电阻应变计式传感器

第2章 电阻式传感器

第2章 电阻式传感器Resistive Strain Gauge Sensors

第2章 电阻式传感器

2.1

电阻应变计的基本原理与结构

点击进入

2.2

电阻应变计的主要特性

2.3

电阻应变计的温度效应及其补偿

2.4

电阻应变计的应用

2.5

测量电路

本章目录2.6电阻应变计式传感器

第2章 电阻式传感器

2.1电阻应变计的基本原理结构和应用应变---- 物体在外部压力或拉力作用下 发生形变的现象( dL )弹性应变----L

除去外力后，物体能够完全恢复其尺寸和形状的应变. 2.1.1、导电材料的应变电阻效应 电阻应变片的工作原理是基于应变效应，即导体或半导体材料 在外界力的作用下产生机械变形时，其电阻值发生变化， 这 种现象称为“应变电阻效应”。 

第2章 电阻式传感器如图所示，一根长 l ,截面积为A的金属电阻丝， F=0时，原始电阻R值为：2(r-dr) F

R

lA

(2-1)

2r

l F

L+dl dl↑

取 对 数 再 微 分

F↑

dA↓dρ△dR R dl l dA A d

推出

(电阻值相对变化量)

(2-2)

第2章 电阻式传感器dR R dl l dA A d

在弹性范围内，金属丝受拉力时，沿轴向伸长， 沿径向缩短， 轴向应

变和径向应变的关系可表示为 ： dr

dL L

r

-----径向应变

μ为电阻丝材料的泊松比(与材料有关， μ =-径向应变/轴向应变), 负号表示应变方向相反。式中 dL L

长度相对变化量， -------称材料的轴向线应变， ——常用单位με(1με=1×10-6mm/mm);

dA

dr 2 ——圆形电阻丝的截面积相对变化量，设r为电阻丝的半径， 2 A rdA A 2 dr r 2

可得：

dR R

(1 2 )

d

(2-3)

第2章 电阻式传感器灵敏系数-------- 单位应变能引起的电阻值相对变化量dR K R d 1 2

(2-4)

K-----标志着该类丝材电阻应变片效应显著与否。 ε为测点处应变，为无量纲的量，但习惯上仍给以单位微应变， 常用符号με表示。 K受两个因素影响： 1+2μ (dρ/ρ)/ε ------材料几何尺寸 -------材料的电阻率

材料不同，两个因素影响作用的大小不同！

在电阻丝拉伸极限内， 电阻的相对变化与 应变成正比，即K为常数。

第2章 电阻式传感器1.金属材料的应变电阻效应1+2μ>>( ρ/ρ)/ε

以结构尺寸变化为主，对金属或合金, 一般Ko=Km=1.8~4.8。

结论

金属材料的电阻相对变化与其线应变成正比。 这就是金属材料的应变电阻效应。

第2章 电阻式传感器2.半导体材料的压阻效应分析：d

piezoresistive effct

-------半导体材料，当某一轴向受外力作用时， 其电阻率ρ发生变化的现象。

E

(2-5)

式中：π——半导体材料的压阻系数; σ——半导体材料的所受应变力; E——半导体材料的弹性模量; ε——半导体材料的应变。dR R (1 2 E )

(2-6)

实践证明 结论

πE>>(1+2μ)

因此：半导体丝材的Ko=Ks≈πE

半导体材料的应变电阻效应主要基于压阻效应。通常Ks=100Km。

第2章 电阻式传感器2.1.2、电阻应变计的类型与结构常用的电阻应变计有两种： 金属应变计 丝式----金属丝弯曲 金属箔式----光刻、腐蚀制成的薄栅 金属薄膜式-----溅射和沉积，蒸镀薄膜 体型 半导体应变计 薄膜型 扩散型 外延型 ……

第2章 电阻式传感器结构(组成):金属丝式(单轴应变计) 1—基底

3—引线 连接栅与 测量电路

固定敏感 栅

有回线式和短接式二种。回线 式最为常用，制作简单，性能 稳定，成本低，易粘贴，但横 向效应较大。

2—敏感栅应变-电阻转换

5—粘结剂粘贴传递应变

4—盖层 保护层

第2章 电阻式传感器金 属 箔 式 ( 应 变 花 ) 3向应变测 量用

应变花---也称多轴应变计，平面应变场中，需准确检测表面某 点主应力大小、方向 优点是：栅的尺寸准确、一致性好、适于大批量生产，易于小型 化、易散热、疲劳寿命高等。

第2章 电阻式传感器半导体应变计引 线 多用于测量小的应变(微应变到数百微应变) 基 底 电极

敏感栅

特点

灵敏度高，体积小，省电，滞后小，可测静态 应变、低频应变。 但重复性、温度及时间稳定 性差。

第2章 电阻式传感器2.1.3、电阻应变计的应用 1、应变计的选用

(1)选择类型——使用目的、要求、对象、环境等(2)材料考虑——使用温度、时间、最大应变量及精度

(3)阻值选择——根据测量电路和仪器选定标称电阻(4)尺寸考虑——试件表面、应力分布、粘贴面积 (5)其他考虑——特殊用途、恶劣环境、高精度

第2章 电阻式传感器

2、应变计的使用

(1)粘结剂的选择通常在室温工作的应变片多采用常温、指 压固化条件的粘结剂如聚脂树脂、环氧树脂类。 (2)应变计的粘贴 ①准备——试件和应变片；②涂胶；③贴片； ④复查；⑤接线；⑥防护。

第2章 电阻式传感器

2.2 电阻应变计的主要特性 应变计多为一次性使用，应变计的特性是按规定的 条件，从大批量生产中按比例抽样实测而得

2.2.1静态特性1、灵敏系数K

R R K x

x

–应变计的轴向应变

K

R R

…… 此处隐藏：408字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……