传感器教案10-2电阻应变式压力检测.doc

班级： 09 计控 1、2 班 日期：2011 年 4 月 29 日 编号：10-2 教 学 目 的 与 要 求 项目三 力和压力检测 单元一 电阻应变式传感器测力 1、 了解和熟悉电阻应变原理； 2、 知道电阻应变式传感器测量电路。 (时间安排：2 课时； 任课教师：朱其祥) 本 课 重 点 与 难 点 重点、难点: 电阻应变式传感器测量电路。 次序内 容 1一、应变效应 2二、电阻应变片的结构、材料和分类 3三、电阻应变片的测量电路 4四、电阻应变片的应用 5五、小结 6六、布置作业 7七、板书安排 课 堂 进 程 复习上节课内容：（略） 概述 力普遍存在于日常生活中。在科学研究和工农业生产中，力更是起着重要的作用。在生产 过程中，压力检测与调节控制系统的应用非常广泛，例如锅炉蒸汽和水的压力监控；炼油厂减 压蒸馏需要的低于大气的真空压力检测;在航空发动机试验研究中，为了研究发动机性能，必 须测量过渡态的压力变化；电力系统中油路压力的测量和控制等。对压力监控是保证工艺要求、 生产设备和人身安全，实现经济运行所必须的。 检测力的传感器主要有电阻应变式传感器、压电式传感器、电容式传感器、压阻式传感器、 电感式传感器等，本项目主要介绍电阻应变式和压电式测力传感器。 电阻应变片及弹性敏感元件 电阻应变片（也称应变计或应变片）是电阻应变式传感器的核心元件，它是一种电阻传感 器，主要由弹性敏感元件或试件、电阻应变片和测量转换电路组成。它是把应变转换为电阻变 化，再用相应的测量电路将电阻转换成电压输出的传感器。利用电阻应变式传感器可以直接测 量力，也可以间接测量位移、形变、加速度等参数。常用的电阻应变片有电阻丝应变片和半导 体应变片两种。 一、应变效应 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 械形变时，其电阻值相应发生变化，这种现象称为“应变效应”。 由电工学可知，金属丝电阻 R 可用下式表示： 式中电阻率，M；L电阻丝长度，M；A电阻丝截面积，M2。 当沿金属丝的长度方向施加均匀力时，上式中、R、L 都将发生变化，导致电阻值 发生变化。即得到以下结论：金属丝受外力作用而伸长时，长度增加，而截面积减少，电阻值 会增大；当金属丝受外力作用而压缩时，长度减小，而截面增加，电阻值会减小。阻值变化通 常较小。 实验证明，电阻应变片的电阻应变R=R/R 与电阻应变片的纵向应变X 的关系在 很大范围内是线性的，即 其中 R/ R 电阻应变片的电阻应变；K 电阻丝的灵敏度。 式中的R 代表了被测件在应变片的应变。严格来讲，由于试件与应变片之间存在蠕变 等影响，所以应变片与试件这两者的应变是有差异的，但差异并不很大，工程上允许忽略，但 却存在一大弱点，就是灵敏度低,一般为 2.03.6。 二、电阻应变片的结构、材料和分类 电阻应变片的典型结构如图所示，由敏感栅、基底、覆盖层和引线等部分组成。 无论哪种形式的金属应变片，对敏感栅的金属材料都有以下基本要求： 1.灵敏系数要大，且在所测应变范围内保持不变；2. 要大而稳定，以便于缩短敏感栅长度； 3.抗氧化、耐腐蚀性好，具有良好的焊接性能；4.电阻温度系数要小；5. 机械强度高，具有 优良的机械加工性能。 电阻应变片的分类： 按电阻应变片敏感栅材料不同，可分为金属应变片和半导体应变片两大类。 （A)丝式应变片；(B)箔式应变片；(C)半导体应变片 1基底；2应变丝或半导体；3引出线；4焊接电极；5外引线 三、电阻应变片的测量电路 （一） 直流电桥平衡条件 当 RL时，电桥输出电压为 （二） 电压灵敏度 R1 为电阻应变片，R2、R3、R4 为电桥固定电阻，这就构成了单臂电桥。 N=1 时，为最大值： 当电源电压 E 和电阻相对变化量一定时，电桥的输出电压也是定值，与各桥臂电阻阻值 大小无关。 （三） 电阻应变片的温度补偿方法 1 .补偿块补偿法 电桥输出电压 UO 与桥臂参数的关系为 工程上，一般按 R1=RB=R3=R4 选取桥臂电阻。当温度升高或降低T =T-TO 时，两个应 变片因温度相同而引起的电阻变化量相等，电桥仍处于平衡状态，即 若此时被测试件有应变的作用，则工作应变片电阻 R1 有新的增量R1，而补偿片不承受 应变，故不产生新的增量，此时电桥输出电压为 由上式可知，电桥的输出电压 UO 仅与被测试件的应变电阻有关，而与环境温度无关。 2桥路自补偿法 当测量桥路处于双臂半桥和全桥工作方式时，电桥相邻两臂受温度影响，同时产生大小 相等，符号相同的电阻增量而互相抵消，从而达到桥路温度自补偿的目的。 四、电阻应变片的应用模拟电子称实验电路 电子称是将转换成电信号的称重传感器。 电子台秤不仅能快速、准确地称出商品的重 量，用数码显示出来，而且具有计算器的功 能，使用起来更加方便。 其他应用： 1、电阻应变式纱线张力测量 2、筒式压力传感器 3、膜片压力式传感器 4、组合式压力传感 5、力和扭矩传感器 6、应变式加速度传感器 五、小结： 通过本训练熟悉电阻应变片的结构和种类，掌握应变片测量力的工作原理，掌握直