传感器与检测技术第2章-1-应变式传感器.ppt
《传感器与检测技术第2章-1-应变式传感器.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《传感器与检测技术第2章-1-应变式传感器.ppt(67页珍藏版)》请在三一办公上搜索。
1、第二章 电阻式传感器,2.1应变式传感器,2.2压阻式传感器,应变式传感器是利用电阻应变效应做成的传感器。核心元件是电阻应变计(应变片、应变计),它将试件上的应变变化转换成电阻变化。,2.1 金属应变片式传感器,2.1.1 工作原理2.1.2 金属应变片的主要特性2.1.3 温度特性(误差及其补偿)2.1.4 测量电路 应变式传感器应用,2.1.1 工作原理,1 电阻应变效应,电阻应变效应:当金属丝(或半导体)在外力作用下发生机械变形时其电阻值发生变化的现象。当受轴向应力作用时有:,F l、A、R,设有一根长度为l、截面积为S、电阻率为的金属丝,其电阻R为 两边取对数,得等式两边取微分,得 电
2、阻的相对变化;电阻率的相对变化;金属丝长度相对变化,用表示,=称为金属丝长度方向上的应变或轴向应变;截面积的相对变化。,dr/r为金属丝半径的相对变化,即径向应变为r。,S=r 2,dS/S=2dr/r,r=,由材料力学知,对于金属材料,电阻率的变化满足以下关系。(C是金属材料的某个常数。),可将微分dR、d改写成增量R、,比例系数KS称为金属丝的应变灵敏系数。实验也证明:金属丝电阻的相对变化与金属丝的伸长或缩短之间存在比例关系。,电阻的灵敏系数,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;
3、,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,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,金属箔式应变片,金属箔式应变片 箔式应变片的工作原理基本和电阻丝式应变片相同。它的电阻敏感元件不是
4、金属丝栅,而是通过光刻、腐蚀等工序制成的薄金属箔栅,故称箔式电阻应变片,如图。,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,金属应
5、变计,2.1.2 金属应变片的主要特性,(一)灵敏系数(二)横向效应(三)动态特性,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,1 灵敏度系数 当金属丝做成应变片后,其电阻相对变化与应变在很宽的范围内均为线性关系。即K为金属应变片的“标称灵敏系数”。应变片的灵敏系数K恒小于线材的灵敏系数KS。原因:胶层传递变形失真,横向效应也是一个不可忽视的因素。,2.横向效应,试件与其上的应变片受单向应力时,其表面处于平面应变状态。对于由多条直线和圆弧部分
6、组成敏感栅:直线段:沿轴向拉应变x,电阻圆弧段:沿横向压应变y等,电阻,l,y,x,b,O,l,r,r,dl,d,0,横向效应:金属应变片测量应变时,构件的轴向应变使敏感栅电阻发生变化,其横向应变r也将使敏感栅半圆弧部分的电阻发生变化,应变片的这种既受轴向应变影响,又受横向应变影响而引起电阻变化的现象称为横向效应。,图为 应变片敏感栅半圆弧部分的形状。沿轴向应变为,沿横向应变为r。,丝绕式应变片敏感栅半圆弧形部分,3.动态特性,若已知应变波在某材料内传播速度,栅长l,确定相对误差的应变片粘贴在某种材料上的可测动态应变最高频率。,问题,1、传感器的静态特性如:迟滞 漂移 测量范围(应变极限)与其
7、结构有关吗?如何克服?2、应变片对于应变的输入是几阶系统?,应变式传感器的特点,精度高,测量范围广频率响应较好结构简单,尺寸小,质量轻使用环境广易于小型化、(固态化)价格低,2.1.3 温度特性(误差及其补偿)1 温度误差 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。,设环境引起的构件温度变化为t()时,粘贴在试件表面的应变片敏感栅材料的电阻温度系数为t,则应变片产生的电阻相对变化为,由于敏感栅材料和被测构件材料两者线膨胀系数不同,当t 存在时,引起应变片的附加应变,其值为 g试件材料线膨胀系数;s敏感栅材料线膨胀系数。,相应的电阻相对变化为K应变片灵敏系数
8、。,温度变化形成的总电阻相对变化:相应的虚假应变为上式为应变片粘贴在试件表面上,当试件不受外力作用,在温度变化t 时,应变片的温度效应(或热输出)。,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,温度补偿(自补偿法和线路补偿法)单丝自补偿应变片若要应变片在温度变化t时的热输出值为零,必须使即选择应变片时,若使其电阻温度系数 和线膨胀系数 与 满足上式的条件,即可实现温度自补偿。具有这种敏感栅的应变片称为单丝自补偿应变片。,双丝组合式自补偿应变片 是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,以达到一定的温度范围内在一定材料
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 传感器 检测 技术 应变
链接地址:https://www.31ppt.com/p-6080653.html