传感器62电阻样式编辑母版文本样式.pptxVIP

2 电阻式转换元件 3 电感转换元件 4 电容转换元件 5 磁电式转换元件 6 压电式转换元件 7 光电式转换元件 磁敏式转换元件 8 热电式转换元件 ; 2 电阻式转换元件 2.1 电位器式电阻传感器 2.2 应变片式电阻传感器 2.3 固态压阻元件 2.4 热电阻和热敏电阻 2.5 气敏电阻 2.6 光敏电阻 2.7 湿敏电阻 ;2.2 应变片式电阻传感器;1．金属电阻应变片:丝式、箔式、薄膜式。 (1)金属丝式应变片： 将金属电阻丝 （一般是合金， 电阻率较高，直径 约0.02mm）粘贴在 绝缘基片上，上面 覆盖一层薄膜，使它们变成一个整体。 ;（2）金属箔式应变片 利用光刻、腐蚀等工艺制成一种很薄的金属箔栅，厚度一般在0.003~0.010 mm，粘贴在基片上，上面再覆盖一层薄膜而制成。其优点是表面积和截面积之比大，散热条件好，允许通过的电流较大，可制成各种需要的形状，便于批量生产。;（3）金属薄膜应变片;金属应变片;;常用应变片形式;2.2.1 电阻应变片的工作原理（杨P135） ;电阻相对变化量为： ;由材料力学的知识：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 （6.2-5） μ为金属材料的泊松系数。;将（6.2-4）式、（6.2-5）代入（6.2-3）式得：;对于确定的材料，(1+2μ)项是常数，其数值约在1~2之间，实验证明dρ/ρ╱εx 也是一个常数。;;;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： ;2.2.2 电阻应变片的主要特性(P33);K为金属应变片的灵敏系数。 测量结果表明，应变片的灵敏系数K恒小于线材的灵敏系数KS。原因主要是胶层传递变形失真及横向效应。 ;2 、 横向效应 金属丝式应变片由于敏感栅的两端为半圆弧形的横栅，测量应变时，构件的轴向应变ε使敏感栅电阻发生变化，而其横向应变εr也使敏感栅半圆弧部分的电阻发生变化。 ;当εr=0时，可得轴向灵敏度系数：;应变片粘贴在被测试件上，当温度恒定时，其加载特性与卸载特性不重合，即为机械滞后。; 机械滞后???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。 ; 对于粘贴好的应变片，当温度恒定时，不承受应变时，其电阻值随时间增加而变化的特性，称为应变片的零点漂移。; 用作测量应变的金属应变片，希望其阻值仅随应变变化，而不受其它因素的影响。实际上应变片的阻值受环境温度(包括被测试件的温度)影响很大。由于环境温度变化引起的电阻变化与试件应变所造成的电阻变化几乎有相同的数量级，从而产生很大的测量误差，称为应变片的温度误差，又称热输出。; 因环境温度改变而引起电阻变化的两个主要因素： 应变片的电阻丝(敏感栅)具有一定温度系数； 电阻丝材料与测试材料的线膨胀系数不同。 ;由于敏感栅材料和被测构件材料两者线膨胀系数不同，当Δt 存在时，引起应变片的附加应变，相应的电阻相对变化为:;温度变化Δt形成的总电阻相对变化：;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。 真实应变是由于工 作温度变化或承受 机械载荷，在被测 试件内产生应力时 所引起的表面应变。; 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。 ;应变片对应变波的动态响应; 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;即：;即：;因此，相对误差δ的大小只决定于l/λ的比值，下表给出了l/λ为1/10和1/20时δ的数值：;例;2.2.3 温度误差及其补偿;由(6.2-19)式知，若使应变片在温度变化Δt时的热输出值为零，必须使; 由两种不同电阻温度系数（一种为正值，一种为负值）的材料串联组成敏感栅，以达到一定温度范围内在一定材料的试