傳感器及實(shí)用檢測技術(shù)（第三版）應(yīng)變片傳感器

應(yīng)變片傳感器電阻應(yīng)變式傳感器01

壓電式傳感器02

電容式傳感器03內(nèi)容提要一、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)簡單

6.可靠性好、穩(wěn)定性高

7.測量電路：橋式

8.測量精度高

9.壽命長

10.抗干擾能力差、非線性提問：什么是力？力是改變物體狀態(tài)的根本原因二、應(yīng)變效應(yīng)——工作原理應(yīng)變變化應(yīng)力（微觀力）1.理論基礎(chǔ)在彈性限內(nèi)，金屬絲沿長度方向伸長時(shí)，徑向尺寸縮小，反之亦然。軸向應(yīng)變εt與徑向應(yīng)變εr有以下關(guān)系：εr=-μεt。材料的泊松比定律對半導(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。半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)金屬導(dǎo)線的電阻值與其導(dǎo)線長度l成正比而與導(dǎo)線截面積s成反比，即金屬導(dǎo)體電阻定律2.應(yīng)變效應(yīng)分析由公式分析

可知，電阻相對變化量由兩項(xiàng)組成，一是由產(chǎn)生應(yīng)變的材料幾何尺寸的變化引起的；二是由電阻率變化引起的，對金屬系主要為前一項(xiàng)，對半導(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。（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，蠕變?。簧a(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。金屬箔式應(yīng)變片因其一系列優(yōu)點(diǎn)而將逐漸取代絲式應(yīng)變片，并占主要地位。2.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。一般用于制造的應(yīng)變片的金屬細(xì)絲直徑為0.015~0.05mm，電阻應(yīng)變片的阻值為60Ω、120Ω、200Ω等各種規(guī)格，以120Ω最為常用。應(yīng)變片柵長大小關(guān)系到所測應(yīng)變的準(zhǔn)確度，柵長有100mm、200mm及1mm、0.5mm、0.2mm等規(guī)格。（2）基底、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和相對位置，還可以保護(hù)敏感柵。最早的基底和蓋片多用專門的薄紙制成，基底厚度一般為0.02~0.04mm（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。（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。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。若使此電橋平衡，即，只要。一般我們?nèi)〖纯蓪?shí)現(xiàn)?，F(xiàn)將換成電阻應(yīng)變片，即組成半橋單臂電橋，隨構(gòu)件產(chǎn)生應(yīng)變造成傳感器電阻變化時(shí)，則因?yàn)椤鱎<<R,所以電壓靈敏度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

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(包括被測試件的溫度)影響很大。從而產(chǎn)生很大的測量誤差，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)；電阻絲材料與測試材料的線膨脹系數(shù)不同。

不是補(bǔ)償溫度值，而是補(bǔ)償在溫度影響