电阻传感器(应变片修改).

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1、第六节 力、转矩和压力传感器 导体或半导体材料在外界力的作用下， 会产生机械变形，其电阻值也将随着发生 变化，这种现象称为应变效应。 电阻应变传感器主要由电阻应变片及 测量转换电路等组成。 一、电阻应变式测力传感器 Date1 我们先来做一个实验。当我们用力拉 电阻丝时，电阻丝的长度略有增加，直 径略有减小，从而导致电阻值R变大。 在我们这个实验中，电阻丝的阻值从初 始状态的10.00增大到10.05，如图2- 4所示。 导体或半导体材料在外界力的作用下，会产生机械 变形，其电阻值也将随着发生变化，这种现象称为应 变效应。 在工业中，将试材受力后所产生的长度相对变化量 xl/l，称为纵向应变。

2、 Date2 （一）、应变原理演示 金属丝受拉时，l变长、r变小，导致R变大 。 Date3 （二）、应变片的工作原理 设有一长度为、截面积为A、半径为r、电阻 率为的金属单丝，它的电阻值R可表示为 K电阻应变片的灵敏度 当沿金属丝的长度方向作用均匀拉力（或压力）时 ，上式中r、l都将发生变化，从而导致电阻值R发生变化 。 当金属丝受拉时，l将变长、r变小，均导致R变大； 某些半导体受拉时，将变大，导致R变大。 电阻丝及应变片的电阻相对变化量R R与材料力学 中的轴向应变x的关系在很大范围内是线性的，即 Date4 微应变() 对于不同的金属材料，K 略微不同，一 般为2左右。而对半导体材料而

3、言，由于其感受到应 变时，电阻率 会产生很大的变化，所以灵敏度比金 属材料大几十倍。 在材料力学中，x =l/l称为电阻丝的轴向应变 ，也称纵向应变。 x通常很小。例如，当 x为 0.000001（ 10-6 ）时，在工程中常表示为1m/m或1 微应变(1)。 对金属材料而言，当它受力之后所产生的轴向 应变最好不要大于110-3，即1000m/m，否则有可 能超过材料的极限强度而导致非线性或断裂。 Date5 应变片用于测量力F的计算公式 由材料力学可知，x=F /(AE)，所 以R /R又可表示为 如果应变片的灵敏度K 和试件的横截面 积A以及弹性模量均为已知，则只要设法 测出R /R的数值

4、，即可获知试件受力的 大小，可用于电子秤的称重和测量拉力等。 Date6 应变片的应用 将应变片粘贴在斜拉绳 表面，可测量斜拉绳所受的 拉力 应变片可用于 电子秤 Date7 （三）、应变片的种类与结构 应变片可分为金属应变片及半导体 应变片两大类。 金属丝式应变片，金属丝易脱胶， 逐渐被箔式所取代。但金属丝式应变片价格便 宜，多用于大批量、一次性试验。 箔式应变片中的箔栅是金属箔通过 光刻、腐蚀等工艺制成的。箔式应变片与片基 的接触面积大得多，散热条件较好，在长时间 测量时的蠕变较小，一致性较好，目前广泛用 于各种应变式传感器中。 Date8 金属丝式应变片 的结构 Date9 半导体应变片

5、 半导体应变片的主要优点是灵敏度 高；缺点是：灵敏度的一致性差、温漂大、 电阻与应变间非线性严重。 在使用时，需采用半桥、全桥温 度补偿及非线性补偿措施。 Date10 箔式应变片的外 形 Date11 应变片主要性能指标举例 上表中，哪几个型号是半导体应 变片？依据是什么？ Date12 应变片的粘贴 ： 1. 去污：采用 手持砂轮工具除去 构件表面的油污、 漆、锈斑等，并用 细纱布交叉打磨出 细纹以增加粘贴力 ，用浸有酒精或丙 酮的纱布片或脱脂 棉球擦洗。 Date13 2.贴片： 在应变片的表面和处 理过的粘贴表面上， 各涂一层均匀的粘贴 胶 ，用镊子将应变 片放上去，并调好位 置，然后

