶层中传递时出现滑动现象，胶层越厚、滑动越严重，这种现象称之为蠕变 。 造成应变片测量误差的因素很多，测量时必须加以 考虑，其中温度影响是首要的。 温度变化引起应变片电阻值变化的现象称之为温漂。 由于环境温度改变引起电阻值变化的原因主要有二： 一是电阻丝温度系数引起的； 二是由电阻丝与被测材料的线膨胀系数的不同引起。 4. 应变极限和疲劳寿命 应变极限是指在一定温度下，应变片的指示应变与试件的真实应变的相对误差达规定值时的真实应变值。 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N称为应变片的疲劳寿命。 五、半导体电阻应变片 1、半导体应变片的压阻效应 半导体应变片是用半导体材料制成的，其工作原理是基于半导体材料的压阻效应。 沿着半导体某晶向施加一定的压力而使其产生应变时其电阻率将随应力改变而变化，这种现象称之为半导体的压阻效应。 2.、半导体电阻应变片的灵敏系数 因为 半导体电阻应变灵敏系数 2、半导体应变片的基本结构 优点：应变灵敏度大;体积小;能制成具有一定应变电阻的元件. 缺点：温度稳定性和可重复性不如金属应变片。 第二节 电阻应变传感器的测量电路 1.工作原理 第二节 电阻应变传感器的测量电路 一、单臂桥 单臂电桥的灵敏度（电压灵敏度）为 Ui↑→Su↑，但Ui一般为3～4V。 二、半桥 三、全桥 R1=R2=R3=R4=R 四、电阻应变传感器的应用 一、应变式力传感器 二、应变式压力传感器 应变式压力传感器主要用来测量流动介质的动态或静态压力 三、应变式容器内液体重量传感器 将其上两个传感器的电桥接成正向串接的双电桥电路，则输出电压为 对于等截面的柱式容器，有 四、应变式加速度传感器 应变式传感器主要用于物体加速度的测量。 作业： 下图为一直流应变桥。E=4V，R1=R2=R3=R4=120Ω 试求：（1）R1为电阻应变片，其余为外接电阻，当△ R1=1.2 Ω时，求U0=？ （2） R1、R2都是应变片，且批号相同，感受应变的极性和大小都相同，其余为外接电阻， 求U0=？ （3）（2）中，如果R1与R2感受的极性相反，且 |△ R1| = |△ R2| = 1.2 Ω，求U0 。 (2) 变阻器式传感器的性能参数: 1) 线性(或曲线的一致性); 4) 移动或旋转角度范围; 2) 分辨率; 5) 电阻温度系数; 3) 整个电阻值的偏差; 6) 寿命; (3)变阻器式传感器的分类 变阻器 按电阻元件分 单圈电位器 直线滑动式电位器 多圈电位器 混合式电位器 导电塑料电位器 金属陶瓷电位器 线绕电位器 2.3 电阻式传感器 (4)变阻器式传感器的特点 电阻器 制作 特点 绕线式 直径 0.012 - 0.1mm 的镍 铬合金的精密电阻丝绕 在绝缘的薄膜铜丝或绝 缘胶木板等卷芯上而制 作 电阻温度系数非常好， 为 ± 5 - 20*10 - 6 / 0 C; 精度 , 稳