应变片的自补偿法.ppt

电阻应变式传感器是利用电阻应变片将应变转换为电阻变化的传感器。传感器的构造由在弹性元件上粘贴电阻应变敏感元件构成。当被测物理量作用在弹性元件上时，弹性元件的变形引起应变敏感元件的阻值变化，通过转换电路转变成电量输出，电量变化的大小反映了被测物理量的大小。应变式电阻传感器是目前在测量力、力矩、压力、加速度、重量等参数中应用最广泛的传感器之一。,第3章应变式传感器,应变式电阻传感器,3.1弹性敏感元件3.2电阻应变片的工作原理3.3应变片的种类3.4电阻应变片的特性3.5电阻应变片的测量电路3.6应变式传感器的应用,3.1弹性敏感元件,一、概念：变形：物体因外力作用而改变原来的尺寸或形状。弹性形变：在外力去掉后完全恢复其原来的尺寸和形状的变形。弹性元件：具有弹性形变特点的元件。应力（）：单位横截面积s上所受的力。应变（）：在应力的作用下长度的相对变化量。弹性模量（e）：根据虎克定律在材料弹性范围内为常数。,二、常见的弹性敏感元件,变换力的弹性敏感元件,常见的弹性敏感元件,变换压力的弹性敏感元件,应变式荷重传感器的外形及应变片的粘贴位置,4.3电阻应变式传感器,悬臂梁,一端固定，一端自由的弹性敏感元件.特点是结构简单、加工方便。灵敏度比等截面轴及圆环高，用于较小力的测量。分为等截面悬臂梁和等强度悬臂梁.,悬臂梁的横截面积处处相等。在任一指定点a，上下表面的应变大小相等，符号相反。设梁的截面厚度为h，宽度为b，总长为l。在距离自由端l0处的为在等截面梁的不同部位产生的应变是不相等的，最大应变产生在梁的根部,这对电阻应变式传感器中应变片粘贴的位置提出了较高的要求。,等截面悬臂梁,当梁的自由端有力f作用时，沿梁的整个长度上的应变处处相等，它的灵敏度与梁长度方向的坐标无关。应变片处的为为了保证等应变性，作用力f必须加在梁的两斜边的交汇点处。,等强度悬臂梁,3.2电阻应变片的工作原理,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，其电阻值相应发生变化，这种现象称为“应变效应”。,电阻丝的电阻率；l电阻丝的长度；a电阻丝的截面积。,金属电阻丝未受力时的电阻为,电阻丝受到拉力f作用时,其中：,r为电阻丝的半径为电阻丝材料的泊松比e为半导体材料的弹性模量,电阻丝的灵敏系数,半导体应变片与金属电阻应变片相比：灵敏度高，温度系数大，非线性严重。,1、金属电阻应变片的种类丝式电阻应变片：敏感栅由直径0.010.05mm的电阻丝平行排列而成。箔式电阻应变片：敏感栅是利用光刻、腐蚀等工艺制成的一种很薄的金属箔栅。,3.3应变片的种类,金属丝式电阻应变片的结构,丝式电阻应变片,金属丝式电阻应变片由敏感栅、基片、覆盖层、粘合层和引线等组成。敏感栅由直径0.010.05mm的具有很高电阻率的金属细丝平行排列而成。常用的电阻丝材料有铜镍（康铜）合金、镍铬合金、铂、铂铬合金、铂钨合金、卡玛丝等。根据基片和覆盖层的材质不同可以分为纸基和胶基等。引线常用直径为0.100.15mm的镀锡铜线，并与敏感栅两输出端焊接。,l栅长b基宽,箔式电阻应变片,箔式电阻应变片的敏感栅是利用光刻、腐蚀等工艺制成的一种很薄的金属箔栅，其厚度一般为0.0030.01mm，可制成各种形状的敏感栅（即应变花）。优点：1、制造工艺能保证线栅的尺寸正确线条均匀，大批生产时电阻值离散度小，能制成任意形状以适应不同的测量要求。电阻线栅的基长可以做得很小，以适用于应变梯度大的场合。2、横向效应很小。3、表面积和截面积之比大，散热性能好，允许通过的电流较大。4、柔性好，蠕变小，疲劳寿命长。5、生产效率高，便于实现生产工艺自动化。,电阻应变片的型号包括内容如下：类别、基底材料种类、标准电阻-敏感栅长度、敏感栅结构形式、极限工作温度、自补偿代号（温度和蠕变补偿）及接线方式。