应变片传感器课件.pptx

1、1232.1.1 2.1.1 应变效应应变效应2.1.2 2.1.2 应变片的分类应变片的分类2.1.3 2.1.3 应变片的粘贴技术应变片的粘贴技术42.1.1 2.1.1 应变效应应变效应567 dAdAldlRdR ALR8 222rdrrrdrAdA dAdAldlRdRAdAldl9ldlrdr yx xdllydrr102rA yx 12xxd 12 xd dRdldAdRlA 11xdRR 12xxddRR 12x xdRKR dlKl12310 x 13应力应力- -应变应变关系：关系：xdRKR E应变片测试原理应变片测试原理RF应应变变- -电阻电阻关系：关系：RSF14d

2、RdlKRldRdR 2.1.2 2.1.2 应变片的分类应变片的分类15 金属丝式应变片金属丝式应变片使用最早，但由于金属使用最早，但由于金属丝式应变片蠕变较大，金属丝易脱胶，有逐丝式应变片蠕变较大，金属丝易脱胶，有逐渐被箔式所取代的趋势。但其价格便宜，多渐被箔式所取代的趋势。但其价格便宜，多用于要求不高的应变、应力的大批量、一次用于要求不高的应变、应力的大批量、一次性试验。性试验。16lb17 箔式应变片箔式应变片与片基的接触面积大得多，散热条与片基的接触面积大得多，散热条件较好，在长时间测量时的蠕变较小，一致性较好，件较好，在长时间测量时的蠕变较小，一致性较好，能将温度影响减小到最小的程

3、度，适合于大批量生能将温度影响减小到最小的程度，适合于大批量生产，目前已用于各种应变式传感器的制造中。产，目前已用于各种应变式传感器的制造中。应用较多应用较多图图2-2 箔式应变片箔式应变片18 金属薄膜应变片金属薄膜应变片主要是采用真空蒸主要是采用真空蒸镀技术，在薄的绝缘基片上蒸镀上金属镀技术，在薄的绝缘基片上蒸镀上金属材料薄膜，最后加保护层形成，它是近材料薄膜，最后加保护层形成，它是近年来薄膜技术发展的产物。年来薄膜技术发展的产物。19 半导体应变片是用半导体材料作敏感栅而半导体应变片是用半导体材料作敏感栅而制成的。当它受力时，电阻率随应力的变化而制成的。当它受力时，电阻率随应力的变化而变

4、化。它的主要优点是灵敏度高，主要缺点是变化。它的主要优点是灵敏度高，主要缺点是灵敏度的一致性差、温漂大、电阻与应变间非灵敏度的一致性差、温漂大、电阻与应变间非线性严重，使用时需采用温度补偿和非线性补线性严重，使用时需采用温度补偿和非线性补偿措施。偿措施。20 )21xRR（21 xllE xlERR)21（22ERRKlxB23应变片主要性能指标举例应变片主要性能指标举例 上表中，哪几个型号是半导体应变片？依据上表中，哪几个型号是半导体应变片？依据是什么？是什么？ 241 1、去污：、去污： 采用手持砂轮工采用手持砂轮工具除去构件表面的具除去构件表面的油污、漆、锈斑等，油污、漆、锈斑等，并用细

5、纱布交叉打并用细纱布交叉打磨出细纹以增加粘磨出细纹以增加粘贴力贴力 ，用浸有酒精，用浸有酒精或丙酮的纱布片或或丙酮的纱布片或脱脂棉球擦洗。脱脂棉球擦洗。2.1.3 2.1.3 电阻应变片的粘贴技术电阻应变片的粘贴技术252 2、贴片：、贴片： 在应变片的表在应变片的表面和处理过的粘贴面和处理过的粘贴表面上，各涂一层表面上，各涂一层均匀的粘贴胶均匀的粘贴胶 ，用，用镊子将应变片放上镊子将应变片放上去，并调好位置，去，并调好位置，然后盖上塑料薄膜，然后盖上塑料薄膜，用手指揉和滚压，用手指揉和滚压，排出下面的气泡排出下面的气泡 。26 3 3、测量、测量 ： 从分开的端子从分开的端子处，预先用万用处

