电阻式传感器[1].pptVIP

根据被测试件承受应变的情况，可以不另加专门的补偿块 ，而是将补偿片贴在被测试件上，这样既能起到温度补偿 作用，又能提高输出的灵敏度 梁受弯曲应变时，应变片R1和R2的变形方向相反，上面受拉，下面受压，应变绝对值相等，符号相反，将它们接入电桥的相邻臂后，可使输出电压增加一倍。当温度变化时，应变片R1和R2阻值变化的符号相同，大小相等，电桥不产生输出，达到了补偿的目的 构件受弯曲应力 R1 R2 F 构件受单向应力时，将工作应变片R2的轴线顺着应变方向，补偿应变片R1的轴线和应变方向垂直，R1和R2接入电桥相邻臂。 F F R1 R2 构件受单向应力 最高工作频率 在动态测量时，应变是以应变波的形式在材料中传播的，因此应变片要反映应变的变化是需要经过一定时间。 当被测应变值随时间变化的频率很高时，需考虑应变片的动态特性。因应变片基底和粘贴胶层很薄，构件的应变波传到应变片的时间很短(估计约0.2μs)，故只需考虑应变沿应变片轴向传播时的动态响应。 ε0 ε1 l xt λ ε x 设一频率为 f 的正弦应变波在构件中以速度 v 沿应变片栅长方向传播，在某一瞬时t，应变量沿构件分布如图所示。 设一频率为 f、波长为λ的正弦应变波在构件中以速度v沿应变片轴向传播，应变片栅长为l，应变片两端点的坐标是x1、x2，应变片中点的坐标是xt 。瞬时t 时应变波沿构件分布为 应变片中点的应变为 应变片测得的应变为栅长 l 范围内的平均应变εm，而不是xt点的应变，其数值等于 l 范围内应变波曲线下的面积除以 l。 平均应变εm与中点应变εt相对误差δ为： 应变片栅长与正弦应变波的波长之比愈小，相对误差δ愈小。若已知应变波在某材料内传播速度υ，可计算出栅长为L的应变片粘贴在某种材料上的可测动态应变最高频率 零漂与蠕变 零漂(zero shift) 对于已安装好的应变片，在一定温度下，不承受机械应变时，其指示应变随时间而变化的特性 产生的原因：敏感栅通电后的温度效应；应变片的内应力逐渐变化；粘结剂固化不充分等 蠕变(creep) 在一定温度下，使其承受一恒定的机械应变时，指示应变随时间变化的特性 产生的原因：由于胶层之间发生“滑动”，使传到敏感栅的应变量逐渐减少 在一定温度下，应变片的指示应变对测试值的真实应变的相对误差不超过规定范围 （一般为10%）时的 最大真实应变值。 εj 真实应变εg 指示应变εi 100% 1 90% 应变极限 机械滞后 在一定温度下，其指示应变与真实应变的加载特性和卸载特性不重合，称为机械滞后 Δε Δε1 机械应变εR 卸载 加载 指示应变εi 应变片的机械滞后 机械滞后值还与应变片所承受的应变量有关，加载时的机械应变愈大，卸载时的滞后也 愈大。所以，通常在实验之前应将试件预先加、卸载若干次，以减少因机械滞后所产生的实验误差。 产生原因：应变片在承受机械应变后的残余变形，使敏感栅电阻发生少量不可逆变化；在制造或粘贴应变片时，敏感栅受到的不适当的变形或粘结剂固化不充分等。 电阻值与最大工作电流 应变片电阻值 应变片在未经安装也不受外力作用下，于室温时测得的电阻值 最大工作电流 允许通过应变片而不影响其工作的最大电流值 第二节 半导体固态压阻式传感器 基于半导体材料压阻效应制成的传感器 压阻效应 半导体材料在机械应力的作用下，材料本身的电阻率会发生较大的变化 当半导体应变片受轴向力作用时，其电阻相对变化为 : 式中 为半导体应变片的电阻率的相对变化，其值与半导体敏感条在轴向所受的应力之比为一常数（压阻系数）。即 上式中1+2μ项随几何形状而变化，πLE项为压阻效应，随电阻率而变化。 实验证明πLE比1+2μ大近百倍，所以1+2μ 可以忽略，因而半导体应变片的灵敏系数为： 体型半导体应变片 采用P型或者N型硅材料按照其压阻效应最强的方向切割成厚度为0.02～0.05mm，宽度为0.2～0.5mm，长度为几个毫米的薄片，然后用基底、覆盖层、引出线将其组合成应变片 扩散型半导体应变片 将P型半导体扩散到N型硅基底上，从而形成了一层极薄的导电P型层线条，连接引线后就形成了扩散式半导体应变片，通常称之为压敏电阻 例题 如果将100Ω电阻应变片贴在弹性试件上，若试件受力横截面积S = 0.5×10-4 m2，弹性模量E =2×1011 N/m2 ，若有F=5×104 N的拉力引起应变电阻变化为1Ω。试求该应变片的灵敏度系数？ 小节 电阻式传感器 应力和应变 应变片式传感器： 原理、结构 金属应变效应 性能指标：灵敏系数、横向效应和温度特性 固态压阻式传感器： 压阻效应 P52 1、5 复习 第二章 传感器的基本特性 静态特性 静态特性方程 静态特性