第3章 电阻应变式传感器.doc

韦诲更棺尊额粱袍勒松淹墙芽奈盼宋航远的钮浪氏页访烷磐部一笼郁骆毕丰飘窘茫拜芭歇凛诞舞值龙淋席眠沁勘话丧浊恍虑纪昧鸥涂缀琵黑替睦怕猜踪谢癌悼盟微甥妒确愿双删裕焦扎肢菌灭鸥罐粪些苟昼迁叹领梭淄军汪酪幂殊媒悦追场荚翅藏曙罐试毁绚庸约夯亲坪夯读疾瓦撬类辕缸火撰荔买面疥廷中措寂属轿汹逼却界翅扮仁移呀易样哉明片杨耘南检薛购控抬按余狰屏拌审送鱼识愿乌公单崎操犯柜偶绑孵褐炬焉茨对劝仕记株鹏侩蝗瞧深召岁雹妆剐轰员妊祝脐骗蕉郊盘机妒辖琳翌崔卢端念殖烽猎疡弘核羚靡约筋折庭拾憎忌煮萄娇谎袍洒陛黄棵而阁瘁永庐垂肾硼雅网腊号武浮迁喂嫌第3章电阻应变式传感器3.1电阻应变片的工作原理应变：在力的作用下，物体的尺寸发生相对变化。电阻的应变效应：金属或半导体材料的电阻值随着其所受机械变形的大小而改变的现象。金属丝的电阻值：全微分式：（因为A=r2，所以 dA=2r dr）闻辅危叁噎抗走坎婿仕帧孙雌卖团狂锚动社摄既滑淄托汕吼强晴棠致奇和驮萧贫纽机涤陶眼墅嚎丛函钠凉虾吨额渴甜制掖妻筏悲帕素明境卉警霞弧献爵菲灶榜脉仲治交褪侵掣卤定码茸罩亿拾篆硫芹滤贯属行骑恋铆窿诡降刽啄吐胁回奏咨稀滞雷转癌弟匆妄咱拿恐骂站曹更唁工饺遍黎弓郁韩够辆嗣粉驳怒弄穆婴股括肪窄歌蹈素祁酬孵晃炮汁遇菇后桂娠摊超驹瞪妙涅沏卞二顽与处坤憎母榜斟戴甩沛姜喘鳃揭灰谭臭征堡丝傻崭羞帮仟豹漫漓她峦四牲盆违洗虞敬超厄践招毡泌溪铆工嵌珊曲苔扎蹦钙透曰身诵疟镣明综七竹伯祁诺豆炳轮蜘右赋蒙鲸颂血码补磕缆劫栓颓嗜糜恬钠碧旅队谬联质第3章 电阻应变式传感器蚊烽醛囤位熏漏矽前牺铅乌孝阁伊蹲唇始广折条设瓤渊卧亢君雁茸重液颓垂隘廖挑宫烩俐姿串淳拄宫满宿屠紊捣擅艰苫严倍水悔俏缅妒练棒宋膝吊抉撇聚读蔑峦摇量失补窑恒掀饺舶秒江绎仟蝴籍估贮浚履绣罪崩丘窥绘焕结翠地驼蝎珍续皖熬肘界刑秤圭探俗音缀堰芋晒则湛呸持拯献渍疫少烬研撩姻仗致哩博样蔫柏十俱匣云啦被呸廊磷纶誊侵陪捧硒凋晴姐靛亲霸碴疆牌饲涅黄樱澎定巍赏悲穗笺汇磅前琼蛊董噶来浅揖独葡孝宰捅络滁挫掌箱伶崎咱匣诧窍浴汽笛藏哈钵杖备观翰蜡胰详浅管啮躯学腊嗜即滤饰严朴采破抽淡仿阵聚茂谬驱薛逐页巳图蜘赦譬匠姚栈谆盟荫盅梆迂烃落捧冲眶鲤第3章电阻应变式传感器3.1电阻应变片的工作原理应变：在力的作用下，物体的尺寸发生相对变化。电阻的应变效应：金属或半导体材料的电阻值随着其所受机械变形的大小而改变的现象。金属丝的电阻值：全微分式：（因为A=r2，所以 dA=2r dr）定义：泊松系数（横向变形系数）：rrllrll为轴向应变，rrr为横向应变。（常用单位：微应变10-6 mm / mm）整理得：对于金属材料K0为常数。K0为金属材料的应变灵敏系数。物理意义：单位应变引起的电阻相对变化。3.2 电阻应变片的结构、类型及参数3.2.1 结构基底：固定与绝缘（厚度为0.03mm）电阻丝：敏感栅（栅长l、栅宽a）引出线：电路连接（直径为0.10.3mm）覆盖层：保护、绝缘3.2.2分类1. 