應(yīng)變片的自補(bǔ)償法

1、會計(jì)學(xué)1應(yīng)變片的自補(bǔ)償法應(yīng)變片的自補(bǔ)償法3.1 彈性敏感元件彈性敏感元件3.2 電阻應(yīng)變片的工作原理電阻應(yīng)變片的工作原理3.3 應(yīng)變片的種類應(yīng)變片的種類3.4 電阻應(yīng)變片的特性電阻應(yīng)變片的特性3.5 電阻應(yīng)變片的測量電路電阻應(yīng)變片的測量電路3.6 應(yīng)變式傳感器的應(yīng)用應(yīng)變式傳感器的應(yīng)用SFldlEldlrdr二、二、 常見的彈性敏感元件常見的彈性敏感元件變換力的彈性敏感元件變換力的彈性敏感元件常見的彈性敏感元件常見的彈性敏感元件變換壓力的彈性敏感元件變換壓力的彈性敏感元件應(yīng)變式荷重傳感器的外形及應(yīng)變片的粘貼位置應(yīng)變式荷重傳感器的外形及應(yīng)變片的粘貼位置4.3 電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器 FR

2、1R4R2固定點(diǎn)固定點(diǎn)F電纜電纜F固定點(diǎn)固定點(diǎn)電纜電纜等截面懸臂梁等截面懸臂梁EbhFL206等截面懸臂梁等截面懸臂梁LL0bh等強(qiáng)度懸臂梁等強(qiáng)度懸臂梁EbhFL26等強(qiáng)度懸臂梁等強(qiáng)度懸臂梁b0bLh3.2 電阻應(yīng)變片的工作原理電阻應(yīng)變片的工作原理 電阻應(yīng)變片的工作原理是基于應(yīng)變效應(yīng)，即導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料電阻應(yīng)變片的工作原理是基于應(yīng)變效應(yīng)，即導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料在外界力的作用下產(chǎn)生機(jī)械變形時，其電阻值相應(yīng)發(fā)生變化，在外界力的作用下產(chǎn)生機(jī)械變形時，其電阻值相應(yīng)發(fā)生變化， 這種這種現(xiàn)象稱為現(xiàn)象稱為“應(yīng)變效應(yīng)應(yīng)變效應(yīng)”。 AlR 電阻絲的電阻率；電阻絲的電阻率； l 電阻絲的長度；電阻絲的長度； A 電阻

3、絲的截面積。電阻絲的截面積。 FlrrlF金屬電阻絲應(yīng)變效應(yīng)金屬電阻絲應(yīng)變效應(yīng) 金屬電阻絲未受力時的電阻為金屬電阻絲未受力時的電阻為電阻絲受到拉力電阻絲受到拉力F作用時作用時dAdAldlRdR其中：其中：ldlrdrAdA2r為電阻絲的半徑為電阻絲的半徑為電阻絲材料的為電阻絲材料的泊松比泊松比E為半導(dǎo)體材料的彈性模量為半導(dǎo)體材料的彈性模量ldlrdrdRdR)21 ( )()(2121半導(dǎo)體金屬EdRdRK電阻絲的靈敏系數(shù)電阻絲的靈敏系數(shù)（半導(dǎo)體）Ed為半導(dǎo)體的壓阻系數(shù)AlR半導(dǎo)體應(yīng)變片與金屬電阻應(yīng)變片相比：靈敏度高，溫度系數(shù)大，非線性嚴(yán)重半導(dǎo)體應(yīng)變片與金屬電阻應(yīng)變片相比：靈敏度高，溫度系數(shù)

