力及壓力測量應變片

1、會計學1力及壓力測量應變片力及壓力測量應變片壓力及力的壓力及力的測量測量壓力的概念和單位應變式壓力計壓電式、壓磁式、電容式、霍爾式應變效應應變片應變片溫度補償與粘貼應變式力與壓力傳感器轉換電路2122 2kgm1Pa1N/m11kgm sm s表壓大氣壓力線負壓絕對壓力真空度10絕對壓力絕對壓力的零線1,2llRAr 實驗證明，電阻絲及應變片的電阻相對變化量實驗證明，電阻絲及應變片的電阻相對變化量 R R R R與材料力學與材料力學中的軸向應變中的軸向應變 x x的關系在很大范圍內是線性的，即的關系在很大范圍內是線性的，即 xRKRK K電阻應變片的靈敏度電阻應變片的靈敏度 x 稱為電阻絲的軸

2、向應變，也稱縱向應變稱為電阻絲的軸向應變，也稱縱向應變 x通常很小，在應變測通常很小，在應變測量中，也常將之稱為微應變量中，也常將之稱為微應變 對于不同的金屬材料，對于不同的金屬材料，K 略微不同，一般為略微不同，一般為2左右。而對半導體材左右。而對半導體材料而言，由于其感受到應變時，電阻率料而言，由于其感受到應變時，電阻率 會產生很大的變化，所以靈敏會產生很大的變化，所以靈敏度比金屬材料大幾十倍。度比金屬材料大幾十倍。 2341電阻應變片結構示意圖電阻應變片結構示意圖bl由敏感柵1、基底2、蓋片3、引線4和粘結劑等組成。這些部分所選用的材料將直接影響應變片的性能。因此，應根據(jù)使用條件和要求合

3、理地加以選擇。 柵長柵長柵寬柵寬二、應變片的結構二、應變片的結構與材料與材料（1） 敏感柵敏感柵由金屬細絲繞成柵形。電阻應變片的電阻值為60、120、200等多種規(guī)格，以120最為常用。對敏感柵的材料的要求：應變靈敏系數(shù)大，并在所測應變范圍內保持為常數(shù)；電阻率高而穩(wěn)定，以便于制造小柵長的應變片；電阻溫度系數(shù)要??；抗氧化能力高，耐腐蝕性能強；在工作溫度范圍內能保持足夠的抗拉強度；加工性能良好,易于拉制成絲或軋壓成箔材；易于焊接，對引線材料的熱電勢小。對應變片要求必須根據(jù)實際使用情況，合理選擇。（2） 基底和蓋片基底和蓋片 基底用于保持敏感柵、引線的幾何形狀和相對位置，蓋片既保持敏感柵和引線的形狀

4、和相對位置，還可保護敏感柵?；椎娜L稱為基底長，其寬度稱為基底寬。（3） 引線引線 是從應變片的敏感柵中引出的細金屬線。對引線材料的性能要求：電阻率低、電阻溫度系數(shù)小、抗氧化性能好、易于焊接。大多數(shù)敏感柵材料都可制作引線。（4） 粘結劑粘結劑 用于將敏感柵固定于基底上，并將蓋片與基底粘貼在一起。使用金屬應變片時，也需用粘結劑將應變片基底粘貼在構件表面某個方向和位置上。以便將構件受力后的表面應變傳遞給應變計的基底和敏感柵。 常用的粘結劑分為有機和無機兩大類。有機粘結劑用于低溫、常溫和中溫。常用的有聚丙烯酸酯、酚醛樹脂、有機硅樹脂，聚酰亞胺等。無機粘結劑用于高溫，常用的有磷酸鹽、硅酸、硼酸鹽等。

5、1、金屬應變片（應變式壓力傳感器）、金屬應變片（應變式壓力傳感器）（1）金屬絲式）金屬絲式（2）箔式）箔式（3）薄膜式）薄膜式2、半導體應變片（壓阻式壓力傳感器）、半導體應變片（壓阻式壓力傳感器） 箔式應變片 箔式應變片是利用光刻、腐蝕等工藝制成的一種很薄的金屬箔柵, 其厚度一般在0.0030.01mm。其優(yōu)點是散熱條件好, 允許通過的電流較大, 可制成各種所需的形狀, 便于批量生產。 金屬應變片的電阻變化范圍很小，如果直接用歐姆表測量其電阻值的變化將十分困難，且誤差很大。常利用橋式測量轉換電路將R /R轉換為輸出電壓U0。單臂電橋單臂電橋雙臂電橋雙臂電橋四臂全橋四臂全橋R1為應變片，為應變片

6、， R2 、 R3、R4為為固定電阻固定電阻 。試件 全橋的四個橋臂都為應變全橋的四個橋臂都為應變片，如果設法使試件受力后，片，如果設法使試件受力后，應變片應變片R R1 1 R R4 4產生的電阻增量產生的電阻增量（或感受到的應變（或感受到的應變 1 1 4 4）正負）正負號相間，就可以使輸出電壓號相間，就可以使輸出電壓U Uo o成倍地增大。上述三種工作方成倍地增大。上述三種工作方式中，全橋四臂工作方式的靈式中，全橋四臂工作方式的靈敏度最高，雙臂半橋次之，單敏度最高，雙臂半橋次之，單臂半橋靈敏度最低。采用全橋臂半橋靈敏度最低。采用全橋（或雙臂半橋）還能實現(xiàn)溫度（或雙臂半橋）還能實現(xiàn)溫度自補

