应变片-邵阳学院.PPT

教学重点和难点 教学目标 .. 学情分析 专业年级：大三，大四的学生 理论基础：在学习高等数学，材料力学，电学的基础上有了一定的理论基础。 实践基础：材料力学应力实验，用到了应力传感器。 难题：没有将理论和实践进行结合，应变片原理是搭建理解应力测量与传感器的桥梁。 教学设计 采用问题教学法,选择生活中应用电阻应变片的实例，引导学生积极思考，激发学生的学习兴趣 Resistance Strain Gage 邵阳学院能源与机械工程系机制教研室 学情分析 说课 教学内容 与目标 教学设计 板书设计 教学的主要内容 1.2 电阻应变片的工作原理 2 3 4 结构与组成 5 电阻应变片种类与特征 1 电阻应变片的概念 应变片材料的选用 教学重点 电阻应变片的工作原理、工作特性、结构组成及功能 教学难点 电阻应变片灵敏系数的公式推导、工作特性、金属材料的变电阻特性、半导体材料的压阻特性 知识目标 掌握电阻应变片的工作原理，掌握电阻应变片的组成与功能，掌握电阻应变片的种类 能力目标 能够区分电阻丝应变片与半导体应变片在工作原理上区别，根据实际情况选择合适的应变片 电阻应变片：是将被测试件的机械量（应变）转换成电量（电阻）的一种元件。 电阻应变片的概念 1.粘合层 2.基底 3.盖片 4.敏感栅 5.引出线 组成结构 覆盖层：用来保护和固定敏感栅。 组成部分功用 敏感栅：由金属电阻丝构成，能 将机械应变转化成电阻变化。 基底：固定保护敏感栅一般由纸 和有机聚合物成。 引线：由镍铬铝丝构成，用来从敏感栅引 出电信号。 组 成 部 分 功 用 机械效应：金属导线受力变形，该导线 电阻值随之变化的物理现象称为应变效应。 工作原理 图2.1 导体受拉伸后的参数变化 ? 横向应变 纵向应变 电阻变化率与应变的关系: 工作特性 1.灵敏系数: 是指应变片的电阻变化率与试件应变的比值称为应变片的灵敏系数。 材料几何尺寸的变化 材料电阻率的变化率 工作特性 1.金属材料的应变电阻效应 金属材料灵敏度系数 1+2μ的值要比(dρ/ρ)/ε大得多，因此金属丝材的应变电阻效应以结构尺寸变化为主。金属材料的电阻相对变化与其线应变成正比。这就是金属材料的应变电阻效应。对金属或合金, k0 =1.8～4.8。 .半导体材料的压阻效应 半导体材料的(dρ/ρ)/ε项的值比1+2μ大得多。 工作特性 压阻效应是指半导体材料，当某一轴向受外力作用时， 其电阻率ρ发生变化的现象。 式中：π——半导体材料的压阻系数; σ——半导体材料的所受应变力; E——半导体材料的弹性模量;ε——半导体材料的应变。 由于πE(1+2μ)，因此半导体丝材的Ks≈πE。可见，半导体材料的应变电阻效应主要基于压阻效应。通常Ks=(50～80)Km。 压阻效应 工作特性 横向效应：电阻应变片由于横向缩短引起应 变片电阻值减小，因此所测的应 变值减小，这种现象称为横向效 应。 温度效应：温度变化时，应变片电阻值也发 生变化，这种现象称为温度效应。 种类 丝式应变片 敏感栅由高阻值的金属丝绕成。 箔式应变片 敏感栅由高阻值的金属铂片经光刻腐蚀技术制成。 半导体应变片 由锗或硅单晶体作为敏感元件制成 丝式应变片 箔式应变片 半导体应变片 基底材料的选用 敏感元件材料选用 敏感栅基长的选用 电阻值的选用 应变片的选用 1.基底材料的选用 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 应变片材料的选用 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。 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 3.黏合剂材料 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