2.1.1 电阻应变式传感器测量力（结构与工作原理）（课件）-《传感器检测技术》同步教学（人民邮电版）

● 项目——力的检测 ● 任务——物体重量检测 1 任务——物体重量检测 ► 任务导入 生活中常用的电子秤是怎样制作的？ 任务——物体重量检测 ► 应变式传感器常用弹性敏感元件 ● 弹性敏感元件把力或压力转换成了应变或位移，然后再由传感器将应变或位移转换成电信号。 √ 具有良好的机械特性（强度高、抗冲击、韧性好、疲劳强度高等）和良好的机械加工及热处理性能。 √ 良好的弹性特性（弹性极限高、弹性滞后和弹性后效小等）。 √ 弹性模量的温度系数小且稳定，材料的线膨胀系数小且稳定。 √ 抗氧化性和抗腐蚀性等化学性能良好。 任务——物体重量检测 ● 变换力的弹性敏感元件 变换力的弹性敏感元件指输入量为力F，输出量为应变或位移的弹性敏感元件。 变换力的弹性敏感元件 (a)实心轴； (b) 空心轴； (c)、 (d) 等截面圆环； (e) 变形的圆环； (f) 等截面悬梁； (g) 等强度悬臂梁； (h) 变形的悬臂梁； (i) 扭转轴 ► 应变式传感器常用弹性敏感元件 任务——物体重量检测 ► 应变式传感器常用弹性敏感元件 ● 变换压力的弹性元件 均匀分布作用于物体的力称为压力。例如气体或液体的压力等。 变换压力的弹性元件。 变换压力的弹性敏感元件 (a) 弹簧管；(b) 波纹管；(c) 等截面薄板；(d) 膜盒；(e) 薄壁圆筒；(f) 薄壁半球 ► 电阻应变式传感器的工作原理——电阻应变效应 ● 金属导体或半导体在外力（如压力等）作用时，会产生机械变形，其电阻值也相应地发生变化，这一物理现象称为电阻应变效应。 任务——物体重量检测 6 ● 长度为L、横截面积为S、电阻率为ρ的金属丝其电阻为R 。 ► 电阻应变式传感器的工作原理——电阻应变效应 ● 长度为L、横截面积为S、电阻率为ρ的金属丝其电阻为R 。 ► 电阻应变式传感器的工作原理——电阻应变效应 ► 结论：金属丝受拉时：L 变长、S 变小，导致 R 变大 。 ● 金属导体的电阻与材料、长度、截面积和温度有关。在温度一定时， 其电阻定律为： ► 电阻应变式传感器的工作原理——电阻应变效应 ● 当沿金属丝长度方向施加力时，其几何尺寸和电阻率都会变化，从而导致电阻值的变化。 （K：应变灵敏度系数） ► 结论：应变与电阻变化率呈线性关系 ● 应变效应—— 通过应变片和弹性元件将机械构件的应变或应力转换为电阻的变化再进行电量测量的装置。 ► 电阻应变式传感器的工作原理——测量原理 电阻应变片 测量电桥 U或I 弹性敏感元件 力F 应变ε △R 电 阻 应 变 式 传 感 器 电阻应变片结构 （1）敏感栅是转换元件，由金属丝、金属箔制成，它被粘贴在基体上。通过基体把应变传递给它。 （2）基底保持电阻丝固定形状、尺寸和位置。 （3）覆盖层（保护片）起绝缘保护作用。 （4）引线焊接于敏感栅两端，作连接测量导线之用。 引线 覆盖层 敏感栅 基底 11 电 阻 应 变 式 传 感 器 ● 电阻应变片有金属电阻应变片和半导体应变片两大类。 ● 金属电阻应变片又有：丝式、箔式和薄膜式等结构形式。 12 ► 电阻应变式传感器——其他各种电阻应变传感器 (a)箔式压力 (b)柱式 (c)悬臂梁式 (d)桥式 (e)轮辐式 (f)S型拉压式 $$