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增大电阻应变片的灵敏系数
半桥和全桥 假设?R1=?R2=?R3=?R4 根据参与工作的桥臂数 半桥 半桥单臂 半桥双臂 全桥 复习巩固 什么是金属丝的应变效应? 什么是金属应变片的灵敏度系数?它与金属丝灵敏度函数有何不同? 根据下式,用自己的话描述桥臂极性的计算的结论 应变效应的应用十分广泛。它可以测量应变应力、弯矩、扭矩、加速度、位移等物理量。电阻应变片的应用可分为两大类: 第一类是将应变片粘贴于某些弹性体上,并将其接到测量转换电路,这样就构成测量各种物理量的专用应变式传感器。应变式传感器中,敏感元件一般为各种弹性体,传感元件就是应变片,测量转换电路一般为桥路; 第二类是将应变片贴于被测试件上,然后将其接到应变仪上就可直接从应变仪上读取被测试件的应变量。 四、应变式传感器 柱力式传感器 圆柱式力传感器的弹性元件分为实心和空心两种。 柱式力传感器 -ε2 +ε1 截面积S F F F 面积S -ε1 +ε2 b) a) 在轴向布置一个或几个应变片,在圆周方向布置同样数目的应变片,后者取符号相反的横向应变,从而构成了差动对。由于应变片沿圆周方向分布,所以非轴向载荷分量被补偿,在与轴线任意夹角的α方向,其应变为 : ε1——沿轴向的应变;μ——弹性元件的泊松比。 当α=0时 当α=90?时 E:弹性元件的杨氏模量 各种悬臂梁 F F 固定点 固定点 电缆 各种悬臂梁 应变片在悬臂梁上的粘贴及变形 应变式荷重传感器的外形及应变片的粘贴位置 F R 1 R 2 R 4 荷重传感器原理演示 荷重传感器上的应变片在重力作用下产生变形。轴向变短,径向变长。 电子秤 磅秤 超市打印秤 远距离 显示 人体秤 应变式数显扭矩扳手 可用于汽车、摩托车、飞机、内燃机、机械制造和家用电器等领域,准确控制紧固螺纹的装配扭矩。量程2~500N.m,耗电量≤10mA,有公制/英制单位转换、峰值保持、自动断电等功能。 材料应变的测量 斜拉桥上的斜拉绳应变测试 案例:机器人握力测量 讨论,设计一个地音入侵探测器 适合于金库、仓库、古建筑的防范,挖墙、打洞、爆破等破坏行为均可及时发现。 应变式加速度传感器 在低频(10~60Hz)振动测量中得到广泛的应用,但不适用于频率较高的振动和冲击。 应变式加速度传感器结构示意图 1—等强度梁 2—质量块 3—壳体 4—电阻应变片 §2.2 压阻式传感器 (一)?? 压阻效应 单晶硅材料在受到应力作用后,其电阻率发生明显变化,这种现象被称为压阻效应。 对半导体材料 对金属材料 电阻相对变化量 由于πE一般都比(1+2μ)大几十倍甚至上百倍,因此引起半导体材料电阻相对变化的主要原因是压阻效应,所以上式可近似写成 式中 π——压阻系数;E——弹性模量; σ——应力; ε——应变。 上式表明压阻传感器的工作原理是基于压阻效应。 扩散硅压阻式传感器的基片是半导体单晶硅。单晶硅是各向异性材料,取向不同其特性不一样。而取向是用晶向表示的,所谓晶向就是晶面的法线方向。 优点:灵敏度高,比金属丝式高50~80倍、尺寸小,横向效应小,动态响应好、精度高、易于微型化和集成化等。 缺点:温度系数大,应变时非线性比较严重,稳定性和可重复性不如金属应变片。 (二)?? 固态压阻器件 1、固态压阻器件的结构原理 利用固体扩散技术,将P型杂质扩散到一片N型硅底层上,形成一层极薄的导电P型层,装上引线接点后,即形成扩散型半导体应变片。若在圆形硅膜片上扩散出四个P型电阻,构成惠斯登电桥的四个臂,这样的敏感器件通常称为固态压阻器件,如图所示。 1 2 3 4 5 7 6 1 N-Si膜片 2 P-Si导电层 粘贴剂 硅底座 引压管 Si 保护膜 7 引线? 当硅单晶在任意晶向受到纵向和横向应力作用时,如图 (a)所示,其阻值的相对变化为 式中 σl——纵向应力; σt——横向应力; πl——纵向压阻系数;πt——横向压阻系数。 (a) [001] [100] [010] πlσl πtσt R (b) πtσr πlσr πtσt πlσt 图 力敏电阻受力情况示意图 Rr Rt 在硅膜片上,根
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