传感器原理 电阻应变式传感器PPT讲稿.ppt
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1、传感器原理 电阻应变式传感器第1页,共60页,编辑于2022年,星期三 导体或半导体材料在外界力的作用下,会产导体或半导体材料在外界力的作用下,会产生机械变形,其电阻值也将随着发生变化,这种生机械变形,其电阻值也将随着发生变化,这种现象称为应变效应。现象称为应变效应。一、应变效应一、应变效应第2页,共60页,编辑于2022年,星期三 电阻应变式传感器电阻应变式传感器 电阻应变式传感器是一种电阻应变式传感器是一种电阻传感器电阻传感器,它主要由它主要由弹性敏感元件、弹性敏感元件、电阻应变片电阻应变片 测量转换电路测量转换电路组成。组成。利用电阻应变式传感器可以测量利用电阻应变式传感器可以测量力、位
2、移、力、位移、形变、加速度形变、加速度等参数。等参数。第3页,共60页,编辑于2022年,星期三图2-3 电子秤中的应变式电阻传感器 第4页,共60页,编辑于2022年,星期三一、弹性敏感元件弹性敏感元件是一种在力的作用下产生变形,当力消失后能恢复成原来状态的元件,是电阻式传感器的敏感元件。它通过与被测物件接触,能直接感受到被测的量的变化。因而在传感器中占有非常重要的地位,其质量的优劣直接影响应变式电阻传感器的性能和测量精度。第5页,共60页,编辑于2022年,星期三1力敏感元件力弹性敏感元件大都采用等截面柱式、等截面薄板、悬臂梁及轴状等结构。图所示为几种常见的力敏感元件。图 几种常见的力敏感
3、元件 第6页,共60页,编辑于2022年,星期三2压力敏感元件常见的压力弹性敏感元件有弹簧管、波纹管、膜盒、薄壁半球和薄壁圆管等。压力敏感元件可以把液体或气体产生的压力转换为位移量输出。下图所示为几种常见的压力弹性敏感元件。第7页,共60页,编辑于2022年,星期三 认识几个弹性敏感元件认识几个弹性敏感元件 金属波纹管 第8页,共60页,编辑于2022年,星期三第9页,共60页,编辑于2022年,星期三 金属丝受拉时,金属丝受拉时,l变长、变长、r变小,导致变小,导致R变大变大。第10页,共60页,编辑于2022年,星期三二、电阻应变式传感器二、电阻应变式传感器-应变片应变片 电阻应变片工作原
4、理是基于金属导体电阻应变片工作原理是基于金属导体的应变效应,即金属导体在外力作用下发的应变效应,即金属导体在外力作用下发生机械变形时,其电阻值随着所受机械变生机械变形时,其电阻值随着所受机械变形形(伸长或缩短伸长或缩短)的变化而发生变化的现象。的变化而发生变化的现象。第11页,共60页,编辑于2022年,星期三1.电阻应变片的结构图2-4 电阻应变片的结构第12页,共60页,编辑于2022年,星期三应变片用于测量力应变片用于测量力F的计算公式:的计算公式:当沿金属丝的长度方向施加均匀力时,上式中当沿金属丝的长度方向施加均匀力时,上式中、r、l都将发生变化,导致电阻值发生变化。实验证明,都将发生
5、变化,导致电阻值发生变化。实验证明,电阻应变片的电阻应变电阻应变片的电阻应变R=R/R与电阻应变片的纵向应与电阻应变片的纵向应变变x的关系在很大范围内是线性的,即的关系在很大范围内是线性的,即第13页,共60页,编辑于2022年,星期三 对对于于不不同同的的金金属属材材料料,K 略略微微不不同同,一一般般为为2左左右右。而而对对半半导导体体材材料料而而言言,由由于于其其感感受受到到应应变变时时,电电阻阻率率 会会产产生生很很大大的的变变化化,所所以以灵灵敏敏度度比比金金属属材材料料大大几几十十倍倍。在在材材料料力力学学中中,x称称为为电电阻阻丝丝的的轴轴向向应应变变,也也称称纵纵向向应应变变,
6、是是量量纲纲为为1的的数数。x通通常常很很小小,常常用用10-6表表示示之之。例例如如,当当 x为为0.000001时时,在在工工程程中中常常表表示示为为1 10-6或或 m/m。在在应应变变测测量量中中,也也常将之称为微应变常将之称为微应变()。对金属材料而言,当它受力之后所产生的轴向应变对金属材料而言,当它受力之后所产生的轴向应变最好不要大于最好不要大于1 10-3,即,即1000 m/m,否则有可能超过材料,否则有可能超过材料的极限强度而导致断裂。的极限强度而导致断裂。第14页,共60页,编辑于2022年,星期三2、结构类型与粘贴、结构类型与粘贴金属应变片金属应变片 半导体应变片半导体应
7、变片 金属丝式金属丝式 箔式箔式薄膜式薄膜式1)结构类型)结构类型第15页,共60页,编辑于2022年,星期三lbl称应变片的称应变片的 标距或工作基长标距或工作基长b称应变片的称应变片的 工作宽度工作宽度b*l称应变片的规格称应变片的规格(1)金属丝式)金属丝式第16页,共60页,编辑于2022年,星期三金属金属丝式丝式应变应变片的片的内部内部结构结构第17页,共60页,编辑于2022年,星期三(2)箔式箔式 通过光刻、腐蚀通过光刻、腐蚀而成,散热条件好,而成,散热条件好,电流密度高,灵敏度电流密度高,灵敏度高,可制成任意形状。高,可制成任意形状。第18页,共60页,编辑于2022年,星期三
8、箔式应变片的外形箔式应变片的外形第19页,共60页,编辑于2022年,星期三(3)薄膜式)薄膜式 真空蒸镀技术制成,特点同上。真空蒸镀技术制成,特点同上。第20页,共60页,编辑于2022年,星期三(4)半导体应变片)半导体应变片半导体应变片外形半导体应变片外形第21页,共60页,编辑于2022年,星期三应变片主要性能指标举例应变片主要性能指标举例第22页,共60页,编辑于2022年,星期三应变片粘贴演示应变片粘贴演示2)应变片的粘贴)应变片的粘贴第23页,共60页,编辑于2022年,星期三I.应变片的检查与选择应变片的检查与选择II.试件的表面处理试件的表面处理III.底层处理底层处理IV.
9、贴片贴片V.固化固化VI.粘贴质量检查粘贴质量检查VII.引线焊接与组桥连线引线焊接与组桥连线步骤:步骤:第24页,共60页,编辑于2022年,星期三三、应变式电阻传感器的测量电路 1电源接入方式惠斯登电桥电路按照所提供电源的不同分为直流电桥和交流电桥两种形式,其接入方式如图所示。电源接入方式 第25页,共60页,编辑于2022年,星期三2应变片接入方式 图:应变片的三种接入方式第26页,共60页,编辑于2022年,星期三图:应变式电阻传感器的实际电路第27页,共60页,编辑于2022年,星期三a.电桥输出电压与应变成线性关系。b.若相邻两桥臂的应变极性一致,即同为拉应变或压应变时,输出电压为
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