《传感器技术与应用》课件-3.1金属丝应变片

传感器技术与应用3.1金属丝应变片用于各种衡器

电阻应变式传感器广泛应用于各种衡器和应变测量上海卢浦大桥通车应变试验用于应力测试电阻应变式传感器是将被测的非电量转换成电阻值的变化，再经转换电路变换成电量(电流、电压)输出。电阻应变式传感器也是应用最广泛的传感器，可用于应变力、压力、转矩、位移、加速度。测力范围：小到肌肉纤维（5×10-5N)，大到登月火箭(5×107N)；精确度：在0.01～0.1%，有10年以上的校准稳定性。

RF概述应变式传感器主要特征

有不同材料类型，金属应变片、半导体应变片;

优点：结构简单、精度高、范围大体积小；

缺点：电阻、半导体会随温度变化。

RF概述金属应变片结构：

网状敏感栅——高阻金属丝、金属箔

基片——绝缘材料

盖片——保护层金属丝式应变片结构2.工作原理金属电阻应变片的基本原理基于电阻应变效应：

即导体在外力作用下产生机械形变时阻值发生变化。

当电阻丝受到轴向拉力F作用时，金属丝几何尺寸变

化引起电阻值的相对变化,与电阻率变化成正比

一根长L，截面积为S，电阻率为ρ的金属丝电阻2.工作原理径向应变为：

（截面积相对变化量）

轴向应变为：

横向变形系数：（泊松系数）

在弹性范围内金属丝受拉时，轴向应变和径向应变的关系，负号表示应变受力Ｆ方向相反。2.工作原理用轴向、径向应变、泊松系数带入后电阻变化率为：

定义金属电阻丝的灵敏系数为k0

；即：单位应变能引起的金属丝电阻相对变化金属丝受力后主要引起两个方面的变化：

材料几何尺寸变化（1+2μ）；材料电阻率的变化（Δρ/ρ）/ε

通过弹性元件可将位移、压力、振动等物理量通过应力变化，并转换为电阻的变化进行测量，这是应变式传感器测量应变的基本原理。2.工作原理金属丝式——敏感栅用0.025mm金属丝（康铜、贵金属）；金属箔式——通过照相制版，光刻腐蚀工艺作成金属薄栅，厚度在0.003～0.01mm，敏感栅截面为矩形，可通过大电流，工艺适于批量生产；金属薄膜型——采用真空技术，在基片上蒸镀金属薄膜，厚度为纳米级。3.应变片种类k0

表征金属丝的灵敏系数，但金属丝做成应变片后，电阻应变特征与单根金属丝不同。实际的灵敏系数包括基片、粘合剂、敏感栅的横向效应等因素。做成应变片以后灵敏系数k0不同，必须重新标定。（1）应变片灵敏系数k4.主要特性直线电阻丝绕成敏感栅后，虽然长度相同，但圆弧部分应变状态不同，圆弧段电阻的变化小于沿轴向摆放的电阻丝电阻变化。（2）横向效应实际应变变化ε=ΔL/L比拉直了看要小，可见直线的电阻丝作成敏感栅后，虽然长度相同，但应变不同。4.主要特性

圆弧部分使灵敏系数k0↓下降，这种现象称为横向效应。敏感栅越窄、基长越长，横向效应越小。

为减小横向效应产生的测量误差，一般多采用箔式应变片，圆弧部分尺寸较大。（2）横向效应4.主要特性应变片安装在自由膨胀的试件上，如果环境温度变化，应变片的电阻也会变化，这种变化叠加在测量结果中称应变片温度误差。温度补偿方法有：线路补偿、自补偿、辅助测量补偿、

热敏电阻补偿、计算机补偿等。线路补偿（电桥补偿）：被测试件位置上安装一个补偿片处于相同的温度场；等臂电桥输出U0

与桥臂