电阻应变片式传感器应用

孙裕晶2011.10.10被测量信号调理传感器信号处理显示记录激励装置传感器原理与应用性质测试系统测试系统应用实例应变片电测技术振动的测量过称量检测虚拟仪器与集成检测技术测试系统结构常用传感器原理与应用信号的变换与处理回顾测试信号分析方法测试系统特性分析第2章常用传感器原理与应用分类用途：位移传感器、压力传感器、温度传感器、…工作原理：电阻应变式、电感式、电容式、压电式、…被测量的转换特征：结构型和物性型能量传递方式：能量控制型传感器和能量转换型传感器主要内容电位器式式传感器电阻应变式传感器电感式传感器电容式传感器压电式传感器磁敏传感器光电式传感器集成传感器电位器式位移测量传感器线绕电位器的阶梯输出特性光电式电位器结构图1-光电导体2-基体3-电阻薄膜4-窄光束5-导电带电阻应变式传感器原理：利用电阻应变片将应变转换为电阻变化功能：测量应变、力、扭矩、位移、加速度等特点：灵敏度高、测量精确、动态响应快、技术成熟电阻应变片金属电阻应变片半导体应变片电阻应变片式传感器•结构1-敏感栅2-基片3-覆盖层4-引线l——应变片的基长，b——基宽•材料直径为0.025mm左右的康铜(wCu为57％、wNi为43％)或镍铬合金丝(wNi为80％、wCr为20％)阻值系列：60Ω、120Ω、350Ω、600Ω、1000Ω，以120Ω为最常用。电阻应变片式传感器工作原理电阻应变效应当金属丝在外力作用下产生机械变形时，其电阻值发生变化。LdLrdrLLdALRdALdAALdLAdR2微分电阻相对变化dAdALdLRdRdr2drLdLRdR整理2rA纵向应变rdr2dAd)21(RdR610电阻应变片式传感器工作原理d)21(RdR/d)21(R/dRK应变系数或灵敏度KRdR常数21R/dRdL/LR/dRK金属电阻丝的灵敏度一般在1.7～3.6左右。金属电阻应变系数二、半导体应变片压阻效应半导体单晶材料在沿某一方向受到外力作用时，电阻率会发生相应变化的现象称为压阻效应。d)21(RdR1-基片2-半导体3-导线4-接线片5-引出线EdRdR(1+2μ)ε很小ER/dRK灵敏度优点：灵敏度高，比金属应变片要高50～70倍，P型硅的灵敏度可达175。还有横向效应和机械滞后小、体积小等特点。•类型体型半导体应变片薄膜型半导体应变片扩散型半导体应变片λ压阻系数半导体应变片电阻值温度稳定性差因附加变形产生的电阻变化大灵敏系数温度稳定性差受拉应变和压应变时的K不一致输出量较大时，非线性严重600-1000με时非线性开始明显；1000με以上时非线性较大。半导体应变片灵敏度系数离散度大3%-5%局限性应变片主要参数和工作特性应变片尺寸阻值灵敏度系数K零点飘移热输出201101~丝式：3-5mm箔式：0.2-0.5mm最小尺寸：选片原则：试件测量部位大小；应变梯度；动态测试中栅长tionvibrsoundfva/特定条件：单向应力；轴线应力；材料一定，μ不变对已安装的应变片，在环境温度恒定，但无机械应变条件下，应变片指示应变随时间的变化。安装在线膨胀系数试件上，试件可以自由膨胀并不受外力作用，缓慢升（或降）温的均匀温度场内，温度变化引起的应变片指示应变。应变片主要参数和工作特性蠕变机械滞后应变极限横向效应系数绝缘电阻疲劳寿命最大工作电流标准：应变片承受应变为1000με时，经一小时应变片指示应变的变化量。对已安装的应变片，在环境温度恒定，加载和减载过程中同一载荷下应变片指示应变量大差值。电阻应变片式传感器应用位移传感器悬臂梁式位移传感器应变片式位移传感器1-测量头2-悬臂梁3-弹簧4-外壳5-测量杆6-调整螺母7-应变片电阻应变片式传感器应用直接把应变片贴在试件上:机器人适用于电子汽车衡、轨道衡和测力系统安装方便适用于电子吊秤配料秤．机改电等悬挂称重系统实验1：应变片的粘贴工艺表面清理划线应变片粘贴粘接层固化粘贴质量检验测量通断应变片和实践通断引线和试件间的绝缘电阻安装连接线连接端子、连接线检查应变片防护直流电阻电桥万用表兆欧表502胶无水乙醇如何评价应变片粘贴工艺对粘接剂要求强度固化过程变形小固化后不吸潮绝缘阻值高蠕变和滞后小工艺性能长期储存粘贴质量要求粘贴牢固胶层薄而均匀绝缘性好蠕变小