6、盖上塑料薄 膜，用手指揉和滚压 ，排出下面的气泡 。 Date14 3.测量 ：从分开的端子 处，预先用万用 表测量应变片的 电阻，发现端子 折断和坏的应变 片。 Date15 4.焊接： 将引线和端 子用烙铁焊接起 来，注意不要把 端子扯断。 Date16 5.固定 ： 焊接后用 胶布将引线 和被测对象 固定在一起 ，防止损坏 引线和应变 片。 Date17 （四）、应变效应的应用 电阻应变片的应用可分为两大类： 第一类：是将应变片粘贴于某些弹性体上 ，并将其接到测量转换电路，这样就构成测量 各种物理量的专用应变式传感器。应变式传感 器中，敏感元件一般为各种弹性体。转换元件 就是应变片，测量

7、转换电路一般为桥路； 第二类：是将应变片贴于被测试件上，然 后将其接到应变仪上就可直接从应变仪上读取 被测试件的应变量。 Date18 应变式力传感器 S型力传感器 F F F F Date19 各种悬臂梁 Date20 各种悬臂梁 FF 固定点 固定点 电缆Date21 应变片在悬臂梁上的粘贴及受力变形 Date22 应变式荷重传感器的外形 及应变片的粘贴位置 F R1 R 2 R 4 Date23 应变式荷重传感器外形及受力位置（续 ） FF Date24 应变式荷重传感器外形及受力位置（续 ） FF Date25 荷重传感器原理演示 贴在荷重传感 器表面的应变 片在向下力的 作用下产生变

8、 形。轴向变短 ，径向变长。 Date26 汽车衡 测量装货量或 判断超载 Date27 电子秤 磅秤 超市打印秤 远距离 显示 Date28 人体 秤 Date29 吊钩秤 便携式 Date30 电子秤中的各类弹性元件 Date31 材料应变的测量 斜拉桥上的 斜拉绳应变测试 Date32 五、测量转换电路不平衡电桥 金属应变片的电阻变化范围很小，如果直 接用欧姆表测量其电阻值的变化将十分困难， 且误差很大。 例：金属箔式应变片的标称阻值R0为100， 灵敏度K=2，粘贴在横截面积为9.8mm2的钢质圆 柱体上，钢的弹性模量E=21011N/m2，所受拉力 F=0.2t，受拉后应变片的阻值R

9、 的变化量仅为 0.2。 所以必须使用不平衡电桥来测量这一微小 的变化量，将R /R转换为输出电压Uo。 Date33 什么是电桥 不平衡电桥由四个电阻R1、R2、R3、R4组成 一个四边形的回路，每一边称作电桥的“桥臂”。 有4个结点。在a、c结点之间接入电源Ui，而另一 对结点(b、d)之间的电压差作为输出电压端Uo 。 b、d的对地电压相等时称作 “电桥平衡”；反之， 称作“电桥不平衡”。 电桥平衡的条件是： 上下桥臂的左右位置 电阻比例相等。 Date34 测量转换电路不平衡电桥 由电工学可知： 若桥路4个桥臂 相邻电阻的电阻 值变化趋势相反 ，桥路的输出电 压反而相互叠加 。 Dat

10、e35 电桥平衡的条件 ：R1/R2=R4/R3 调节RP ，最 终可以使R1/R2=R4/R3 （ R1、R2是R1、R2并联 RP后的等效电阻），电 桥趋于平衡，Uo被预调 到零位，这一过程称为 调零。 Date36 单臂电桥 单臂半桥 的 灵敏度最 低。 计算公式 Date37 双臂电桥 R1、 R2为 应变片， R3、R4为 固定电阻 。应变片 R1 、R2 感受到的应 变1、2以及产生的 电阻增量正负号相间 ，可以使输出电压Uo 成倍地增大。 Date38 四臂全桥 全桥的四个桥臂都为 应变片，如果设法使试件 受力后，应变片R1 R4产 生的电阻增量（或感受到 的应变14）正负号相间

11、 ，就可以使输出电压Uo成 倍地增大。 上述三种工作方式中，哪一种灵敏度最高? 哪一种灵敏度最低? Date39 全桥的温度补偿原理 当环境温度升高 时，桥臂上的应变片 温度同时升高，温度 引起的电阻值漂移数 值一致，可以相互抵 消，所以全桥的温漂 最小。 采用全桥（或 双臂半桥）能实现 温度自补偿。 Date40 Date41 Date42 Date43 应变式数显扭矩扳手 数显扳手可用于汽车、摩托车、飞机、内 燃机、机械制造和家用电器等领域，准确控制 紧固螺栓的装配扭矩。量程2500Nm，耗电 量10mA，有公制/英制单位转换、峰值保持 、自动断电等功能。 Date44 Date45 应变