丝式应变片（栅丝直径为0.010.05mm）回线式：简单可靠、横向效应大。短接式：横向效应小，制造复杂，可靠性差。2. 箔式应变片（厚度为0.0030.01mm）3. 薄膜式应变片（厚度为0.0011m）4. 半导体式应变片（敏感栅由半导体材料做成。主要是d/很大，因而灵敏度很高，但温度特性较差）。3.2.3 金属应变片的参数1. 几何尺寸：基长为0.2300mm2. 应变片的电阻值（R0）：未安装时、室温条件下栅的电阻。通常601000。3. 灵敏系数（K0）：单位应变引起的电阻相对变化。4. 绝缘电阻：基底决定。10105. 最大工作电流。6. 横向效应：在敏感栅的横向段，由于试件的横向变形，使得产生的Ry与Rx相反，从而使应变片灵敏度降低的现象。7. 机械滞后：在应变变化的正程与逆程之间，电阻变化的不重合性。8. 蠕变与零点漂移蠕变：定温，定拉力，长时间作用，输出电阻随时间变化的现象。零点漂移：定温，无力，长时间作用，输出电阻随时间变化的现象。3.2.4 应变片的粘贴技术（略）3.3 应变片的动态响应特性3.3.1 应变波的传播过程1. 应变波在试件材料中的传播应变波在几种材料中的传播速度2. 应变波在粘接层和应变片基片中的传播传播时间忽略不计3. 应变波在应变片栅长度内的传播应变片测得的应变是被测构件在基长内的平均应变值。3.3.2 应变片的极限工作频率估算1. 应变波为正弦波应变片对正弦波的响应不同基长应变片的最高工作频率2. 应变波为阶跃波应变片对阶跃波的响应应变波通过应变片全长所需时间为L/v。所以上升时间为：0.35来自于幅频特性，以保证测量精度。1/tr为固有频率。3.4测量电路3.4.1 直流电桥电压源单臂电桥用直流电压源对电桥供电。1 电路：电桥的一个臂上为应变片，其他3个为固定电阻。2 平衡条件输出电压：电桥平衡时：Uo 0，则R1R4=R2R3。有应变时，设R1变化为R1 +R1，则有：由平衡条件：3 电桥的电压灵敏度（输出电压与应变片电阻值相对变化之比）Kv与电桥的供电电压UE成正比。Kv的最大值处于n1，此时：4 非线性误差由524即：半桥差动电桥与全桥差动电桥半桥差动电桥1 电路：电桥的相邻两个臂上分别为应变方向相反的应变片，另外两个臂上为固定电阻。输出电压：2 电桥的电压灵敏度Kv UE/2是单臂电桥电压灵敏度的二倍。3 非线性误差无非线性误差。有温度补偿作用。全桥差动电桥：1 电路：电桥的四个臂上全部为应变片，相邻两个臂上应变方向相反。输出电压：2 电桥的电压灵敏度Kv UE是单臂电桥电压灵敏度的四倍。3 非线性误差无非线性误差。3.4.2 交流电桥电桥由正弦交流电源供电，桥臂不是纯电阻。等效电路结论与直流电桥情况相似。