02电阻应变式传感器课件.ppt

第2章电阻式传感器第2章电阻式传感器第2章电阻式传感器2.1.1导电材料的应变电阻效应电阻应变片的工作原理是基于应变效应，即导体或半导体材料在外界力的作用下产生机械变形时，其电阻值发生变化，这种现象称为“应变效应”。如图2-1所示，一根长为，截面积为S的金属电阻丝，在其未受力时，原始电阻值为：第2章电阻式传感器第2章电阻式传感器式中dl/l=ε——材料的轴向线应变，常用单位με(1με=1×10-6mm/mm);dS/S——圆形电阻丝的截面积相对变化量，设r为电阻丝的半径，微分后可得dS=2πrdr，则：其中?r——导体的半径，受拉时r缩小；μ——导体材料的泊松比。第2章电阻式传感器可得：通常把单位应变引起的电阻值变化称为电阻丝的灵敏系数。物理意义是单位应变所引起的电阻相对变化量，其表达式为：第2章电阻式传感器灵敏系数k0受两个因素影响：材料几何尺寸的变化，即1+2μ；材料电阻率的变化，即（dρ/ρ）/ε。实验证明在电阻丝拉伸极限内电阻的相对变化与应变成正比，即k0为常数。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。2.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。第2章电阻式传感器2.半导体材料的压阻效应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。第2章电阻式传感器2.半导体材料的压阻效应则：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。第2章电阻式传感器2.1.2电阻应变片的结构与类型结构：图2.2典型应变计的结构及组成(a)丝式(b)箔式(c)半导体1—敏感栅2—基底3—引线4—盖层5—粘结剂6—电极第2章电阻式传感器结构：(1)敏感栅——实现应变-电阻转换的敏感元件。通常由直径为0.015～0.05mm的金属丝绕成栅状，或用金属箔腐蚀成栅状。(2)基底——为保持敏感栅固定的形状、尺寸和位置，通常用粘结剂将其固结在纸质或胶质的基底上。基底必须很薄，一般为0.02～0.04mm。(3)引线——起着敏感栅与测量电路之间的过渡连接和引导作用。通常取直径约0.1～0.15mm的低阻镀锡铜线，并用钎焊与敏感栅端连接。第2章电阻式传感器电阻应变片的结构与类型(4)盖层——用纸、胶作成覆盖在敏感栅上的保护层；起着防潮、防蚀、防损等作用。(5)粘结剂——制造应变计时，用它分别把盖层和敏感栅固结于基底；使用应变计时，用它把应变计基底粘贴在试件表面的被测部位。因此它也起着传递应变的作用。第2章电阻式传感器电阻应变计的结构与类型类型1.金属丝式应变片图2.2典型应变计的结构及组成(a)丝式(b)箔式(c)半导体1—敏感栅2—基底3—引线4—盖层5—粘结剂6—电极有回线式和短接式二种。回线式最为常用，制作简单，性能稳定，成本低，易粘贴，但横向效应较大。第2章电阻式传感器电阻应变计的结构与类型类型2.金属箔式应变片利用照相制版或光刻技术将厚约0.003～0.01mm的金属箔片制成所需图形的敏感栅，也称为应变花。类型3.半导体应变片由单晶半导体经切型、切条、光刻腐蚀成形，然后粘贴在薄的绝缘基片，最后再加上保护层。但重复性、温度及时间稳定性差。第2章电阻式传感器2.1.3电阻应变片的应用1、应变片的选用（1）选择类型——使用目的、要求、对象、环境等（2）材料考虑——使用温度、时间、最大应变量及精度（3）阻值选择——根据测量电路和仪器选定标称电阻（4）尺寸考虑——试件表面、应力分布、粘贴面积（5）其他考虑——特殊用途、恶劣环境、高精度第2章电阻式传感器电阻应变片的应用2、应变片的使用（1）粘结剂的选择