4、大，非線性嚴(yán)重。1、金屬電阻應(yīng)變片的種類、金屬電阻應(yīng)變片的種類 絲式電阻應(yīng)變片絲式電阻應(yīng)變片：敏感柵由直徑：敏感柵由直徑0.010.05mm的電的電阻絲平行排列而成。阻絲平行排列而成。箔式電阻應(yīng)變片箔式電阻應(yīng)變片：敏感柵是利用光刻、腐蝕等工藝：敏感柵是利用光刻、腐蝕等工藝制成的一種很薄的金屬箔柵。制成的一種很薄的金屬箔柵。3.3 應(yīng)變片的種類應(yīng)變片的種類金屬絲式電阻應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)金屬絲式電阻應(yīng)變片的結(jié)構(gòu) 引 線覆 蓋 層基 片電 阻 絲 式 敏 感 柵lb絲式電阻應(yīng)變片絲式電阻應(yīng)變片金屬絲式電阻應(yīng)變片由敏感柵金屬絲式電阻應(yīng)變片由敏感柵、基片、覆蓋層、粘合層和引、基片、覆蓋層、粘合層和引線等組成。

5、線等組成。敏感柵由直徑敏感柵由直徑0.010.05mm的的具有很高電阻率的金屬細(xì)絲平具有很高電阻率的金屬細(xì)絲平行排列而成。常用的電阻絲材行排列而成。常用的電阻絲材料有銅鎳（康銅）合金、鎳鉻料有銅鎳（康銅）合金、鎳鉻合金、鉑、鉑鉻合金、鉑鎢合合金、鉑、鉑鉻合金、鉑鎢合金、卡瑪絲等。金、卡瑪絲等。根據(jù)基片和覆蓋層的材質(zhì)不同根據(jù)基片和覆蓋層的材質(zhì)不同可以分為紙基和膠基等?？梢苑譃榧埢湍z基等。引線常用直徑為引線常用直徑為0.100.15mm的鍍錫銅線，并與敏感柵兩輸?shù)腻冨a銅線，并與敏感柵兩輸出端焊接。出端焊接。l柵長柵長b基寬基寬箔式電阻應(yīng)變片箔式電阻應(yīng)變片箔式電阻應(yīng)變片的敏感柵是利用光刻、腐蝕等工

6、藝制成的一種很薄的箔式電阻應(yīng)變片的敏感柵是利用光刻、腐蝕等工藝制成的一種很薄的金屬箔柵，金屬箔柵， 其厚度一般為其厚度一般為0.0030.01mm，可制成各種形狀的敏感柵，可制成各種形狀的敏感柵（即應(yīng)變花）。（即應(yīng)變花）。優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：1、制造工藝能保證線柵的尺寸正確線條均勻，大批生產(chǎn)時電阻值離、制造工藝能保證線柵的尺寸正確線條均勻，大批生產(chǎn)時電阻值離散度小，能制成任意形狀以適應(yīng)不同的測量要求。電阻線柵的基長可散度小，能制成任意形狀以適應(yīng)不同的測量要求。電阻線柵的基長可以做得很小，以適用于應(yīng)變梯度大的場合。以做得很小，以適用于應(yīng)變梯度大的場合。2、橫向效應(yīng)很小。、橫向效應(yīng)很小。3、表面積和截面積

7、之比大，、表面積和截面積之比大， 散熱性能好，允許通過的電流較大。散熱性能好，允許通過的電流較大。4、柔性好，蠕變小，疲勞壽命長。、柔性好，蠕變小，疲勞壽命長。5、生產(chǎn)效率高，便于實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)工藝自動化。、生產(chǎn)效率高，便于實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)工藝自動化。電阻應(yīng)變片的型號包括內(nèi)容如下：類別、基底材料種類、標(biāo)準(zhǔn)電阻應(yīng)變片的型號包括內(nèi)容如下：類別、基底材料種類、標(biāo)準(zhǔn)電阻電阻-敏感柵長度、敏感敏感柵長度、敏感柵結(jié)構(gòu)形式、極限工作溫度、自補(bǔ)償代號（溫度和蠕變補(bǔ)償）及接線方式。柵結(jié)構(gòu)形式、極限工作溫度、自補(bǔ)償代號（溫度和蠕變補(bǔ)償）及接線方式。如如B F 350 - 3 AA 80 （23） N6 X的含義是：的含義是：