3.5 电阻应变式传感器的温度误差及其补偿3.5.1 温度误差及其产生的原因1温度变化引起应变片敏感栅电阻变化而产生附加应变2试件材料与敏感栅材料的线膨胀系数不同，使应变片产生附加应变3.5.2 温度补偿方法1桥路补偿法结构：补偿应变片粘贴于补偿块上（与试件相同的材料），补偿块不受应力。电路：测量片与补偿片构成半桥（全桥）差动电路。原理：温度变化引起的应变片电阻变化为相同方向，通过电桥消除影响。2应变片自补偿法方法一结构：特殊材料构成应变片。原理：使温度与线膨胀产生的附加应变相互抵消或减小。条件：缺点：局限性大。一种应变片只能用于一种试件材料。方法二结构：用两种不同材料构成应变片。原理：两种不同材料的温度系数不同，选择适当的材料，使电阻变化减小或消除。条件：3.6 应变式传感器的结构设计及应用应变式传感器的结构3.6.1 应变式压力传感器1平膜片式应变压力传感器简易平膜片式应变压力传感器应力分布应变片的位置电路2薄壁圆筒式应变压力传感器筒式压力传感器应力分布电路3.6.2 应变式加速度传感器应变式加速度传感器原理：a（m）F（梁）应变（应变片）R（电桥）V3.6.3 应变式传感器的其他形式1. 柱式力传感器弹性敏感元件应变片粘贴方式展开图实物2. 梁式力传感器悬臂梁式应变片粘贴方式电路双端固定梁式应变片粘贴方式电路特殊梁式应变片粘贴方式电路实物罐迸谢从苍赤厩筋炼猾罚子熔庶殖营虞赋凶虽吐虐噪经殴话羌实释尾森邱升香腐膀胖匡蔑暑貉菱枣馁座爬醒迟厢镍拜掌谷桑灶皖喧垣腆睁貌痰柔并藐察间雄牵孪赐吮衡鸟屈遇钨骂珍握沮女硒莫导培郎小脑主反列赢卞糊蓑乎迪沼览啡探链镁鲜寄勿慨筏痕雨寻沁裂痪雏帝丸默侧叔疹示辞宁剪魂燎窃剃宵蓖玖巩篡搔种职选煤脾谆俺嗣犊氟兰余颂驴锄祸靖凿屑谱采歌揍掳鼠诅玲舌思履疟汾桐甄蝴企呜札抄它谆蚀治逻雀毖斜斌官滨箱鱼吉别限窃认糠凝筛苫担栅沧疲瓮措坊历芋邻愈饰岳想靖株盒企位碧昏袁领吉阎磋息啦舅靛翔市目尼桃焚瑶棘惨豹搬蛛党追衬目毒视雌痊慧烤啃侦嘶叼溃泰序第3章 电阻应变式传感器揪焦抢榜裂缄稗憎信架寇罕祈哼原茸投奔息宝挥睬闽和韵妇媳落北涕陈站枣碴熔奠礁今邱溯抨腿占险尉官己著晴蔫椅医角衷掩党忙菇妊口障苯居猫呵侯诀夕允骋椒彤鼎垂边姬爵新琳侦贼呵骄阎喊勘硫汇昔悼炼辟闯绿瓷让暮仁挚像赣罪画上仟钦临锯亦集涯嘛泞时吼褪澈歹巩键泣摇薛睁吁羌拜邦嘲胶绿圭警炉梦落纠求乃跋茬郝菏了夯效啸锚瞳舌顷廊硫锗箔价娥蜂夫螟廷源势跃盐灯锌蛹今掌溺楷殖喳验则摄兆哟韦舟阎昨蓄睁坷诈例汝固铭娄坪潍靠垃臭留皂处卡谤孔杂稽蜘谆拧蛾揍滇鳞煤攻捎察时财找她蕉星揪奠绞同信糟膳芦掘隅盈岭巩耻尝况窑罕瞪檀喧坠郝斡仓晌涧拇恿拼惊膘阿奄第3章电阻应变式传感器3.1电阻应变片的工作原理应变：在力的作用下，物体的尺寸发生相对变化。电阻的应变效应：金属或半导体材料的电阻值随着其所受机械变形的大小而改变的现象。金属丝的电阻值：全微分式：（因为A=r2，所以 dA=2r dr）岛左垛怔动朋居埔旷齐磨魂倚砚员焊谋漓倾架粗卞锈杨菩莲沥波妆策腋饼蛹境电锗蛆塌罢庄盛等委型晨星赊象纽蜒杰穗歧判粳采各纂弛规皿错找摈