傳感器及檢測(cè)技術(shù)（第四版）課件 5.電阻應(yīng)變片

……………電阻應(yīng)變片傳感器技術(shù)與應(yīng)用武漢職業(yè)技術(shù)學(xué)院

熊曉倩課程內(nèi)容CONTENTS應(yīng)用07應(yīng)變效應(yīng)分析02溫度補(bǔ)償06結(jié)構(gòu)和材料03主要參數(shù)04基本應(yīng)用電路05概述01一、概述1.應(yīng)用最廣泛；

2.材料：金屬、半導(dǎo)體；3.敏感機(jī)理：受力產(chǎn)生應(yīng)變；

4.轉(zhuǎn)換機(jī)理：應(yīng)變轉(zhuǎn)換為電阻；

5.價(jià)廉、尺寸小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；

6.可靠性好、穩(wěn)定性高；

7.測(cè)量電路：橋式；

8.測(cè)量精度高；

9.壽命長(zhǎng)；

10.抗干擾能力差、非線性；電阻應(yīng)變式傳感器一、概述提問：什么是力？力是改變物體狀態(tài)的根本原因應(yīng)變變化應(yīng)力（微觀力）

應(yīng)變效應(yīng)是金屬導(dǎo)體的電阻值，隨著它受力所產(chǎn)生機(jī)械變形（拉伸或壓縮）的大小而發(fā)生變化的現(xiàn)象，稱之為金屬的電阻應(yīng)變效應(yīng)。一、概述理論基礎(chǔ)材料的泊松比定律

在彈性限內(nèi)，金屬絲沿長(zhǎng)度方向伸長(zhǎng)時(shí)，徑向尺寸縮小，反之亦然。軸向應(yīng)變?chǔ)舤與徑向應(yīng)變?chǔ)舝有以下關(guān)系：εr=-μεt。金屬導(dǎo)體電阻定律

金屬導(dǎo)線的電阻值與其導(dǎo)線長(zhǎng)度l成正比而導(dǎo)線截面積s成反比，即半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)

對(duì)半導(dǎo)體材料施加外力時(shí)，除了產(chǎn)生變形外，材料的電阻率也隨著發(fā)生變化。二、應(yīng)變效應(yīng)分析由公式分析

可知，電阻相對(duì)變化量由兩項(xiàng)組成：

1.是由產(chǎn)生應(yīng)變的材料幾何尺寸的變化引起的；

2.是由電阻率變化引起的，對(duì)金屬系主要為前一項(xiàng)，對(duì)半導(dǎo)體材料主要為后一項(xiàng)。三、結(jié)構(gòu)和材料1.組成

金屬電阻應(yīng)變片分為金屬絲式和金屬箔式兩種。1.金屬絲式電阻應(yīng)變片。金屬絲式電阻應(yīng)變片的基本結(jié)構(gòu)圖如圖所示。由敏感柵1、基底2和蓋層3、引線4和黏結(jié)劑幾個(gè)基本部分組成。三、結(jié)構(gòu)和材料（一）組成2.金屬箔式應(yīng)變片與金屬絲式電阻應(yīng)變片相比，有如下優(yōu)點(diǎn)：用光刻技術(shù)能制成各種復(fù)雜形狀的敏感柵；橫向效應(yīng)??；散熱性好，允許通過較大電流，可提高相匹配的電橋電壓，從而提高輸出靈敏度；疲勞壽命長(zhǎng)，蠕變??；生產(chǎn)效率高。

但是，制造箔式應(yīng)變片的電阻值的分散性要比絲式應(yīng)變片的大，有的能相差幾十歐姆，需要調(diào)整阻值。（a）箔式單向應(yīng)變片

（b）箔式轉(zhuǎn)矩應(yīng)變片

（c）箔式壓力應(yīng)變片

（d）箔式花狀應(yīng)變片三、結(jié)構(gòu)和材料（二）材料1.敏感柵

應(yīng)變片最重要的組成部分，由某種金屬細(xì)絲繞成柵形。三、結(jié)構(gòu)和材料2.基底、蓋片

基底用于保持敏感柵、引線的幾何形狀和相對(duì)位置；

蓋片既保持敏感柵和引線的形狀和相對(duì)位置，還可以保護(hù)敏感柵。（二）材料三、結(jié)構(gòu)和材料3.粘結(jié)劑

常用的粘結(jié)劑分為有機(jī)和無機(jī)兩大類。有機(jī)粘結(jié)劑用于低溫、常溫和中溫；無機(jī)粘結(jié)劑用于高溫。（二）材料三、結(jié)構(gòu)和材料4.引線

它是從應(yīng)變片的敏感柵中引出的細(xì)金屬絲，常用直徑約0.1—0.15mm的鍍錫銅線或扁帶形的其他金屬材料制成。（二）材料四.主要參數(shù)A

靈敏度系數(shù)（K）B

橫向效應(yīng)C

機(jī)械滯后、零點(diǎn)漂移、蠕變D

應(yīng)變極限和疲勞壽命五.基本應(yīng)用電路

將電阻應(yīng)變片粘貼于待測(cè)構(gòu)件上，應(yīng)變片電阻將隨構(gòu)件應(yīng)變而改變，將應(yīng)變片電阻接入相應(yīng)的電路中，使其轉(zhuǎn)化為電流或電壓輸出，即可測(cè)出力值。通常將應(yīng)變片接入電橋來實(shí)現(xiàn)電阻至電壓或電流的轉(zhuǎn)換。五.基本應(yīng)用電路為了提高輸出電壓靈敏度，可以采用半橋雙臂或全橋電路（a）半橋雙臂

（b）全橋電路五.基本應(yīng)用電路

半橋雙臂可使電壓靈敏度比半橋單臂提高一倍，而全橋電路電壓靈敏度又比半橋雙臂電壓靈敏度提高一倍。可見，利用全橋，并提高供電電壓E，可提高靈敏度系數(shù)。六.溫度補(bǔ)償

用作測(cè)量應(yīng)變的金屬應(yīng)變片，希望其阻值僅隨應(yīng)變變化，而不受其它因素的影響。

實(shí)際上應(yīng)變片的阻值受環(huán)境溫度(包括被測(cè)試件的溫度)影響很大。從而產(chǎn)生很大的測(cè)量誤差，稱為應(yīng)變片的溫度誤差，又稱熱輸出。

因環(huán)境溫度改變而引起電阻變化的兩個(gè)主要因素：應(yīng)變片的電阻絲(敏感柵)具有一定溫度系數(shù)；電阻絲材料與測(cè)試材料的線膨脹系數(shù)不同。六.溫度補(bǔ)償溫度補(bǔ)償互補(bǔ)償橋路補(bǔ)償自補(bǔ)償

不是補(bǔ)償溫度值，而是補(bǔ)償在溫度影響下變化的輸出值，使輸出值回復(fù)正常