12、式数显 扭矩扳手（续 ） Date46 压阻式固态压力传感 器 利用扩散工艺制作的 四个半导体应变电阻处于 同一硅片上，工艺一致性 好，灵敏度相等，漂移抵 消，迟滞、蠕变非常小， 动态响应快。 Date47 压阻式固态压力传感器的隔离、承压膜 片 隔离 、承压膜片可以将 腐蚀性的气体、液 体与硅膜片 隔离 开来。 Date48 压阻式固 态 压力 传感器 内部结构 信 号处理 电路 p Date49 小型压阻式固态压力传感器 高 压进气口 低压进气口 Date50 小型压阻式固态差压传感器（续） 可用于呼吸、透析和注射泵等设备 p1进气管 p2进气管 电缆引出 Date51 小型压阻式固态压力

13、传感器（续） 表压压力 传感器 p1进气管 Date52 汽车子午线轮胎胎压的测量 子午 线轮胎 汽车胎压传感器 的安装 Date53 投入式液位计 压阻式固态压力传感器的p1进气孔用柔性 不锈钢隔离膜片隔离，并用硅油传导压力。硅 杯不与液体相通，耐腐蚀。 Date54 投入式液位计外形（续） 压 阻式固态 压力传感 器 与水位 成正比 的光柱 橡胶 背压管 进水孔 Date55 投入式液位传感器 投入式液 位传感器必须使 用安装支架，适 应于深度为 几米 至 几十米，且混 有 大 量 污物、 杂质的水或其他 液体的液位测量 。 Date56 投入式液位计液位的计算： 安装高度h0处水的表压

14、p1=gh1 所以： h=h0+h1=h0+p1 /（g） 例：液位计安装高度为1m，测得压力为 98kPa，求水的深度h。 Date57 与计算机接口的多路电阻应变测量模 块 Date58 第三节 测温热电阻传感器 一、金属热 电阻 温度升高，金属内部原子晶格的振动 加剧，从而使金属内部的自由电子通过金 属导体时的阻碍增大，宏观上表现出电阻 率变大，电阻值增加，我们称其为正温度 系数，即电阻值与温度的变化趋势相同。 测温热电阻可分为金属和半导体两大类。 Date59 金属丝电阻随温度增高而变大的演示 我们先来做一个实验。当我们用力拉电阻丝时，电阻丝的长度 略有增加，直径略有减小，从而导致电阻

15、值R变大。在我们这个 实验中，电阻丝的阻值从初始状态的10.00增大到10.05，如 图2-4所示。 Date60 超导现象 1911年，荷兰物理学家昂内斯（ Kamerlingh Onnes）在用液氦将汞的温度降到 4.2K时， 发现汞的电阻降 为零。昂内斯将这 种现象称为物质的 超导性。后来昂内 斯和其他科学家陆 续发现了其他一些 金属也是超导体。 昂内斯因为这项重 大发现而获得1913 年的诺贝尔物理学 奖。 Date61 易提纯、复现性好的金属材料才可用于制作热电阻 请挑选适合于制作热电阻的金属材料 Date62 金属热电阻材料的主要技术性能 Date63 薄膜式及装配式铂热电阻 Da

16、te64 小型铂热电阻 Date65 防爆型铂热电阻 坚实的外壳起“隔爆”作用 Date66 汽车用水温传感器及水温 表 铜热电阻 Date67 学习查“铂热电阻分度表” 请判断铂热电阻是否线性 Date68 铂电阻温度显示、变送器 上下限设定键 上限 下限 上上限 下下限 测量值 Date69 可设定温度的温度控制箱 旋转 式机械 设定 开关 拨码式 设定开关 哪一种更适合车间使用？ Date70 二、热敏电阻 热敏电阻有负温度系数（NTC）和 正温度系数（PTC）之分。 NTC又可分为两大类： 第一类的电阻值与温度之间呈严格 的负指数关系，因此可用于测量温度： 第二类为突变型（CTR）。当温度上升 到某临界点时，其电阻值突然下降 ，可用于 控制温度 。 Date71 热敏电阻的外形、结构及符号 a）圆片型热敏电阻 b）柱型热敏电阻 c）珠型 热敏电阻 d）铠装型 e）厚膜型 f）图形符号 1热敏电阻 2玻璃外壳 3引