8【应变】传感器.pptVIP

* 第三章 常用传感器 二） 电阻应变式传感器 金属电阻应变片的工作原理是基于金属导体的应变效应，即金属导体在外力作用下发生机械变形时，其电阻值随着它所受机械变形(伸长或缩短)的变化而发生变化的现象。 （一）工作原理 电阻应变片测量，主要借助试件的变形引起贴在其上的电阻应变片电阻值的变化，并建立了电阻变化率 △R/R 与应变 △L/L 二者之间的关系： △R/ R=S △L/ L 式中 S 称为电阻应变片的灵敏度系数。由实验证明大多数金属丝的灵敏度系数 S0为： S0=-12－4.0 之间 第三章 常用传感器 为了确定 S，以单根金属丝为例导出其 S0 当金属丝受轴向拉力 P 的作用被拉伸后，由于应变效应其电阻值也将发生变化。 对 R 各项微分求增量 dR 求导并用相对变化量表示 定义： ----电阻丝轴向相对变形 ----电阻丝径向相对变形 第三章 常用传感器 根据泊松比公式有： 从上式可看出：S0 受两个因素的影响： ① 1+2μ 它是由金属丝几何尺寸改变所引起的。 ② 后一项 则是金属丝受力，材料的电阻系率发生变化引起的。（影响因素极为复杂） ③ 由于对阻丝随金属变形的规律尚不清楚，故无法从理论上求得 S0 值，而只能由试验求得。 实验证明，目前一般常用的应变片在 S = 1.7---3.6 之间。 第三章 常用传感器 注： ① ε为试件的应变，它是无量纲的量。 ② 1ε 相当于长度为 1m 的试件其变形量为 1mm 时的相 对变形量，即：ε=1×10-3 ③ 由于试件ε值很小，在应变测量中常用微应变με表示，即: με=1×10-6 （二）应变片的结构 应变片的种类繁多，结构形式也有差异，但基本结构如下： 第三章 常用传感器 应变片由 组成 栅丝直径 ---- 一般为 0.015 --- 0,05 mm 基 底 ---- 一般为 0.02 --- 0.04 mm 引 线 ---- 一般直径为 0.10---0.15mm 的镀锡铜线 1. 敏感柵的材料 第三章 常用传感器 2. 基底材料 第三章 常用传感器 （三) 几种影响测量的因素及分析 1. 应变片的灵敏系数S 因为灵敏系数直接关系到输入与输出的比值大小，故应对该指标加以选择。原则为： ① 尽量选线性好S值大的应变片。 ② 一般动态应变仪选固定的灵敏度S = 2的应变片。 ③ 静态应变仪可选用 S =1.8-2.6 的应变片，因为其上有灵敏度调节装置。 2. 应变片横向效应引起的误差 所谓横向效应就是试件受拉压时，表面为平面应力状态（轴向伸长、缩短，横向则缩短、伸长）使敏感栅的横向部分将受到横向应变，导致总阻值减小 △R/R↓，从而降低了应变片的灵敏度，所以将该现象称为横向应变效应。 第三章 常用传感器 消除的办法为： 3. 应变片的温度特性影响 热输出---由于温度变化引起的应变输出称为热输出，主要原 因有二： ①　当温度变化时，应变片敏感栅材料的阻值将随温度变化而变化，其电阻变化率为 式中：γ--- 敏感元件材料的电阻温度系数 第三章 常用传感器 ② 当温度变化时，由于试件材料与阻丝材料线膨胀系数不同，伸缩量也不同。从而使应变片产生附加应变，并引起阻值变化。其变化率为： 故：由于温度变化所以引起的总电阻变化率为： 应变片的热输出为： 第三章 常用传感器 【例】 贴在钢试件上的康铜电阻丝式应变片，其 S = 2，γ= 20×10-6/CO ， α1= 15×10-6/CO ，α2= 11×10-6/0 C 求：当温度变化10 0C 时应变片的热输出。 如果该试件为钢质，弹性模量 E = 2×106Kg/cm2 则上述热输出相当于试件在应力为 σ= Eεt= 120Kg/cm2 时的应变值。 故：热输出是可见的，有时甚至会超出测量值，它会给测量带来较大的误差 4. 应变片的形式及特点 第三章 常用传感器 5.箔式 敏感栅是通过光刻技术、腐蚀等工艺制成的，它很薄故称箔式应变片。 特点： 表面积大、散热性好、允许大电流的通过、灵敏度度高、可制成任意形状。 第三章 常用传感器 （四） 半导体应变片 （1958年问世） 半导体应变片是使用半导体作敏感栅的特殊应变片。 特点为： 可进行温度自补偿及测量多向态应力、灵敏度度高、无横向应变效应等。 压阻效应---- 半导体小条的某一轴向受到力时，电阻率就会发生一定的变化，这种变化能够反映应变大小