第2章应变式传感器08,09电子信息工程

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第2章 应变式传感器12

2.1 2.2 2.3 2.4

工作原理 电阻应变片特性 电阻应变片的测量电路 应变式传感器应用

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本章：4学时

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2.1 工作原理 2.2 电阻应变片特性重点:1、应变式传感器的概念及工作原理 2、应变式传器输入与输出的关系 难点:1、应变式传感器的工作原理应变效应 2、电阻丝的灵敏度系数和应变片灵敏系数

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概述 电阻应变式传感器是利用电阻应变片将应变转 换为电阻变化的传感器。

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2.1 工作原理电阻应变片的工作原理是基于应变效应的， 即在导体产生机械变形时，它的电阻值相应发 生变化。

图2-1 金属电阻丝应变效应图

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2.1 工作原理 LS

R

(2 1)

当电阻丝受到拉力F作用时，将伸长 L ,横截面积 S 相应减小，电阻率 将因晶格发生变形等因 而改变，故引起电阻值变化.

经定量分析可得电阻的变化由两方面引起 1、电阻尺寸的变化 即 ll , 应变 2、电阻率的变化

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2.1 工作原理力学中 应力值σ正比于应变ε,而试件应变ε正比于电阻 值的变化，所以应力σ正比于电阻值的变化， 这就是利用应变片测量应力的基本原理。

E E:弹性模量，单位Kg/mm2工作原理小结 应变式传感器可将应变 的变化 ： 或应力 的变化转成电阻的变化 。

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2.2 电阻应变片特性2.2.1 电阻应变片的种类常用的应变片可分为两类：金属电阻应变 片和半导体电阻应变片。 电阻应变片R的变化主要由形变引起。 半导体应变片R的变化主要由电阻率的变化引起。

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2.2 电阻应变片特性半导体应变片的特点：灵敏度高，比金属丝式应 变片高50~80倍，尺寸小，横向效应小，动态 响应好。但它有温度系数大，应变时非线性比 较严重等缺点。 其工作原理是压阻效应，即受外力作用，电阻 率发生变化。

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2.2 电阻应变片特性 金属应变片由敏感栅、基片、覆盖层和引线 等部分组成，如图所示:

图2-2 金属电阻应变片的结构图

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2.2 电阻应变片特性 应变片是用粘合剂粘贴到被测件上的。 粘合剂形成的胶层必须准确迅速地将披测件的 应变传进到敏感栅上。 粘合剂的性能及粘贴工艺的质量直接影响着应 变片的工作特性，如零漂、蠕变、滞后、灵敏 系数，线性度以及它们受温度变化影响的程度。

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R k t R

2.2 电阻应变片特性1、输出与输入的关系 R k t R

k 应变片的灵敏系数 k 0 电阻丝的灵敏系数两者区别： 0 k ,只指对单一电阻丝

k ,粘在试件表面的应片变受力后的。两者关系：k k 0

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2.2 电阻应变片特性

2 、横向效应 将直的电阻丝绕成敏感栅后，虽然长度不变， 应变状态相同，但由于应变片敏感栅的电阻

变 化较小，因而其灵敏系数 k 较电阻丝的灵敏系 数k0 小，这种现象称为应变片的横向效应。

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2.2 电阻应变片特性 半圆弧段则受到从 t 到 t之间变化的应变圆 弧段电阻的变化将小于沿轴向安放的同样长度 电阻丝电阻的变化，所以k 值减小。 r 结论：为了减小横向效应产生的测量误差，现 在一般多采用箔式应变片。

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2.2 电阻应变片特性3、 应变片的温度误差及补偿1. 应变片的温度误差 当测量现场环境温度变化时，由于敏感栅温度 系数及栅丝与试件膨胀系数之差异性而给测量 带来的附加误差，称为应变片的温度误差。

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2.2 电阻应变片特性2.电阻应变片的温度补偿方法 电阻应变片的温度补偿方法通常有线路补偿法和 应变片自补偿两大类。 (1)线路补偿法 ● 电桥补偿是最常用的且效果较好的线路补偿法。

图2-10电桥补偿法的原理图

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2.2 电阻应变片特性●应当指出，若实现完全补偿，上述分析过程必

须满足四个条件： ① 在应变片工作过程中，保证 R3 R4。 ② R1 和R B两个应变片应具有相同的电阻温度系 数α,线膨胀系数β,应变灵敏度系数 k 和初始电 阻值R0 。 ③ 粘贴补偿片的补偿块材料和粘贴工作片的被 测试件材料必须一样，两者线膨胀系数相同。 ④两应变片应处于同一温度场。