7、償。自補償。3、 應變片的溫度誤差及補償應變片的溫度誤差及補償 a. 應變片的溫度誤差應變片的溫度誤差 由于測量現(xiàn)場環(huán)境溫度的改變而給測量帶來的附加誤差, 稱為應變片的溫度誤差。 產生應變片溫度誤差的主要因素有: 應變片溫度誤差電阻溫度系數(shù)的影響材料與應變片膨脹系數(shù)不同1) 電阻溫度系數(shù)的影響電阻溫度系數(shù)的影響 敏感柵的電阻絲阻值隨溫度變化的關系可用下式表示： Rt=R0（1+0t） 式中: Rt溫度為 t 時的電阻值; R0溫度為t0時的電阻值; 0金屬絲的電阻溫度系數(shù); t溫度變化值, t=t -t0。 當溫度變化t時, 電阻絲電阻的變化值為 Rt=Rt- R0= R00t 2) 試件材料

8、和電阻絲材料的線膨脹系數(shù)的影響 當試件與電阻絲材料的線膨脹系數(shù)相同時, 不論環(huán)境溫度如何變化, 電阻絲的變形仍和自由狀態(tài)一樣, 不會產生附加變形。 當試件和電阻絲膨脹系數(shù)不同時, 由于環(huán)境溫度的變化, 電阻絲會產生附加變形, 從而產生附加電阻。 2. 電阻應變片的溫度補償方法電阻應變片的溫度補償方法 電阻應變片的溫度補償方法通常有線路補償法和應變片自補償兩大類。 1) 線路補償法 在應變片工作過程中, 保證R3 =R4。 R1和RB兩個應變片應具有相同的電阻溫度系數(shù), 膨脹系數(shù), 應變靈敏度系數(shù)K和初始電阻值R0。 粘貼補償片的補償塊材料和粘貼工作片的被測試件材料必須一樣, 兩者線膨脹系數(shù)相同

9、。 兩應變片應處于同一溫度場。 若實現(xiàn)完全補償, 上述分析過程必須滿足四個條件: 2) 應變片自補償，巧妙的安裝應變片被拉伸被壓縮應變片試件 1. 柱（筒）式力傳感器柱（筒）式力傳感器被壓縮2 環(huán)式力傳感器環(huán)式力傳感器2、 應變式壓力傳感器應變式壓力傳感器 應變式壓力傳感器主要用來測量流動介質的動態(tài)或靜態(tài)壓力。如動力管道設備的進出口氣體或液體的壓力、發(fā)動機內部的壓力變化, 槍管及炮管內部的壓力、內燃機管道壓力等。 應變片壓力傳感器大多采用膜片式或筒式彈性元件。 FFFFFF固定點固定點固定點固定點電纜FR1R2 R4FFFF磅秤磅秤超市打印秤超市打印秤遠距離遠距離顯示顯示電子天平的精度電子天平

10、的精度可達十萬分之一可達十萬分之一便攜式便攜式 可用于汽車、摩托車、飛機、內燃機、機械可用于汽車、摩托車、飛機、內燃機、機械制造和家用電器等領域，準確控制緊固螺紋的制造和家用電器等領域，準確控制緊固螺紋的裝配扭矩。量程裝配扭矩。量程2500N.m，耗電量，耗電量10mA，有公制有公制/英制單位轉換、峰值保持、自動斷電英制單位轉換、峰值保持、自動斷電等功能。等功能。3.4.4 應變式加速度傳感器應變式加速度傳感器用于物體加速度的測量。依據(jù)：a=F/m。 32141等強度梁；2質量塊；3殼體；4電阻應變敏感元體圖3-17 電阻應變式加速度傳感器結構圖 測量原理：將傳感器殼體與被測對象剛性連接，當被

11、測物體以加速度a 運動時，質量塊受到一個與加速度方向相反的慣性力作用， 使懸臂梁變形，該變形被粘貼在懸臂梁上的應變片感受到并隨之產生應變，從而使應變片的電阻發(fā)生變化。 電阻的變化引起應變片組成的橋路出現(xiàn)不平衡，從而輸出電壓， 即可得出加速度a值的大小。 適用范圍：不適用于頻率較高的振動和沖擊場合， 一般適用頻率為1060 Hz范圍。 BACDF1、應變片測量力的原理是什么？、應變片測量力的原理是什么？2、應變片有哪幾種類型？、應變片有哪幾種類型？3、單臂、半橋和全橋電路的靈敏度有怎樣的倍數(shù)關系？誰的靈、單臂、半橋和全橋電路的靈敏度有怎樣的倍數(shù)關系？誰的靈敏度最大？敏度最大？4、如右下圖是一個圓柱體彈性元件，、如右下圖是一個圓柱體彈性元件，A、B、C、D是四個應變是四個應變片，觀察他們粘貼的位置后判斷四個應變片在電橋中應怎樣連接片，觀察他們粘貼的位置后判斷四個應變片在電橋中應怎樣連接？畫出電橋電路來說明？畫出電橋電路來說明.5、如左下圖所示，如需測量彎曲力和拉伸力，那么應變片應該、如左下圖所示，如需測量彎曲力和拉伸力，那么應變片應該怎樣連接在電橋電路中，分別畫出測量彎曲力和拉伸力的測量電怎樣連接在電橋電路中，分別畫出測量彎曲