《传感器与检测技术21应变式传感器ppt课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《传感器与检测技术21应变式传感器ppt课件（28页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、,第2章电阻式传感器原理与应用,2.1 应变式传感器 2.1.1 金属电阻应变片的工作原理 2.1.2 电阻应变片的特性 2.1.3 电阻应变片的测量电路 2.1.4 电阻应变片传感器的应用 2.2 压阻式传感器 2.2.1 半导体的压阻效应 2.2.2 体型半导体电阻应变片 2.2.3 扩散型电阻式压力传感器 2.2.4 压阻式加速度传感器 2.2.5 测量桥路及温度补偿,上一页,返 回,下一页,2.1 应变式传感器,2.1.1 工作原理 2.1.2 金属应变片的主要特性 2.1.3 测量电路 2.1.4 应变式传感器应用,2.1.1 工作原理,1.金属的电阻应变效应,电阻应变效应：当金属丝
2、在外力作用下发生机械变形时 其电阻值将发生变化,F l、A 、 R,电阻的灵敏系数,对于半径为r的圆导体，A=r2，A/A=2r/r 又由材料力学可知，在弹性范围内，,为导体的纵向应变，其数值一般很小，常以微应变度量； 为电阻丝材料的泊松比，一般金属=0.30.5； 为压阻系数，与材质有关；为应力值；E为材料的弹性模量；,金属电阻的灵敏系数,材料的几何尺寸变化引起的 材料的电阻率随应变引起的（压阻效应）,金属材料：k0以前者为主，则k01+2=1.73.6 半 导 体：k0值主要是由电阻率相对变化所决定,2. 应变片的基本结构与种类,敏感栅 直径为0.025mm左右的合金电阻丝 丝绕式 基 底
3、 绝缘 覆盖层 保护,位移、力、力矩、加速度、压力,弹性敏 感元件,应变,外力作用 被测对象表面产生微小机械变形 应变片敏感栅随同变形 电阻值发生相应变化,应变片,应变片的类型和材料,金属丝式 金属箔式 金属薄膜式,回线式 短接式,金属丝式应变片,金属电阻丝应变片的基本结构 1-基片；2-电阻丝；3-覆盖层；4-引出线,金属电阻应变片，材料电阻率随应变产生的变化很小，可忽略,应变片电阻的相对变化与应变片纵向应变成正比， 并且对同一电阻材料， K0=1+2是常数。 其灵敏度系数多在1.73.6之间。,金属箔式应变片,在绝缘基底上，将厚度为0.0030.01mm电阻箔材，利用照相制板或光刻腐蚀的方
4、法，制成适用于各种需要的形状,箔式应变片,优点 ：,（1）尺寸准确，线条均匀，适应不同的测量要求， （2）可制成多种复杂形状尺寸准确的敏感栅 （3）与被测试件接触面积大，粘结性能好。 散热条件好，允许电流大，灵敏度提高。 （4）横向效应可以忽略。 （5）蠕变、机械滞后小，疲劳寿命长。 缺点： 电阻值的分散性大 阻值调整,金属薄膜应变片,采用真空蒸发或真空沉积等方法在薄的绝缘基片上形成厚度在0.1m以下的金属电阻材料薄膜敏感栅，再加上保护层，易实现工业化批量生产 优点：应变灵敏系数大，允许电流密度大，工作范围广，易实现工业化生产 问题：难控制电阻与温度和时间的变化关系,2.1 应变式传感器,2.
5、1.1 工作原理 2.1.2 金属应变片的主要特性 2.1.3 测量电路 2.1.4 应变式传感器应用,2.1.2 金属应变片的主要特性,（一）灵敏系数 （二）横向效应 （三）温度误差及其补偿,应变片的电阻值 R,应变片在未经安装也不受外力情况下，于室温下测得的电阻值 电阻系列：60、120、200、350、500、1000 可以加大应变片承受电压， 电阻值大 输出信号大， 敏感栅尺寸也增大,（一）灵敏系数,“标称灵敏系数”：受轴向单向力（拉或压），试件材料 为泊松系数=0.285的钢等。一批产品中只能抽样5的 产品来测定，取平均值及允许公差值。,电阻应变片的灵敏系数k 电阻丝的灵敏系数k0,
6、粘结层传递变形失真 还存在有横向效应,原因：,（二）横向效应,敏感栅是由多条直线和圆弧部分组成 直线段：沿轴向拉应变x，电阻 圆弧段：沿轴向压应度y 电阻,K (箔式应变片),l,y,x,横向效应,应变片的横栅部分将纵向丝栅部分的电阻变化抵消了一部分，从而降低了整个电阻应变片的灵敏度，带来测量误差，其大小与敏感栅的构造及尺寸有关。敏感栅的纵栅愈窄、愈长，而横栅愈宽、愈短，则横向效应的影响愈小。,（三）温度误差及其补偿,1、试件材料的线膨胀引起的误差。当温度变化t时，因试件材料和敏感栅材料的线膨胀系数不同，应变片将产生附加拉长（或压缩），引起的电阻相对变化 。,（三）温度误差及其补偿,2、敏感栅
7、电阻随温度的变化引起的误差。当环境 温度变化T 时，敏感栅材料电阻温度系数为 ， 则引起的电阻相对变化为,其中,相应的虚假应变输出为,可得由于温度变化而引起的总电阻变化为,温度补偿,单丝自补偿法 自补偿法 组合式自补偿法 线路补偿法电桥补偿法、热敏电阻,温度补偿, 电桥补偿法,U0,R1,R4,R3,U,Rb,F,F,R1,Rb,电桥补偿法,优点： 简单、方便，在常温下补偿效果较好 缺点： 在温度变化梯度较大的条件下，很难做到工作片与补偿片处于温度完全一致的情况，因而影响补偿效果。, 应变片的自补偿法,粘贴在被测部位上的是一种特殊应变片，当温度变化时，产生的附加应变为零或相互抵消，这种应变片称
8、为温度自补偿应变片。利用这种应变片来实现温度补偿的方法称为应变片自补偿法。 a. 选择式自补偿应变片 b. 双金属敏感栅自补偿应变片,a.选择式自补偿应变片,优点：容易加工，成本低， 缺点：只适用特定试件材料，温度补偿范围也较窄。,由式(2.1.16)可知，实现温度补偿的条件为 当被测试件的线膨胀系数g已知时，通过选择敏感栅材料， 使下式成立 (2.1.21) 即可达到温度自补偿的目的。,组合自补偿法,b. 双金属敏感栅自补偿应变片,敏感栅丝由两种不同温度系数的金属丝串接组成,选用两者具有不同符号的电阻温度系数 调整R1和R2的比例，使温度变化时产生的 电阻变化满足,通过调节两种敏感栅的长度来控制 应变片的温度自补偿， 可达0.45m/的高精度,热敏电阻补偿,T K,Rt,URt,U = Ui - URt,K,
