第五章电阻应变片.ppt

测量用应变片 补偿用应变片 测量P消除M的影响 2、温度误差及补偿 温度误差——附加应变 3)其他：基底材料、粘合剂等受温度影响 1)电阻温度效应 2)敏感栅与被测试件材料线膨胀系数不同而产生的电阻变化 温度补偿方法： 1）自补偿法 －选择自补偿法——敏感栅材料与试件材料 －组合式自补偿 2)桥路补偿法——电桥的和差特性 全桥自动补偿；半桥邻臂 3)热敏电阻补偿法——热敏电阻适当分压 3、应变片的布置和接桥方式 利用适当的布片和组桥方式消除温度变化和复合载荷作用的影响，获得最大的输出灵敏度。 1）应变片应布置在弹性元件产生应变最大的位置，并沿主应力方向贴片；贴片处的应变尽量与外载荷呈线性关系（避开非线性区），同时应注意使该处不受非待测载荷的干扰影响。 2）根据电桥的和差特性，选择适当的接桥方式，可以使输出的灵敏度最大，同时又能排除非待测载荷的影响并进行温度补偿。 传感器与测试技术 第5章 电阻应变式传感器 第二篇 常用传感器的原理及应用 1.掌握传感器工作原理及性能　　 2.了解传感器结构、种类 3.掌握测量电路及其补偿方法 4.掌握应变片的布置及接桥方式 5.了解传感器的应用 第5章 电阻应变式传感器 电阻式传感器的基本原理：将被测物理量的变化转换成电阻值的变化，再经相应的测量电路显示或记录被测量值的变化。其种类繁多，应用广泛。 按照其工作原理可分为：变阻器(电位器)式、电阻应变式、固态压阻式、热敏电阻式、气敏电阻式、磁敏电阻式等 电阻应变式传感器是基于测量物体受力变形所产生应变的一种传感器，最常用的传感元件为电阻应变片。 应用范围：用于位移、加速度、力、压力、力矩等各种参数测量。 电阻应变式传感器特点： ①精度高，测量范围广； ②使用寿命长，性能稳定可靠； ③结构简单，体积小，重量轻； ④频率响应较好，既可用于静态测量又可用于动态测量； ⑤价格低廉，品种多样，便于选择和大量使用。 5.1 电阻应变片的工作原理及特性 1、工作原理 电阻应变片的基本结构： 金属材料 半导体材料 电阻应变片的工作原理 电阻应变效应是指金属导体在外力作用下发生机械变形时，其电阻值随着所受机械变形(伸长或缩短)的变化而发生变化的现象。 应变片 压阻效应：半导体材料在受到外力作用时，其电阻率?发生变化的现象。 电阻丝的电阻R为 代入 任一参数变化均会引起电阻变化,求导数 ?x——电阻丝轴向相对变形，或称纵向应变。 电阻变化： ?y——电阻丝径向相对变形，或称横向应变。 对金属材料，电阻率几乎不变： 对半导体材料，压阻效应为主： 电阻应变效应 压阻效应 弹性元件 电阻应变片 被测量 F ε ΔR 定义：电阻丝的灵敏度系数S0——表示单位应变所引起的电阻相对变化。 金属材料 半导体材料 电阻应变片灵敏度系数S称为“标称灵敏度系数”，由实验测定。 线性关系 电阻应变片的横向效应 敏感栅形状 栅状结构敏感栅的电阻变化一定小于纯直线敏感栅的电阻变化的现象。 分析： 应变片的纵向应与测量的形变方向一致； 圆弧部分产生了一个负的电阻变化?降低了应变片的灵敏度系数。 必须采取措施减小横向效应的影响（改进结构等）。 2、电阻应变片的种类及材料 电阻应变片的种类 常用有丝式、箔式、半导体式和薄膜式应变片等。 丝式应变片：金属电阻应变片的典型结构。将一根高电阻率金属丝（?0.025mm左右）绕成栅形，粘贴在绝缘的基片和覆盖层之间并引出导线构成。 ？栅状结构 为了获得大的电阻变化量 丝式应变片制作简单、性能稳定、成本低、易粘贴。分为丝绕式和短接式两种。 丝绕式应变片因圆弧部分参与变形，横向效应较大； 短接式应变片敏感栅平行排列，两端用直径比栅线直径大5～10倍的镀银丝短接而成，其优点是克服了横向效应。 箔式应变片：利用照相制版或光刻技术，将厚约为0.003～0.01mm的金属箔片制成敏感栅。 箔式应变片优点: ①可制成多种复杂形状、尺寸准确的敏感栅，其栅长最小可做到0.2mm，以适应不同的测量要求； ②横向效应小； ③散热条件好，允许电流大，提高了输出灵敏度； ④蠕变和机械滞后小，疲劳寿命长； ⑤生产效率高，便于实现自动化生产。金属箔的材料常用康铜和镍铬合金等。 目前使用的应变片大多是金属箔式应变片。 半导体应变片：分为体型和扩散型两种。 体型：利用半导体材料的体电阻制成。 扩散型：在半导体材料的基片上利用集成电路工艺制成扩散型电阻。 由于半导体(如单晶硅)是各向异性材料，因此它的压阻效应不仅与掺杂浓度、温度和材料类型有关，还与晶向有关(即对晶体的不同方向上施加力时，其电阻的变化方式不同)。 优点： 灵敏度高；