如bf350-3aa80（23）n6x的含义是：b:表示应变计类别(b:箔式;t:特殊用途;z:专用(特指卡玛箔)；f:表示基底材料种类(b:玻璃纤维增强合成树脂;f:改性酚醛;a:聚酰亚胺;e:酚醛-缩醛;q:纸浸胶;j:聚氨酯)；350:表示应变计标准电阻；3：表示敏感栅长度（mm）；aa：表示敏感栅结构形式；80：表示极限工作温度（）；23：表示温度自补偿或弹性模量自补偿代号(9:用于钛合金;m23:用于铝合金;11:用于合金钢、马氏体不锈钢和沉淀硬化型不锈钢;16:用于奥氏体不锈钢和铜基材料;23:用于铝合金;27:用于镁合金;)；n6：表示蠕变自补偿标号(蠕变标号:t8，t6，t4，t2，t0，t1,t3,t5,n2，n4，n6，n8，n0，n1，n3，n5，n7，n9)；x：表示接线方式(x:标准引线焊接方式;d:点焊点;c:焊端敞开式;u:完全敞开式，焊引线;f:完全敞开式，不焊引线；x*:特殊要求焊圆引线，*表示引线长度；bx*：特殊要求焊扁引线，*表示引线长度；q*:焊接漆包线，*表示引线长度；g*:焊接高温引线，*表示引线长度)。,电阻应变片型号的编排规则,对金属电阻丝材料应有如下要求：灵敏系数大，且在相当大的应变范围内保持常数；值大，即在同样长度、同样横截面积的电阻丝中具有较大的电阻值；电阻温度系数小，否则因环境温度变化也会改变其阻值；与铜线的焊接性能好，与其它金属的接触电势小；机械强度高，具有优良的机械加工性能。康铜是目前应用最广泛的应变丝材料.,2金属电阻应变片的材料,3.4电阻应变片的特性,1、几何尺寸2、电阻值3、灵敏系数4、横向效应5、绝缘电阻6、最大工作电流7、动态响应特性8、应变片的温度误差及补偿,1、几何尺寸,几何尺寸表明应变片敏感栅的有效工作面积bl。栅长l是应变片敏感栅在其轴线方向的长度。基宽b是在与应变片轴线相垂直的方向上敏感栅最外侧之间的距离。应变片所测得的应变，是被测构件在基长内的平均应变值。目前应变片最小基长为0.2mm，最长达300mm。一般生产厂家都有一个应变片基长系列供选用。,2、电阻值,电阻值r是指应变片没有粘贴也不受力时，在室温下测定的电阻值。应变片电阻值也有一个系列，如60、120、250、350、600、1000，其中以120最为常用。阻值大，承受电压大，输出信号大，但同时敏感栅尺寸也大。,当具有初始电阻值r的应变片粘贴于试件表面时，试件受力引起的表面应变，将传递给应变片的敏感栅，使其产生电阻相对变化r/r。,式中，为应变片的轴向应变。,定义k=(r/r)/为应变片的灵敏系数。由于横向效应，k5时：,r2上的应变为零，可用作温度补偿片。,等强度梁的截面成等腰三角形，集中力作用在三角形顶点，梁内各横截面产生的应力是相等的，表面上任意位置的应变也相等，因此称为等强度梁。梁的各点由于应变相等，故粘贴应变片的位置要求不严格。,3、悬臂梁式力传感器悬臂梁式力传感器的灵敏度比等截面轴及圆环高，可用于较小力的测量。,电子秤,电子秤与机械秤相比具有以下优点：,(1)响应速度快。(2)结构简单、体积小、重量轻。(3)称重信号(结果)可以远距离传送。可用计算机进行数据处理、自动显示记录称重结果。实现生产过程自动化。(4)有优良的防潮、防腐蚀性能。能在机械秤无法工作的恶劣环境下工作：稳定性好、机械磨损小、使用方便、寿命长。,4、应变式压力传感器应变式压力传感器大多采用膜片式或筒式弹性元件。,5、应变式容器内液体重量（液位）传感器,应变片容器内液体重量传感器,uo=u1-u2=(k1-k2)hg,k1，k2为传感器传输系数q容器内感压膜上面溶液的重量a柱形容器的截面积。,电阻应变式加速度传感器结构图,6、应变式加速度传感器,传感器壳体与被测对象刚性连接，当被测物体以加速度a运动时，质量块受到一个与加速度方向相反的惯性力作用，使悬臂梁变形，该变形被粘贴在悬臂梁上的应变片感受到并随之产生应变，从而使应变片的电阻发生变化。电阻的变化引起应变片组成的桥路出现不平衡，从而输出电压，即可得出加速度a值的大小。应变片加速度传感器不适用于频率较高的振动和冲击场合，一般适用频率为1060hz范围。,7、电阻应变仪,如果直接将应变片粘贴在被测构件上，然后将其接到应变仪上就可以直接从应变仪上读到相应的应变值.是专门用于测量电阻应变片应变量的仪器。实际测量时，只要将应变片贴于被测点上，然后将其接入应变仪的测量桥路中，通过应变仪直接求得被测点的应变值。电阻应变仪有静态、动态二大类。如要测动态应变则用动态应变仪。如测