第2章电阻式传感器 (3)精选PPT.ppt
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1、第2章电阻式传感器(3)第1页,此课件共33页哦电阻式传感器基本工作原理电阻式传感器基本工作原理 电阻式传感器基本工作原理是将电阻式传感器基本工作原理是将被测物被测物理量理量的变化转换成传感元件的变化转换成传感元件电阻值电阻值的变化,的变化,再经转换电路变成电量输出。再经转换电路变成电量输出。包括应变式、压阻式、电位器式等。包括应变式、压阻式、电位器式等。第2页,此课件共33页哦M,F,p M,F,p R/R R/R u ux,ax,a第一节 应变式传感器 弹性元件弹性元件弹性元件弹性元件应变片应变片应变片应变片电路电路电路电路 应变式传感器是利用金属的电阻应变效应将被测量转换为电量输出的一种
2、传感器。应变式传感器组成框图第3页,此课件共33页哦一、工作原理(一)金属丝的电阻应变效应 设有一根长为设有一根长为L,截面积为,截面积为S S,电阻率为,电阻率为 的金属丝,的金属丝,在未受到外力在未受到外力F F的作用时,电阻值为的作用时,电阻值为FFL Lr r 当受到拉力作用F后,电阻的变化量为全微分,第4页,此课件共33页哦令令 =dL/L=dL/L (纵向应变纵向应变 1 1=1=1 10 10 6 6mm/mmmm/mm),并用增量形式表示并用增量形式表示两边同除以R和 L/S,相对变化为又因为根据材料力学知识代入上式得-金属电阻丝丝的灵敏度系数第5页,此课件共33页哦 电阻丝在
3、外力作用下发生机械变形时,其电阻值发生变化,电阻丝在外力作用下发生机械变形时,其电阻值发生变化,这种现象叫电阻的这种现象叫电阻的应变效应应变效应。由上式可知,电阻丝的灵敏系数取决于两个因素的影响:由上式可知,电阻丝的灵敏系数取决于两个因素的影响:1)1)几何尺寸的变化(形变)引起,几何尺寸的变化(形变)引起,2)2)由电阻率随应变引起的变化(叫由电阻率随应变引起的变化(叫压阻压阻效应)。效应)。对金属丝对金属丝 k k0 0=1+2=1+2 (约为约为1.73.6)1.73.6)。大量实验证明:在电阻丝拉伸比例极限内,电阻的相大量实验证明:在电阻丝拉伸比例极限内,电阻的相对变化与应变成正比,即
4、对变化与应变成正比,即k k0 0为常数。为常数。第6页,此课件共33页哦(二)应变片的基本结构及测量原理电阻应变片由基底、敏感栅、盖片(有时加上引出线)组成。用粘贴剂将其粘贴在一起,构成完整的应变片。传感器的测量原理:传感器的测量原理:传感器的测量原理:传感器的测量原理:将应变片粘贴将应变片粘贴在被测对象上,在被测对象上,当被测对象受力当被测对象受力变形时,应变片变形时,应变片的敏感栅也随之的敏感栅也随之变形,其电阻值变形,其电阻值发生相应变化,发生相应变化,通过转换电路为通过转换电路为电压或电流的变电压或电流的变化,来测量应变。化,来测量应变。第7页,此课件共33页哦二、应变片的类型、材料
5、及粘贴(二二)应变片的粘贴应变片的粘贴粘贴在应变变化粘贴在应变变化均匀均匀且且较大较大的地方。基底、盖片 敏感栅引出线金属丝式纸基、胶基金属丝 1250 m m(回线式、短接式)康铜、镍铬合金、铂等 0.0.10.15.15mmmm镀锡铜丝金属箔式胶基金属箔片厚310 m m(通过照相制版或光刻技术)康铜、镍铬合金有或无金属薄膜式金属薄膜厚0.10.1 m m以下溅射到相应的位置无(一)应变片的类型和材料第8页,此课件共33页哦三、金属应变片的主要特性(贴在试件上后讨论)(贴在试件上后讨论)(一)灵敏系数 当制成应变片后,其应变当制成应变片后,其应变电阻特性与金属丝就不同电阻特性与金属丝就不同
6、了,但在很大范围内是线性的,了,但在很大范围内是线性的,原因:1)粘贴层传递变形失真,2)横向效应。实验表明,电阻应变片的灵敏系数k恒小于电阻丝的灵敏系数k0。且kkkk0 0。各种应变片(花)第9页,此课件共33页哦(二)横向效应(二)横向效应 在测量纵向应变时,应变片敏感栅的横向部分要在测量纵向应变时,应变片敏感栅的横向部分要产生一负的电阻变化,从而降低应变片的灵敏度,这产生一负的电阻变化,从而降低应变片的灵敏度,这种现象称为应变片的种现象称为应变片的横向效应横向效应。y x-y第10页,此课件共33页哦(三)机械滞后(三)机械滞后 应变片粘贴在被测试件上,当温度恒定时,其加载特应变片粘贴
7、在被测试件上,当温度恒定时,其加载特性与卸载特性不重合,即为性与卸载特性不重合,即为机械滞后。原因:残余应变;在制造或粘贴应变片时,敏感栅受到不原因:残余应变;在制造或粘贴应变片时,敏感栅受到不适当的变形或者粘结剂固化不充分。适当的变形或者粘结剂固化不充分。1机械应变卸载加载指示应变i应变片的机械滞后(四)零漂和蠕变 T=c,=0时时,R/R=f(t)T=c,=c时时,R/R=f(t)(五)应变极限和疲劳寿命(六)最大工作电流(静:25mA 动:75100mA)绝缘电阻(50100M)第11页,此课件共33页哦-平均应变-l/2处真实应变-应变波长应变波长l-应变片基长应变片基长x0=(x1+
8、x2)/2(七)应变片的电阻值R(120、350、1000 )应变片的规格一般以使用面积和电阻值表示,如320mm2,120。(八)动态响应特性第12页,此课件共33页哦例如:如果应变片的基长为长为l=/2/2,则则 P P 0.640.64 0 0,而应变片中的应变而应变片中的应变 x0 x0=0 0,由此产生的误差为差为36%36%。l(mm)0.20.51235101520f(kHz)125050025012583.3502516.6 12.5下表为不同基长时最高工作频率:如果应变片的基长为,从图中可以看出平均应变值为0。一般要求 l=(1/201/10)。第13页,此课件共33页哦四、
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