铁道车辆传感器技术—电阻应变式传感器.pptx

项目一传感器技术;一、电阻应变式传感器概述;;二、电阻应变式传感器结构和工作原理;材料的应变效应:金属丝受拉时，l变长、r变小，导致R变大;当金属丝受到外力F作用下，而被拉伸（或压缩）时，上述任何一个参数均会变化，因此导体的电阻随之发生变化，通过对上式两边取对数后再做微分，即可求其电阻相对变化为

;或;（1）对于金属材料，导电率不变，即dρ/ρ1，因此有：;（2）对于半导体，由于dρ/ρ项的数值远比（1＋2μ）ε项大，即半导体电阻变化率取决于材料的电子流变化，因此，;（3）常用的应变片灵敏度系数大致是：

金属导体应变片约为2左右，但不超过4～5；半导体应变片约为100～200。

可见半导体应变片的灵敏度系数值比金属导体的灵敏度系数值大50-80倍。

但半导体材料的温度系数大，应变时非线性比较严重，使它的应用范围受到一定的限制。

。;2.半导体应变片及金属丝式应变片的结构

;常用应变片的形式;（1）敏感栅是应变片的核心部分，它粘贴在绝缘的基片上，其上再粘贴起保护作用的覆盖层，两端焊接引出导线。引线是从敏感栅到测量导线之间的过渡部分，用以将敏感栅接入测量电路。

(2)覆盖层与基片将敏感栅紧密地粘贴在中间，对敏感栅起几何形状固定和绝缘、保护作用，基片要将被测体的应变准确地传递到敏感栅上，因此它很薄，一般为0.03～0.06mm,使它与被测体及敏感栅能牢固地粘合在一起，此外它还应有良好的绝缘性能、抗潮性能和耐热性能。基片和覆盖层的材料有胶膜、纸、玻璃纤维布等。

;(3)应变片的粘贴技术;(3)应变片的粘贴技术;(3)应变片的粘贴技术;(3)应变片的粘贴技术;(3)应变片的粘贴技术;(3)应变片的粘贴技术;(3)应变片的粘贴技术;(3)应变片的粘贴技术;(3)应变片的粘贴技术;(3)应变片的粘贴技术;(3)应变片的粘贴技术;(3)应变片的粘贴技术;（4）应变片的材料和种类;对电阻丝材料有如下要求：

①灵敏系数大，且在相当大的应变范围内保持常数；

②ρ值大，即在同样长度、同样横截面积的电阻丝中具有较大的电阻值；

③电阻温度系数小，否则因环境温度变???也会改变其阻值；

④与铜线的焊接性能好，与其它金属的接触电势小；

⑤机械强度高，具有优良的机械加工性能。;常用金属电阻丝材料的性能;康铜是目前应用最广泛的应变丝材料，这是由于它有很多优点：灵敏系数稳定性好，不但在弹性变形范围内能保持为常数，进入塑性变形范围内也基本上能保持为常数；康铜的电阻温度系数较小且稳定，当采用合适的热处理工艺时，可使电阻温度系数在±50×10-6/℃的范围内；康铜的加工性能好，易于焊接，因而国内外多以康铜作为应变丝材料。;三、电阻应变式传感器的特性;（2）零点漂移和蠕变

①温度不变时，即使未加应力，应变片指示也会变化，称零点漂移；

产生原因：敏感栅通以工作电流后温度效应，粘洁剂固化不充分，当应变片承受恒定机械应变量。

②应变片的指示应变随时间变化称为蠕变。

产生原因：胶层之间发生“滑动”，使力传到敏感栅的应变逐渐减少。;四、电阻应变式传感器的应用;（1）柱（筒）式力传感器

图（a）、（b）分别为柱式、筒式力传感器，应变片粘贴在弹性体外壁应力分布均匀的中间部分，对称地粘贴多片，电桥连线时考虑尽量减小载荷偏心和弯矩影响，贴片在圆柱面上的展开位置及其在桥路中的连接如图（c）、（d）所示，R1和R3串接，R2和R4串接，并置于桥路对臂上，以减小弯矩影响，横向贴片R5和R7串接，R6和R8串接，作温度补偿用，接于另两个桥臂上。;圆柱（筒）式力传感器

（a）柱式；（b）筒式；（c）圆柱面展开图；（d）桥路连线图;（2）环式力传感器

如图(a)所示为环式力传感器结构图。与柱式相比，应力分布变化较大，且有正有负。;;四、电阻应变式传感器的应用;下图为膜片式压力传感器，应变片贴在膜片内壁，在压力p作用下，膜片产生径向应变εr和切向应变εt，表达式分别为