第2章 应变片传感器 ppt课件

1、第2章 应变片式传感器内容提要和小结内容提要和小结电阻应变仪电阻应变仪以下图所示的静态应变仪丈量范围：以下图所示的静态应变仪丈量范围：20199；分辨率：分辨率： 1；电桥电压：直流；电桥电压：直流2.5V； 应变片：应变片：120或其他阻值；或其他阻值； 丈量点数：丈量点数：8/16点；点；2.1.1 2.1.1 应变效应应变效应 dAdAldlRdR ALR 222rdrrrdrAdA dAdAldlRdRAdAldlldlrdr yx xdllydrr2rA yx 12xxd 12 xd dRdldAdRlA xdRR 12xxddRR 12x xdRKR dlKl310 x 应力应力-

2、 -应变关系：应变关系：xdRKR E应变片测试原理应变片测试原理RF应变应变- -电阻关系：电阻关系：RSFdRdlKRldRdR 2.1.2 2.1.2 应变片的分类应变片的分类 金属丝式应变片运用最早，但由于金属金属丝式应变片运用最早，但由于金属丝式应变片蠕变较大，金属丝易脱胶，有逐丝式应变片蠕变较大，金属丝易脱胶，有逐渐被箔式所取代的趋势。但其价钱廉价，多渐被箔式所取代的趋势。但其价钱廉价，多用于要求不高的应变、应力的大批量、一次用于要求不高的应变、应力的大批量、一次性实验。性实验。lb 箔式应变片与片基的接触面积大得多，散热条箔式应变片与片基的接触面积大得多，散热条件较好，在长时间丈

3、量时的蠕变较小，一致性较好，件较好，在长时间丈量时的蠕变较小，一致性较好，能将温度影响减小到最小的程度，适宜于大批量消能将温度影响减小到最小的程度，适宜于大批量消费，目前已用于各种应变式传感器的制造中。费，目前已用于各种应变式传感器的制造中。运用较多运用较多图图2-2 箔式应变片箔式应变片 金属薄膜应变片主要是采用真空蒸金属薄膜应变片主要是采用真空蒸镀技术，在薄的绝缘基片上蒸镀上金属镀技术，在薄的绝缘基片上蒸镀上金属资料薄膜，最后加维护层构成，它是近资料薄膜，最后加维护层构成，它是近年来薄膜技术开展的产物。年来薄膜技术开展的产物。 半导体应变片是用半导体资料作敏感栅而半导体应变片是用半导体资料

4、作敏感栅而制成的。当它受力时，电阻率随应力的变化而制成的。当它受力时，电阻率随应力的变化而变化。它的主要优点是灵敏度高，主要缺陷是变化。它的主要优点是灵敏度高，主要缺陷是灵敏度的一致性差、温漂大、电阻与应变间非灵敏度的一致性差、温漂大、电阻与应变间非线性严重，运用时需采用温度补偿和非线性补线性严重，运用时需采用温度补偿和非线性补偿措施。偿措施。 )21xRR（ xllE xlERR)21（ERRKlxB应变片主要性能目的举例应变片主要性能目的举例 上表中，哪几个型号是半导体应变片？根据上表中，哪几个型号是半导体应变片？根据是什么？是什么？ 1 1、去污：、去污： 采用手持砂轮工采用手持砂轮工具

5、除去构件外表的具除去构件外表的油污、漆、锈斑等，油污、漆、锈斑等，并用细纱布交叉打并用细纱布交叉打磨出细纹以添加粘磨出细纹以添加粘贴力贴力 ，用浸有酒精，用浸有酒精或丙酮的纱布片或或丙酮的纱布片或脱脂棉球擦洗。脱脂棉球擦洗。2.1.3 2.1.3 电阻应变片的粘贴技术电阻应变片的粘贴技术2 2、贴片：、贴片： 在应变片的外在应变片的外表和处置过的粘贴表和处置过的粘贴外表上，各涂一层外表上，各涂一层均匀的粘贴胶均匀的粘贴胶 ，用，用镊子将应变片放上镊子将应变片放上去，并调好位置，去，并调好位置，然后盖上塑料薄膜，然后盖上塑料薄膜，用手指揉和滚压，用手指揉和滚压，排出下面的气泡排出下面的气泡 。

6、3 3、丈量、丈量 ： 从分开的端子从分开的端子处，预先用万用处，预先用万用表丈量应变片的表丈量应变片的电阻，发现端子电阻，发现端子折断和坏的应变折断和坏的应变片。片。4 4、焊接：、焊接： 将引线和端子将引线和端子用烙铁焊接起来，用烙铁焊接起来，留意不要把端子留意不要把端子扯断。扯断。 5 5、固定：、固定： 焊接后用焊接后用胶布将引线和胶布将引线和被测对象固定被测对象固定在一同，防止在一同，防止损坏引线和应损坏引线和应变片。变片。 1. 1.应变片的电阻值应变片的电阻值(R0)(R0) 应变片不受外力作用情况下应变片不受外力作用情况下, ,于室温条件于室温条件测定的电阻值测定的电阻值( (

