第3章 应变式传感器幻灯片.pptVIP

应变式电阻传感器 电阻应变片的发展历史 应变效应 一、金属的应变效应 一、金属的应变效应 一、金属的应变效应 一、金属应变片 2、金属箔式应变片 一、金属应变片 3、金属薄膜应变片 金属应变片的基本结构 二、半导体应变片 二、半导体应变片 2、薄膜型半导体应变片 二、半导体应变片 3、扩散型半导体应变片 汽车衡称重系统 引线产生的分布电容的容抗、电源频率及应变片的性能差异，交流电桥的初始平衡条件和输出特性都受到严重影响，因此电桥要预调平衡。 交流电桥的平衡可用电阻调整和电容调整或阻容调整的方法。 二、交流电桥 3、交流电桥的调平方法 §3.4 电阻应变片的测量电路 ~ USR R2 R4 R1 R3 USC C1 C2 C3 C4 USR R2 R4 R3 USC ~ R1 C 一、应变式传感器的特点1、应变式传感器的优点 §3.5 应变式传感器的应用 ① 应用和测量范围广 ② 精度和灵敏度高 ③ 频率响应特性好 对复杂环境的适应性强 商品化 ④ ⑤ 2、应变式传感器的缺点 ① 大应变下的非线性 ② 屏蔽措施 ③ 不能测应力梯度的变化 0.1%~0.01% 几十~上百kHz 概念：被测物理量为荷重或力的应变式传感器时，统称为应变式力传感器。 用途：各种电子称与材料试验机的测力元件、发动机的推力测试、水坝坝体承载状况监测等。 特点：应变式力传感器要求有较高的灵敏度和稳定性，在受到侧向作用力或力的作用点少量变化时，不应对输出有明显的影响。 一、应变式力（荷重）传感器 §3.5 应变式传感器的应用 常见种类： 1、柱（筒）式力传感器 2、环式力传感器 3、悬臂梁式力传感器 F 柱筒式力传感器，应变片粘贴在弹性体外壁应力分布均匀的中间部分。应变片对称地粘贴多片，电桥接线时考虑尽量减小载荷偏心和弯矩影响。横向贴片可提高灵敏度并作温度补偿用。 一、应变式力（荷重）传感器 1、柱（筒）式力传感器 §3.5 应变式传感器的应用 F -ε2 +ε1 面积S F 实心圆柱 F 面积S -ε1 +ε2 空心圆柱 F R6 R7 R8 R2 R3 R4 R5 R1 圆柱面展开图 u0 U0 R1 R3 R5 R7 R6 R8 R2 R4 桥路连接 一、应变式力（荷重）传感器 1、柱（筒）式力传感器 §3.5 应变式传感器的应用 物理科学与技术学院 王殿生 制作 EXIT 《传感器原理及应用》 物理科学与技术学院 王殿生 制作 EXIT 《传感器原理及应用》 第三章 应变式传感器 应变式电阻传感器作为测力的主要传感器，测力范围小到肌肉纤维，大到登月火箭，精确度可到 0.01-0.1%。有拉压式（柱、筒、环元件）、弯曲式、剪切式。 应变式传感器特征： 材料类型：金属应变片、半导体应变片 应用范围：应变力、压力、转矩、位移、加速度 主要优点：使用简单、精度高、范围大、体积小 第三章 应变式传感器 1856年，W. Thomoson发现金属丝的应变效应，并用惠斯通电桥精确测量电阻的变化 。 1938年，E. Simmons和A. Ruge制成纸基丝绕式应变片。 1953年，P. Jackson用光刻技术制成箔式应变片。 1954年，C. Smith发现半导体材料的压阻效应。 1957年，W. Mason研制出半导体应变片。 应变式传感器的核心元件：电阻应变片，试件上的应力变化转换成电阻变化。 应变效应:导体或半导体在受到外界力的作用时，产生机械变形，机械变形导致其阻值变化，这种因形变而使阻值发生变化的现象称为应变效应。 §3.1 电阻应变片的工作原理 一、金属的应变效应 对于一长为L、横截面积为A、电阻率为ρ的金属丝，其电阻值R为 如果对电阻丝长度作用均匀应力，则ρ、L、A的变化(dρ、dL、dA)将引起电阻R变化dR。通过对上式的全微分可得dR为 金属丝的应变效应 l l+ dl 2r 2(r-dr) F F 若电阻丝是圆形的，则A=πr 2,对r 微分得dA=2πr dr，则 §3.1 电阻应变片的工作原理 在弹性范围内金属丝受拉力时，沿轴向伸长，沿径向缩短，则轴向应变和径向应变的关系为 εy=-μεx μ为金属材料的泊松系数。 定义：KS为金属丝的灵敏系数，表示单位应变所引起的电阻的相对变化，则有 金属丝的应变效应 l l+ dl 2r 2(r-dr) F F §3.1 电阻应变片的工作原理 根据应力σ和应变ε的关系: 应力σ=εE，σ∝ε， 应变ε∝dR，σ∝dR。 金属丝的应变效应 l l+ dl 2r 2(r-dr) F F 确定的金属材料，(1+2μ)项是常数，其数值约在1~2之间，实验证明dρ/ρ╱