8、B:表示應(yīng)變計(jì)類別表示應(yīng)變計(jì)類別(B:箔式箔式;T:特殊用途特殊用途;Z:專用專用(特指卡瑪箔特指卡瑪箔)； F:表示基底材料種類表示基底材料種類(B:玻璃纖維增強(qiáng)合成樹脂玻璃纖維增強(qiáng)合成樹脂;F:改性酚醛改性酚醛;A:聚酰亞胺聚酰亞胺;E:酚醛酚醛-縮醛縮醛;Q:紙浸膠紙浸膠;J:聚氨酯聚氨酯)； 350:表示應(yīng)變計(jì)標(biāo)準(zhǔn)電阻；表示應(yīng)變計(jì)標(biāo)準(zhǔn)電阻； 3：表示敏感柵長度（：表示敏感柵長度（mm）；）； AA：表示敏感柵結(jié)構(gòu)形式；：表示敏感柵結(jié)構(gòu)形式； 80：表示極限工作溫度（：表示極限工作溫度（）；）； 23：表示溫度自補(bǔ)償或彈性模量自補(bǔ)償代號：表示溫度自補(bǔ)償或彈性模量自補(bǔ)償代號(9:用于鈦合金

9、用于鈦合金; M23:用于鋁合金用于鋁合金;11:用于用于合金鋼、馬氏體不銹鋼和沉淀硬化型不銹鋼合金鋼、馬氏體不銹鋼和沉淀硬化型不銹鋼;16:用于奧氏體不銹鋼和銅基材料用于奧氏體不銹鋼和銅基材料;23:用于鋁用于鋁合金合金;27:用于鎂合金用于鎂合金;)； N6：表示蠕變自補(bǔ)償標(biāo)號：表示蠕變自補(bǔ)償標(biāo)號(蠕變標(biāo)號蠕變標(biāo)號:T8，T6，T4，T2，T0，T1,T3,T5,N2，N4，N6，N8，N0，N1，N3，N5，N7，N9)； X：表示接線方式：表示接線方式(X:標(biāo)準(zhǔn)引線焊接方式標(biāo)準(zhǔn)引線焊接方式;D:點(diǎn)焊點(diǎn)點(diǎn)焊點(diǎn);C:焊端敞開式焊端敞開式;U:完全敞開式，焊引完全敞開式，焊引線線;F:完全敞

10、開式，不焊引線；完全敞開式，不焊引線；X*:特殊要求焊圓引線，特殊要求焊圓引線，*表示引線長度；表示引線長度；BX*：特殊要：特殊要求焊扁引線，求焊扁引線，*表示引線長度；表示引線長度；Q*: 焊接漆包線，焊接漆包線，*表示引線長度；表示引線長度；G*:焊接高溫引線，焊接高溫引線，*表示引線長度表示引線長度)。電阻應(yīng)變片型號的編排規(guī)則電阻應(yīng)變片型號的編排規(guī)則對金屬電阻絲材料應(yīng)有如下要求：對金屬電阻絲材料應(yīng)有如下要求： 靈敏系數(shù)大，靈敏系數(shù)大， 且在相當(dāng)大的應(yīng)變范圍內(nèi)保持常數(shù)；且在相當(dāng)大的應(yīng)變范圍內(nèi)保持常數(shù)； 值大，即在同樣長度、同樣橫截面積的電阻絲中具有較大的電阻值；值大，即在同樣長度、同樣橫

11、截面積的電阻絲中具有較大的電阻值； 電阻溫度系數(shù)小，否則因環(huán)境溫度變化也會改變其阻值；電阻溫度系數(shù)小，否則因環(huán)境溫度變化也會改變其阻值； 與銅線的焊接性能好，與銅線的焊接性能好， 與其它金屬的接觸電勢小；與其它金屬的接觸電勢??； 機(jī)械強(qiáng)度高，機(jī)械強(qiáng)度高， 具有優(yōu)良的機(jī)械加工性能。具有優(yōu)良的機(jī)械加工性能?？点~康銅是目前應(yīng)用最廣泛的應(yīng)變絲材料是目前應(yīng)用最廣泛的應(yīng)變絲材料.2 金屬電阻應(yīng)變片的材料金屬電阻應(yīng)變片的材料3.4 電阻應(yīng)變片的特性電阻應(yīng)變片的特性 1、幾何尺寸、幾何尺寸2、電阻值、電阻值3、靈敏系數(shù)、靈敏系數(shù)4、橫向效應(yīng)、橫向效應(yīng)5、絕緣電阻、絕緣電阻6、最大工作電流、最大工作電流7、動態(tài)

