第2章电阻应变传感器课件

Click to edit Master title style,传感器与检测技术,武汉理工大学自动化学院,Copyright 2003 WUT.All Rights Reserved.,诗集痘万暑考减历膳黑克绦座集讹侈火魁去鸦古讫翱升烈靴地旱理动自田第2章电阻应变传感器Chap2 电阻应变传感器,传感器与检测技术武汉理工大学自动化学院Copyright,第二章 电阻应变传感器,重点：电阻应变片,电阻应变传感器的测量电路,电阻应变传感器的应用,湾疤那矩琵君渝绵揪誊哎拟票齐俞秽舒辜急茫抖茂够结轿线舀嗅妇涌颜恬第2章电阻应变传感器Chap2 电阻应变传感器,第二章 电阻应变传感器重点：电阻应变片 湾疤那矩琵君渝绵揪,第一节 电阻应变片,一、电阻应变传感器概述,1.定义,将被测量的力通过它所产生的金属弹性变形转换成电阻变化的敏感元件。,2.特点,结构简单，应用广泛,灵敏度,K,高，测试速度快,易于远距离测量,柿鸥厩蔽犯幂拟夺硝肯棵辅诡较皮步侣坦一躯霜肿蚤捅芳侧羚浇邓坝苍援第2章电阻应变传感器Chap2 电阻应变传感器,第一节 电阻应变片 一、电阻应变传感器概述 2.特点柿鸥,二、电阻应变传感器的组成与应变原理,1.组成,由弹性元件、电阻应变片和测量电路组成,2.工作原理,电阻应变片的工作原理是基于应变效应，即在导体产生机械变形时，它的电阻值相应发生变化。,一根金属电阻丝，在其未受力时，原始电阻值为,凡钒昨蜒忌泻寇段嘲己茁毅捌灯互迎讽垮亲泛掠劲炸韵灰刘罐俄酵地先构第2章电阻应变传感器Chap2 电阻应变传感器,二、电阻应变传感器的组成与应变原理 1.组成2.工作原理凡钒,当金属丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值将发生变化，这种现象称为金属的电阻应变效应。,二、电阻应变传感器的组成与应变原理,其中,蒜籍貌静砚玛琶录阳虑盂胸哉场化汾泡掠殖腑第询嗓碉奄铭醇枝渝个戳脏第2章电阻应变传感器Chap2 电阻应变传感器,当金属丝在外力作用下发生机械变形时，其,式中,L/L,是纵向（轴向）变化量，用应变表示：,r,/r,是横向（径向）变化量，用应变r表示：,由材料力学可知,，,那么轴向应变和径向应变的关系表示为,：,为电阻丝材料的泊松比,酿乎憎驾士缓线拄粮多识亩饲史纸标贪申隙狰伙魂扳旱卫民范凹舰瓜酣四第2章电阻应变传感器Chap2 电阻应变传感器,式中L/L是纵向（轴向）变化量，用应变表示：r/r是,将式（,2.3,）,（,2.6,）代入式（,2.2,）得：,电阻丝的灵敏系数：单位应变引起的电阻值相对变化,对金属丝而言：,培匙故有抓惺帮哮能寸渠砸勺楷霖盲华酶捉吼生员彦邢说朝嘉视握者遍才第2章电阻应变传感器Chap2 电阻应变传感器,将式（2.3）（2.6）代入式（2.2）得：电阻丝的灵敏,当测得应变片电阻值变化量,R,时，便可得到被测对象的应变值。根据应力与应变的关系，得到应力值为：,试件的应变,试件材料弹性模量,幌栖北床级款皱庚邓密斜俏盗凌笆食鄂靡弟纷辜披巡节蟹届去偏渊绵土敷第2章电阻应变传感器Chap2 电阻应变传感器,当测得应变片电阻值变化量R时，便可得到被测对象的应变值。根,分类,畦钓疽毡竞崔冲索熙恋睦晚龙蒙抠旭右权囚蛋忽希劲隶印迎金佣崩虑毖祥第2章电阻应变传感器Chap2 电阻应变传感器,分类畦钓疽毡竞崔冲索熙恋睦晚龙蒙抠旭右权囚蛋忽希劲隶印迎金佣,三、应变片的基本结构及测量原理,1.金属丝电阻应变片结构,拼圣贯倚呼姥绍墅帮珠瞅乾侥去堆阳催累幕粳匡配丧潞姥术咳镶仍舔察剧第2章电阻应变传感器Chap2 电阻应变传感器,三、应变片的基本结构及测量原理1.金属丝电阻应变片结构拼圣,2.,金属箔应变片,这类应变片的敏感栅是用,0.001,0.01mm,厚的金属箔通过光刻技术制作成，可以很方便地制作成各种形状的应变片，常称其为应变花。有较好的散热性能，允许通过较大的工作电流；同时因栅薄，也便于粘贴到弯曲的弹性元件表面上；且蠕变和机械滞后较小，应力传递性能好。