7、原始电阻值原始电阻值),),已规范化已规范化. .主要主要有有60,120,350,600,100060,120,350,600,1000 等各种规格，其中等各种规格，其中120 120 为最常运用。为最常运用。 2. 2.绝缘电阻绝缘电阻 敏感栅与基底之间电阻值敏感栅与基底之间电阻值, ,普通应大于普通应大于1010 1010 。 2.2.1 2.2.1 根本特性根本特性 K K为金属应变片的灵敏系数。为金属应变片的灵敏系数。 丈量结果阐明，应变片的灵敏系数丈量结果阐明，应变片的灵敏系数K K恒小于线材的灵敏系数恒小于线材的灵敏系数KSKS。缘由主要是胶层传送变形失真及横向效应。缘由主要是胶

8、层传送变形失真及横向效应。 KRR RRK或2.2.2 2.2.2 灵敏度系数灵敏度系数 假设将假设将100100电阻应变片贴在弹性试件上，电阻应变片贴在弹性试件上，试件受力横截面积试件受力横截面积S=0.5S=0.510-4m210-4m2，弹性模量，弹性模量E=2E=21011N/m2,1011N/m2,假设有假设有F=5F=5104N104N的拉力引起应变片电的拉力引起应变片电阻变化为阻变化为1 1 。试求该应变片的灵敏系数。试求该应变片的灵敏系数。1001RRE005. 0102105 . 01051044ESF 2005. 0100/1/RRK例例2-1由题意得应变片电阻相对变化量由

9、题意得应变片电阻相对变化量: :解：解：根据资料力学实际可知：应变根据资料力学实际可知：应变SF 故应变故应变: :应变片的灵敏数应变片的灵敏数 将金属丝绕成敏感栅构成应变片后，在轴向单向应力作用下，由于敏感栅“横栅段圆弧或直线上的应变形状不同于敏感栅“直线段上的应变，使应变片敏感栅的电阻变化较一样长度直线金属丝在单向应力作用下的电阻变化小，因此，灵敏系数有所降低，这种景象称为应变片的横向效应。如图2-3所示。图图2-3 横向效应横向效应 2.2.3 2.2.3 横向效应横向效应 将应变片粘贴在受单向拉伸应力试件时，其电阻相对变化可表示为 (2-10) 当y=0时，可得轴向灵敏系数 (2-11

10、) 当x=0时，可得横向灵敏系数 (2-12) 横向灵敏系数与轴向灵敏系数的比值称为横向效应系数H，H=Ky/ Kx由此式3-10可写为 (2-13) yyxxKKRRxxx)RR(Kyyy)RR(KyxxHKRR 该当指出，制造厂商在标定应变片的灵敏系数K时，是按规定的特定应变场单向应力场，=0.285下进展的，标定出的K值实践上也将横向效应的影响包括在内，只需应变片在实践运用时，符合特定条件如平面应力形状，或试件的0.285，那么会引起一定的横向效应误差，需进展修正。 应变测试中，应变片的指示应变是敏应变测试中，应变片的指示应变是敏感栅覆盖面积下的轴向平均应变。感栅覆盖面积下的轴向平均应变

11、。 静态测试时，应变片能正确反映它静态测试时，应变片能正确反映它所处受力试件内各点的应变；所处受力试件内各点的应变； 动态测试时，应变是以应变波的方动态测试时，应变是以应变波的方式沿应变片的敏感栅的长度方向传播，式沿应变片的敏感栅的长度方向传播，因此应变片反映的平均应变与瞬时应变因此应变片反映的平均应变与瞬时应变有一定差别，产生动态误差。有一定差别，产生动态误差。2.2.4 2.2.4 动态特性动态特性一、受力试件内的应变波为阶跃变化时(图2-4(a)，应变片对其呼应如图2-4(b)实际呼应和图2-4(c)实践呼应所示。 呼应特性用上升时间t r表示 t r =0.8l/v 图2-4 应变片对

12、阶跃应变的呼应特性 二、二、 受力试件内的应变波为正弦变化时，思索应变受力试件内的应变波为正弦变化时，思索应变波峰值处应变片波峰值处应变片(红色，长度红色，长度l0)的呼应情况如图的呼应情况如图2-5所示。所示。图图2-5 应变片对正弦应变波的呼应特性与误差曲线应变片对正弦应变波的呼应特性与误差曲线 001 1l lxtxtx x图图2-6 应变片对正弦应变波的误差曲线应变片对正弦应变波的误差曲线 利用频率利用频率f、波长、波长 和波速和波速v的关系的关系 v/f和和n= /l0 ，可得到应变波的频率与应变片基长的关系：可得到应变波的频率与应变片基长的关系： fv/nl0 当当n= /l0 =

13、1020时，时，=1.6%0.4% -力力-位移位移 - -应变片应变片-电阻电阻第第2章章 内容提要和小结内容提要和小结 1 1掌握金属电阻应变片的构造、原理电阻掌握金属电阻应变片的构造、原理电阻- -应变效应，应变效应，K=(K=(R/R)/R/R)/及特性：及特性： 2 2掌握电阻应变式传感器丈量线路直流惠掌握电阻应变式传感器丈量线路直流惠斯通电桥的构造方式特别是差动构造及特斯通电桥的构造方式特别是差动构造及特点，普通情况下，电桥输出电压为点，普通情况下，电桥输出电压为: : /21RR21/21/RRK4321432144KURRRRRRRRUUiiO第第3章章 内容提要和小结内容提要和小结 3. 3.掌握电阻应变式传感器的组成、运用及其掌握电阻应变式传感器的