12、響應(yīng)特性、動態(tài)響應(yīng)特性8、應(yīng)變片的溫度誤差及補(bǔ)償、應(yīng)變片的溫度誤差及補(bǔ)償1、幾何尺寸、幾何尺寸幾何尺寸表明應(yīng)變片敏感柵的有效工作面積幾何尺寸表明應(yīng)變片敏感柵的有效工作面積b l。柵長柵長l是應(yīng)變片敏感柵在其軸線方向的長度。是應(yīng)變片敏感柵在其軸線方向的長度?；鶎捇鶎抌 是在與應(yīng)變片軸線相垂直的方向上敏感柵最外側(cè)之間的距離。是在與應(yīng)變片軸線相垂直的方向上敏感柵最外側(cè)之間的距離。應(yīng)變片所測得的應(yīng)變，是被測構(gòu)件在基長內(nèi)的平均應(yīng)變值。目前應(yīng)變片最小應(yīng)變片所測得的應(yīng)變，是被測構(gòu)件在基長內(nèi)的平均應(yīng)變值。目前應(yīng)變片最小基長為基長為0.2mm，最長達(dá)，最長達(dá)300mm。一般生產(chǎn)廠家都有一個應(yīng)變片基長系列。一般生

13、產(chǎn)廠家都有一個應(yīng)變片基長系列供選用。供選用。2、電阻值、電阻值電阻值電阻值R是指應(yīng)變片沒有粘貼也不受力時，在室溫下測定的電阻值。是指應(yīng)變片沒有粘貼也不受力時，在室溫下測定的電阻值。應(yīng)變片電阻值也有一個系列，如應(yīng)變片電阻值也有一個系列，如60、120120、250250、350350、600600、10001000，其中以，其中以120120最為常用。最為常用。阻值大，承受電壓大，輸出信號大，但同時敏感柵尺寸也大。阻值大，承受電壓大，輸出信號大，但同時敏感柵尺寸也大。 當(dāng)具有初始電阻值R的應(yīng)變片粘貼于試件表面時，試件受力引起的表面應(yīng)變，將傳遞給應(yīng)變片的敏感柵，使其產(chǎn)生電阻相對變化R/R。 KRR

14、式中， 為應(yīng)變片的軸向應(yīng)變。 定義 K=(R/R)/為應(yīng)變片的靈敏系數(shù)為應(yīng)變片的靈敏系數(shù)。由于由于橫向效應(yīng)橫向效應(yīng)， K5時：R2上的應(yīng)變?yōu)榱?，上的?yīng)變?yōu)榱?，可用作溫度補(bǔ)償片可用作溫度補(bǔ)償片。等強(qiáng)度梁的截面成等腰三角形，集中等強(qiáng)度梁的截面成等腰三角形，集中力作用在三角形頂點(diǎn)，梁內(nèi)各橫截力作用在三角形頂點(diǎn)，梁內(nèi)各橫截面產(chǎn)生的應(yīng)力是相等的，表面上任意面產(chǎn)生的應(yīng)力是相等的，表面上任意位置的應(yīng)變也相等，因此稱為等強(qiáng)度位置的應(yīng)變也相等，因此稱為等強(qiáng)度梁。梁的各點(diǎn)由于應(yīng)變相等，故粘貼梁。梁的各點(diǎn)由于應(yīng)變相等，故粘貼應(yīng)變片的位置要求不嚴(yán)格。應(yīng)變片的位置要求不嚴(yán)格。 3、懸臂梁式力傳感器、懸臂梁式力傳感器懸臂