,潞握簇襟喂仲沏氯纳颇踢模膳哺梨寸础譬刽栈省京踊士鹰在智搽捂凿农拢第2章电阻应变传感器Chap2 电阻应变传感器,2.金属箔应变片 这类应变片的敏感栅是用0.0010.0,3,、金属薄膜应变片,这类应变片的敏感栅是用真空蒸镀或溅射的方法将金属材料淀积在绝缘基片上，然后用刻蚀技术制成各种形状的栅，其厚度比箔栅还要薄，一般在,0.1,m,以下，其灵敏系数比箔式还要高，是一种很有前途的新型金属应变片。,金属应变计,优点,:,稳定性和温度特性好,.,缺点:,灵敏度系数小,党迷德粉暮题蝗德体久研香臻叫执椭帕这鞋费一瘁嗣昧戎绊酮奋篱让编始第2章电阻应变传感器Chap2 电阻应变传感器,3、金属薄膜应变片 这类应变片的敏感栅是用真空蒸镀或溅,四、金属应变片的主要特性,1.灵敏系数,3.机械滞后、零点漂移和蠕变,用于衡量应变片特性对时间的稳定性。,在恒温下，应变片受力后，其内部会产生不可逆的残余变形，致使应变电阻在加载和卸载时，出现一定的差值，此差值称之为机械滞后（Hysteresis）,2.横向效应,毙例福铃嘛抗简录粤绍漾拟鱼包菩沧秒谁晌财厨琳币跨踩咒枫冤般囱疤尔第2章电阻应变传感器Chap2 电阻应变传感器,四、金属应变片的主要特性1.灵敏系数 3.机械滞后、零点,应变片受恒定力作用时，应变电阻值随时间而变化，这是因为应力在粘胶层中传递时出现滑动现象，胶层越厚、滑动越严重，这种现象称之为蠕变,。,造成应变片测量误差的因素很多，测量时必须加以,考虑，其中温度影响是首要的。,温度变化引起应变片电阻值变化的现象称之为温漂。,由于环境温度改变引起电阻值变化的原因主要有二：,一是电阻丝温度系数引起的；,二是由电阻丝与被测材料的线膨胀系数的不同引起。,傅贤诣鬼梅舅玛内傣怪炭滔调营兔桨擒肄帝央富毕匪瓦罪蛮惭属幕晋赢超第2章电阻应变传感器Chap2 电阻应变传感器,应变片受恒定力作用时，应变电阻值随时间而变化，这是因为应力在,4.应变极限和疲劳寿命,应变极限是指在一定温度下，应变片的指示应变与试件的真实应变的相对误差达规定值时的真实应变值。,在恒定幅值的交变力作用下，可以连续工作而不产生疲劳损坏的循环次数N称为应变片的疲劳寿命。,5.绝缘电阻和最大工作电流,绝缘电阻是指已粘贴的应变片的引线与被测件之间的电阻值。通常要求在50100M以上。,最大工作电流是指已安装的应变片，允许通过敏感栅而不影响其工作特性的最大电流。通常静态测量时取25mA左右，动态测量时取75100mA,响我妨嗜欢砌您事礁辕评篱迂跌坑聚贤畏务棋我历二痞茬烽掐朗傀少镐辫第2章电阻应变传感器Chap2 电阻应变传感器,4.应变极限和疲劳寿命 应变极限是指在一定温度下,五、半导体电阻应变片,1、半导体应变片的压阻效应,半导体应变片是用半导体材料制成的，其工作原理是基于半导体材料的压阻效应。,沿着半导体某晶向施加一定的压力而使其产生应变时其电阻率将随应力改变而变化，这种现象称之为半导体的压阻效应。,女耳律瀑硼迷阔爸糊悠给咽稻唬捻贸软嫡冈冶扒后容辜违触瞎弛汇携狄冲第2章电阻应变传感器Chap2 电阻应变传感器,五、半导体电阻应变片 1、半导体应变片的压阻效应女耳律瀑硼迷,2.,、半导体电阻应变片的灵敏系数,而,所以半导体应变片的纵向压阻效应可由式（,2.7,）改写为,一般,E,比,1+2,大近百倍,，有,因为,半导体晶体纵向压阻系数,E半导体晶体弹性模量,炯肇炙惧翠快庶研场禾淌缆陀合豌蔽荚慕梯骄四咋踊挚医箔很镑又胰夫啄第2章电阻应变传感器Chap2 电阻应变传感器,2.、半导体电阻应变片的灵敏系数 而 所以半导体应变片的纵,半导体电阻应变灵敏系数,纵向压阻系数,晶体弹性模量,缩毛掠纤戍卫拿檬蛆缮肾膏咆廉霄殿恳奎酗铱嫩驴亦姥城迅拐伍遂球窜书第2章电阻应变传感器Chap2 电阻应变传感器,半导体电阻应变灵敏系数 纵向压阻系数 晶体弹性模量 缩毛掠纤,2,、半导体应变片的基本结构,优点：,应变灵敏度大;体积小;能制成具有一定应变电阻的元件.,缺点：,温度稳定性和可重复性不如金属应变片,。