3.1 电阻应变式传感器测量压力（课件）-《传感器检测技术》同步教学（中国铁道出版社）

第3章 力与压力的检测 本 章 小 结 3.3 简易电子秤的制作与调试 3.2 压电式传感器测量压力 3.1 电阻应变式传感器测量压力 3.1 电阻应变式传感器测量压力 3.1.1压力检测的方法 绝对压力 被测介质作用在单位面积上的全部压力 表压力 绝对压力与大气压力之差 负压力或真空度 绝对压力值小于大气压力值时 弹性压力传感器 利用弹性压力敏感器检测压力变化 应变式传感器 利用电阻应变片将被测量转换成电阻输出 压电式传感器 利用压电效应，将被测量转换成电荷输出 电容式传感器 利用弹性电极在力作用下产生位移，使电容量变化 其它压力传感器 电感式、差动变压器式、电动式、电位计式、振动式、涡流式、表面声波式等 压力传感器 压 力 3.1 电阻应变式传感器测量压力 3.1.2电阻应变效应 应变效应 ：导体或半导体材料在外界力作用下产生机械变形，其电阻值发生变化的现象。 设一金属丝，没有受力时电阻的阻值为： 当对金属丝的轴向方向施加均匀力时，则电阻值的相对变化为： 由力学知识可知： 因此 对金属材料而言，k0的大小以此为主，即受力后材料的几何尺寸变化所引起 对于半导体材料，k0的大小以此为主，即由材料的电阻率变化引起 3.1 电阻应变式传感器测量压力 3.1.3电阻应变片结构类型及特性 1. 电阻应变片的结构 金属丝式 金属电阻应变片 箔式 薄膜式 半导体应变片 电阻应变片 图3-2 金属丝式电阻应变片的结构 图3-3 金属箔式应变片结构示意图 图3-4 半导体式应变片结构示意图 3.1 电阻应变式传感器测量压力 3．电阻应变片的粘贴技术 粘贴时，应严格按粘贴工艺要求进行。包括： 1）粘合剂的选择 2）应变片的检查 3）试件的表面处理 4）确定贴片位置 5）粘贴应变片 6）固化处理 7）粘贴质量检查 8）引出线的固定与保护 3.1 电阻应变式传感器测量压力 4.电阻应变片的特性 （1）灵敏系数K 应变片安装到试件表面后，在其轴线方向上的单向应力作用下，应变片阻值的相对变化与被测物表面上安装应变片区域的轴向应变之比。 （2）几何尺寸：敏感栅的基长和基宽，应变片的基底长和基底宽。 敏感栅基长是指敏感栅在应变片纵轴方向的长度。 敏感栅基宽是指与应变片轴线相垂直的方向上，应变片敏感栅外侧之间的距离。 应变片的基底长和基底宽是指基片的长和宽。 （3）初始电阻R0 指应变片未粘贴时在室温下测得的静态电阻值。常见的有60、120、200、350、600和1000Ω等类型，其中最常用的是120Ω的应变片。 （4）允许工作电流 应变片的允许工作电流又称为最大工作电流，是指允许通过应变片而不影响其工作特性的最大电流值。 （5）疲劳寿命 疲劳寿命是指粘贴在试件上的应变片，在恒幅交变应力作用系，连续工作直至疲劳损坏的循环次数。 （6）应变极限 应变片的应变极限是指在一定温度下，指示应变值与真是应变的相对差值不超过规定值（一般为10%）时的最大真是应变值。 3.1 电阻应变式传感器测量压力 3.1.4电阻应变片的测量电路及温度补偿 电阻应变式传感器是将力的变化转换为应变，再转化为电阻值的变化，由于应变一般在10µε～3000µε之间，而应变片灵敏度也并不大，因此电阻值相对变化是很小的，如果用一般测量电阻的仪表是难直接测出来，且误差很大。所以必须使用专门的电路来测量这种微弱的电阻变化，最常用的电路桥式电路。 3.1 电阻应变式传感器测量压力 1.直流电桥电路 电桥输出电压U0为 平衡条件：R1R3 = R2R4 输出电压为U0=0 当桥臂电阻发生变化，且ΔRi<<Ri，电桥负载电阻为