6、，预先用万用表测量应变片的表测量应变片的电阻，发现端子电阻，发现端子折断和坏的应变折断和坏的应变片。片。274 4、焊接：、焊接： 将引线和端子将引线和端子用烙铁焊接起来，用烙铁焊接起来，注意不要把端子注意不要把端子扯断。扯断。 285 5、固定：、固定： 焊接后用焊接后用胶布将引线和胶布将引线和被测对象固定被测对象固定在一起，防止在一起，防止损坏引线和应损坏引线和应变片。变片。292.2.1 2.2.1 基本特性基本特性2.2.2 2.2.2 灵敏度系数灵敏度系数2.2.3 2.2.3 横向效应横向效应2.2.4 2.2.4 动态特性动态特性30 1.1.应变片的电阻值应变片的电阻值(R(R

7、0 0) ) 应变片不受外力作用情况下应变片不受外力作用情况下, ,于室温条件于室温条件测定的电阻值测定的电阻值( (原始电阻值原始电阻值),),已标准化已标准化. .主要主要有有60,120,350,600,100060,120,350,600,1000 等各种规格，其中等各种规格，其中120 120 为最常使用。为最常使用。 2.2.绝缘电阻绝缘电阻 敏感栅与基底之间电阻值敏感栅与基底之间电阻值, ,一般应大于一般应大于101010 10 。 2.2.1 2.2.1 基本特性基本特性31 金属应变丝的电阻相对变化与它所感受的应变之间具金属应变丝的电阻相对变化与它所感受的应变之间具有线性关系

8、，用灵敏度系数有线性关系，用灵敏度系数K KS S表示。当金属丝做成应变片表示。当金属丝做成应变片后，其电阻后，其电阻应变特性与应变特性与金属单丝金属单丝情况不同。实验表明，情况不同。实验表明，金属应变片的电阻相对变化与应变金属应变片的电阻相对变化与应变在很宽的范围内均为在很宽的范围内均为线性关系。即线性关系。即: : K K为金属应变片的灵敏系数。为金属应变片的灵敏系数。 测量结果表明，应变片的灵敏系数测量结果表明，应变片的灵敏系数K K恒小于线材的灵敏系数恒小于线材的灵敏系数K KS S。原因主要是胶层传递变形失真及横向效应。原因主要是胶层传递变形失真及横向效应。 KRR RRK或2.2.

9、2 2.2.2 灵敏度系数灵敏度系数32 如果将如果将100100电阻应变片贴在弹性试件上，电阻应变片贴在弹性试件上，试件受力横截面积试件受力横截面积S S=0.5=0.51010- 4- 4m m2 2，弹性模量，弹性模量E E=2=210101111N/mN/m2 2, ,若有若有F F=5=510104 4N N的拉力引起应变片电的拉力引起应变片电阻变化为阻变化为1 1 。试求该应变片的灵敏系数。试求该应变片的灵敏系数。1001RRE005. 0102105 . 01051044ESF 2005. 0100/1/RRK例例2-1由题意得应变片电阻相对变化量由题意得应变片电阻相对变化量:

10、:解：解：根据材料力学理论可知：应变根据材料力学理论可知：应变SF（ ）故应变故应变: :应变片的灵敏数应变片的灵敏数33 将金属丝绕成敏感栅构成应变片后，在轴向单将金属丝绕成敏感栅构成应变片后，在轴向单向应力作用下，由于敏感栅向应力作用下，由于敏感栅“横栅段横栅段”（圆弧或（圆弧或直线）上的应变状态不同于敏感栅直线）上的应变状态不同于敏感栅“直线段直线段”上上的应变，使应变片敏感栅的电阻变化较相同长度的应变，使应变片敏感栅的电阻变化较相同长度直线金属丝在单向应力作用下的电阻变化小，因直线金属丝在单向应力作用下的电阻变化小，因此，灵敏系数有所降低，这种现象称为应变片的此，灵敏系数有所降低，这种

11、现象称为应变片的横向效应横向效应。如图。如图2-3所示。所示。图图2-3 横向效应横向效应 2.2.3 2.2.3 横向效应横向效应34 将应变片粘贴在受单向拉伸应力试件时，其电阻相对变化将应变片粘贴在受单向拉伸应力试件时，其电阻相对变化可表示为可表示为 (2-10) 当当 y=0时，可得轴向灵敏系数时，可得轴向灵敏系数 (2-11) 当当 x=0时，可得横向灵敏系数时，可得横向灵敏系数 (2-12) 横向灵敏系数与轴向灵敏系数的比值称为横向灵敏系数与轴向灵敏系数的比值称为横向效应系数横向效应系数H，H=Ky/ Kx由此式（由此式（3-10）可写为）可写为 (2-13) yyxxKKRRxxx