15、梁式力傳感器的靈敏度比等截面軸及圓環(huán)高，可用于較小力的測量懸臂梁式力傳感器的靈敏度比等截面軸及圓環(huán)高，可用于較小力的測量。電子秤電子秤4、應(yīng)變式壓力傳感器、應(yīng)變式壓力傳感器應(yīng)變式壓力傳感器大多采用膜片式或筒式彈性元件。應(yīng)變式壓力傳感器大多采用膜片式或筒式彈性元件。EhxRpEhxRptr222222228)(1 (38)3)(1 (3切向應(yīng)變徑向應(yīng)變trxhRpR2R1R4R3rt(a)(b)maxmaxmax200rrttrRxx，時，當(dāng)時，當(dāng)5、應(yīng)變式容器內(nèi)液體重量（液位）傳感器、應(yīng)變式容器內(nèi)液體重量（液位）傳感器應(yīng)變片容器內(nèi)液體重量傳感器應(yīng)變片容器內(nèi)液體重量傳感器Uo=U1-U2=(K1

16、-K2)hg AQghAQKKUo)(21K1，K2為傳感器傳輸系數(shù)Q容器內(nèi)感壓膜上面溶液的重量A柱形容器的截面積。電阻應(yīng)變式加速度傳感器結(jié)構(gòu)圖 32141等強(qiáng)度梁；2質(zhì)量塊；3殼體；4電阻應(yīng)變敏感元體6、應(yīng)變式加速度傳感器、應(yīng)變式加速度傳感器 傳感器殼體與被測對象剛性連接，當(dāng)被測物體以加速度a 運(yùn)動時，質(zhì)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(yīng)變片感受到并隨之產(chǎn)生應(yīng)變，從而使應(yīng)變片的電阻發(fā)生變化。 電阻的變化引起應(yīng)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。應(yīng)變片加速度傳感器不適用于頻率較高的振動和沖擊場合， 一般適用頻率為

17、1060 Hz范圍。 電阻應(yīng)變儀電阻應(yīng)變儀下圖所示的靜態(tài)應(yīng)變儀測量范圍：下圖所示的靜態(tài)應(yīng)變儀測量范圍：下圖所示的靜態(tài)應(yīng)變儀測量范圍：下圖所示的靜態(tài)應(yīng)變儀測量范圍：1999919999；分辨率：分辨率：分辨率：分辨率： 1 1；電橋電壓：直流電橋電壓：直流電橋電壓：直流電橋電壓：直流2.52.5V V；應(yīng)變片：應(yīng)變片：應(yīng)變片：應(yīng)變片：120120或其他阻值；或其他阻值；或其他阻值；或其他阻值； 測量點(diǎn)數(shù)：測量點(diǎn)數(shù)：測量點(diǎn)數(shù)：測量點(diǎn)數(shù)：8/168/16點(diǎn)；點(diǎn)；點(diǎn)；點(diǎn)；材料應(yīng)變的測量材料應(yīng)變的測量斜拉橋上的斜拉斜拉橋上的斜拉繩應(yīng)變測試?yán)K應(yīng)變測試第第60頁，第頁，第6題、第題、第7題。題。電阻絲受到拉

18、力電阻絲受到拉力F作用時作用時dAdAldlRdR其中：其中：ldlrdrAdA2r為電阻絲的半徑為電阻絲的半徑為電阻絲材料的為電阻絲材料的泊松比泊松比E為半導(dǎo)體材料的彈性模量為半導(dǎo)體材料的彈性模量ldlrdrdRdR)21 ( )()(2121半導(dǎo)體金屬EdRdRK電阻絲的靈敏系數(shù)電阻絲的靈敏系數(shù)（半導(dǎo)體）Ed為半導(dǎo)體的壓阻系數(shù)AlR半導(dǎo)體應(yīng)變片與金屬電阻應(yīng)變片相比：靈敏度高，溫度系數(shù)大，非線性嚴(yán)重半導(dǎo)體應(yīng)變片與金屬電阻應(yīng)變片相比：靈敏度高，溫度系數(shù)大，非線性嚴(yán)重。箔式電阻應(yīng)變片箔式電阻應(yīng)變片箔式電阻應(yīng)變片的敏感柵是利用光刻、腐蝕等工藝制成的一種很薄的箔式電阻應(yīng)變片的敏感柵是利用光刻、腐蝕等