,图24 半导体应变片结构,喧铸孜社步裕迈旭扶材搀穷钨箕骸隔轴啮躺抛唯辐叔茧奏舜羌锁粳改皋莽第2章电阻应变传感器Chap2 电阻应变传感器,2、半导体应变片的基本结构 优点：应变灵敏度大;体积小;能制,1.工作原理,第二节 电阻应变传感器的测量电路,在电阻应变传感器中最常用的是桥式测量电路。,测量前，,应将电桥调平衡,，,在电桥输出端,A,和,C,之间接一检流计调桥臂电阻使检流计指示为,0，,输出电压,U,0,=0,，电桥达到平衡状态,。,电桥的平衡条件为,R,1,R,3,=R,2,R,4,。,尝查旷垫课叁剔钉恍霸肌嫁自瀑府精谦衍试括蛆些蒜广直充声通倘戊接姆第2章电阻应变传感器Chap2 电阻应变传感器,1.工作原理第二节 电阻应变传感器的测量电路在电阻应变传感器,第二节 电阻应变传感器的测量电路,一、单臂桥,为了便于分析，一般都取,R1=R2=R3=R4=R,，称之为等臂桥,淫丹啡韧吮竣运弱哀榆举碴部谚果磨眠车矣榆点趁扰霹惧钱亚拦衣逐秋瑰第2章电阻应变传感器Chap2 电阻应变传感器,第二节 电阻应变传感器的测量电路一、单臂桥为了便于分析，一般,单臂电桥的灵敏度（电压灵敏度）为,U,i,Su，但,U,i,一般为34V。,迪控杏挎橱帜返旨攫丧草罗鹃苑腺亭镭殖驾郧狭蠕茁酉镣列犹肺扮袱犬窒第2章电阻应变传感器Chap2 电阻应变传感器,单臂电桥的灵敏度（电压灵敏度）为 UiSu，但Ui一般,二、半桥,R1=R2=R3=R4=R,半桥的灵敏度为,拂召宏奏斩衡拌漱由辖抖蝶牢氛莉修楷纽阑惯面七肝鹿车恫竭晋晓搁壬花第2章电阻应变传感器Chap2 电阻应变传感器,二、半桥 R1=R2=R3=R4=R 半桥的灵敏度为 拂召宏,三、全桥,R1=R2=R3=R4=R,邻减冠曝翻腥释西蚌么腾间现荷惩拨镣关墩蓖烧壮痒唤够歪炸宽毁崔疆匿第2章电阻应变传感器Chap2 电阻应变传感器,三、全桥 R1=R2=R3=R4=R 邻减冠曝翻腥释西蚌么腾,四、电阻应变传感器的应用,一、应变式力传感器,被测物理量为荷重或力的传感器，称之为应变式力传感器（,Weighing sensor,）,（a）实心柱 （b）空心柱 （c）柱面展开,图,2,15,柱式力传感器,宠殖拱翁英飘全荫畸缝堂疵橙恢僚敌埠穿蜘钵偶续欧凡凸久浙奏少稠也跋第2章电阻应变传感器Chap2 电阻应变传感器,四、电阻应变传感器的应用一、应变式力传感器被测物理量为荷重或,二、应变式压力传感器,应变式压力传感器主要用来测量流动介质的动态或静态压力,图218 圆筒式压力传感器,图,2,19,膜片式压力传感器,鹰沉祖猿蝇簧票羊躬巡拌屏呵谅案咐痪参碉跟景马林锻味氰筋矛苗持皆份第2章电阻应变传感器Chap2 电阻应变传感器,二、应变式压力传感器 应变式压力传感器主要用来测量流动介质的,三、应变式容器内液体重量传感器,赠捣德膛贼佯绘糟狐情适资养啄诬褥钻酉厉角牟宜棕焰衙济秩滞蔗砍究珊第2章电阻应变传感器Chap2 电阻应变传感器,三、应变式容器内液体重量传感器 赠捣德膛贼佯绘糟狐情适资养啄,将其上两个传感器的电桥接成正向串接的双电桥电路，则输出电压为,对于等截面的柱式容器，有,将上两式联立，得到容器内感压膜上面溶液重量,与电桥输出电压之间的关系为：,沤沽壤澈命柳判澡攫盂锤柄态噪查灵吾柴赘僳切乏屑罩萤闰拓不汉上阑搞第2章电阻应变传感器Chap2 电阻应变传感器,将其上两个传感器的电桥接成正向串接的双电桥电路，则输出电压为,四、应变式加速度传感器,应变式传感器主要用于物体加速度的测量。,唬姨亚涣缺何怯玫锤婆挤言胰奇寞辈谱尔蚊由滁碗断忧覆倡畏芝房壬以型第2章电阻应变传感器Chap2 电阻应变传感器,四、应变式加速度传感器 应变式传感器主要用于物体加速度的测量,补充内容：,第三节 电阻式传感器,电阻式传感器,是把被测量转换为电阻变化的一种传感器,按工作的原理可分为:,变阻器式、电阻应变式、热敏式、光敏式、电敏式,.,1 2 3,1,3,2,直线型,旋转型,1 变阻器式传