12、)RR(Kyyy)RR(KyxxHKRR35 应当指出，制造厂商在标定应变片的灵敏系数应当指出，制造厂商在标定应变片的灵敏系数K K时，是按规定的特定应变场（时，是按规定的特定应变场（单向应力场，单向应力场， =0.285=0.285）下进行的，标定出的）下进行的，标定出的K K值实际上也将横值实际上也将横向效应的影响包括在内，只要应变片在实际使用向效应的影响包括在内，只要应变片在实际使用时，符合特定条件（如平面应力状态，或试件的时，符合特定条件（如平面应力状态，或试件的 0.2850.285），则会引起一定的横向效应误差，需），则会引起一定的横向效应误差，需进行修正。进行修正。 36 应变测

13、试中，应变片的应变测试中，应变片的指示应变指示应变是敏是敏感栅覆盖面积下的轴向感栅覆盖面积下的轴向平均应变平均应变。 静态测试时，应变片能正确反映它所静态测试时，应变片能正确反映它所处受力试件内各点的应变；处受力试件内各点的应变； 动态测试时，应变是以应变波的形式动态测试时，应变是以应变波的形式沿应变片的敏感栅的长度方向传播，因沿应变片的敏感栅的长度方向传播，因而应变片反映的平均应变与瞬时应变有而应变片反映的平均应变与瞬时应变有一定差异，产生一定差异，产生动态误差动态误差。2.2.4 2.2.4 动态特性动态特性37一、受力试件内的受力试件内的应变波为阶跃变化应变波为阶跃变化时时(图图2-4(

14、a)，应变片对其响应如图应变片对其响应如图2-4(b)（理论响应）和图（理论响应）和图2-4(c)（实际响应）所示。（实际响应）所示。 响应特性用上升时间响应特性用上升时间t r表示表示 t r =0.8l/v 图图2-4 应变片对阶跃应变的响应特性应变片对阶跃应变的响应特性 38二、二、 受力试件内的受力试件内的应变波为正弦变化应变波为正弦变化时，考虑应变时，考虑应变波峰值处应变片波峰值处应变片(红色，长度红色，长度l0)的响应情况如图的响应情况如图2-5所示。所示。图图2-5 应变片对正弦应变波的响应特性与误差曲线应变片对正弦应变波的响应特性与误差曲线 0 01 1l lx xt tx x

15、39图图2-6 应变片对正弦应变波的误差曲线应变片对正弦应变波的误差曲线 40 利用频率利用频率f、波长、波长 和波速和波速v的关系的关系 v/f和和n= /l0 ，可得到应变波的频率与应变片基长的关系：可得到应变波的频率与应变片基长的关系： fv/nl0 当当n= /l0 =1020时，时， =1.6%0.4% -力力-位移位移 -应变片应变片-电阻电阻101第第2章章 内容提要和小结内容提要和小结 1 1掌握金属电阻应变片的结构、原理（电阻掌握金属电阻应变片的结构、原理（电阻- -应变效应，应变效应，K=( R/R)/ ）及特性：及特性： 2 2掌握电阻应变式传感器测量线路（直流惠掌握电阻

16、应变式传感器测量线路（直流惠斯通电桥）的结构形式（特别是差动结构）及特斯通电桥）的结构形式（特别是差动结构）及特点，一般情况下，电桥输出电压为点，一般情况下，电桥输出电压为: : /21RR21/21/RRK4321432144KURRRRRRRRUUiiO102第第3章章 内容提要和小结内容提要和小结 3. 3.掌握电阻应变式传感器的组成、应用及其掌握电阻应变式传感器的组成、应用及其分析方法；分析方法；弹性敏感元件弹性敏感元件 + +电阻应变片电阻应变片 电阻应变式传感器电阻应变式传感器 弹性敏感元件的应变弹性敏感元件的应变- -应力关系：应力关系： = /E； 弹性敏感元件的泊松比弹性敏感元件的泊松比 ： d/d=l/l=。 4.掌握压阻效应，了解半导体应变片的结构；掌握压阻效应，了解半导体应变片的结构；了解压阻传感器的应用。了解压阻传感器的应用。