19、工藝制成的一種很薄的金屬箔柵，金屬箔柵， 其厚度一般為其厚度一般為0.0030.01mm，可制成各種形狀的敏感柵，可制成各種形狀的敏感柵（即應(yīng)變花）。（即應(yīng)變花）。優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：1、制造工藝能保證線柵的尺寸正確線條均勻，大批生產(chǎn)時電阻值離、制造工藝能保證線柵的尺寸正確線條均勻，大批生產(chǎn)時電阻值離散度小，能制成任意形狀以適應(yīng)不同的測量要求。電阻線柵的基長可散度小，能制成任意形狀以適應(yīng)不同的測量要求。電阻線柵的基長可以做得很小，以適用于應(yīng)變梯度大的場合。以做得很小，以適用于應(yīng)變梯度大的場合。2、橫向效應(yīng)很小。、橫向效應(yīng)很小。3、表面積和截面積之比大，、表面積和截面積之比大， 散熱性能好，允許通過的電

20、流較大。散熱性能好，允許通過的電流較大。4、柔性好，蠕變小，疲勞壽命長。、柔性好，蠕變小，疲勞壽命長。5、生產(chǎn)效率高，便于實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)工藝自動化。、生產(chǎn)效率高，便于實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)工藝自動化。 應(yīng)變片絕緣電阻是指已粘貼的應(yīng)變片的引線與被測件之間的電阻值應(yīng)變片絕緣電阻是指已粘貼的應(yīng)變片的引線與被測件之間的電阻值Rm。通常要求通常要求Rm在在50100 M以上。以上。5、絕緣電阻、絕緣電阻 為了減小和克服非線性誤差，常采用差動為了減小和克服非線性誤差，常采用差動電橋如圖所示，電橋如圖所示， 在試件上安裝兩個工作應(yīng)變片在試件上安裝兩個工作應(yīng)變片，一個受拉應(yīng)變，一個受壓應(yīng)變，一個受拉應(yīng)變，一個受壓應(yīng)變， 接入電橋

21、相接入電橋相鄰橋臂，稱為鄰橋臂，稱為半橋差動電路半橋差動電路。 該電橋的輸出電該電橋的輸出電壓為：壓為： 433221111RRRRRRRRREUo若若R1=R2，R1=R2，R3=R4，則得，則得 可知，可知，Uo與與R1/R1成線性關(guān)系，差動電橋無非線性誤差，而且電成線性關(guān)系，差動電橋無非線性誤差，而且電橋電壓靈敏度是單臂工作時的兩倍，同時還具有溫度補(bǔ)償作用。橋電壓靈敏度是單臂工作時的兩倍，同時還具有溫度補(bǔ)償作用。 R1 R1R4R3ACBEDR2 R2Uo(a)R1 R1ACBEDR2 R2Uo(b)R3 R3R4 R4半橋差動電路半橋差動電路半橋差動電路半橋差動電路2211EKRREUUo 根據(jù)直流電橋分析可知，由于應(yīng)變電橋輸出電根據(jù)直流電橋分析可知，由于應(yīng)變電橋輸出電壓很小，一般都要加放大器，而直流放大器易于產(chǎn)壓很小，一般都要加放大器，而直流放大器易于產(chǎn)生零漂，因此應(yīng)變電橋多采用交流電橋。生零漂，因此應(yīng)變電橋多采用交流電橋。 如圖為半橋差動交流電橋的一般形式，如圖為半橋差動交流電橋的一般形式， 為交為交流電壓源，由于供橋電源為交流電源，引線分布電