2.1 电阻应变式传感器（课件）-高一《传感器及应用》同步精品课堂（高教版·第2版）

《传感器及应用》（第2版）高等教育出版社 同步精品课程——中职专业课 第2章 参量传感器 2.1 电阻应变式传感器 知识目标 1.了解电阻应变式传感器的工作原理和基本原理。 2.熟悉应变效应对电阻的影响，以及应变片的种类和结构。 3.掌握应变片粘贴的方法和注意事项。 能力目标 1.提升学生对传感器技术的兴趣和好奇心。 2.培养学生对工程技术的实践热情与探索精神。 3.鼓励学生具备细致耐心的学习态度，尤其在实验和测量过程中。 情感目标 1.能够解释电阻应变式传感器的工作原理和应用场景。 2.具备选择应变片并正确粘贴的能力。 3.熟练设计和搭建测量转换电路，实现对电阻应变式传感器信号的处理和转换。 三维目标 导入情景 01 下图所示的是电阻应变式转感器的示意图 新知学习 02 一、电阻应变式传感器 参量传感器的基本原理是把非电量被测量的变化转换为电参量的变化，然后通过对电参量的测量达到对非电量检测的目的。它的种类很多，包括电阻式传感器、电感式传感器、电容式传感器等，其中:电阻式传感器有电阻应变式传感器、热电阻传感器、气敏湿敏传感器等;电感式传感器有自感式传感器、差动变压器式传感器、电涡流式传感器等。本章从应用角度出发，介绍几种常用参量传感器的工作原理、测量转换电路及一些应用实例。 新知学习 02 电阻应变式传感器是一种电阻传感器，它主要由弹性敏感元件或试件、电阻应变片和测量转换电路组成。利用电阻应变式传感器可以测量力、位移、形变、加速度等参数。 一，应变效应 1，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称为应变效应。电阻应变片就是利用这一现象而制成的。用应变片测试时，将应变片粘贴在试件表面，当试件受力变形后，应变片上的电阻丝也随之变形，从而使应变片电阻值发生变化，再通过测量转换电路转换成电压或电流的变化。电阻丝应变片是目前应用很广的一种电阻应变片。 一、电阻应变式传感器 新知学习 02 2，下图所示是电阻丝应变片结构示意图。它是用直径约为 0.025 m 的具有高电阻率的电阻丝制成的。为了获得高的电阻值，电阻丝排成栅网状，并粘贴在绝缘基片上，线栅上面粘贴有覆盖层(保护用)，电阻丝两端焊有引出线。图中[称为应变片的标距或工作基长， 称为应变片基宽bxl 为应变片的使用面积。应变片规格一般以使用面积或电阻值表示，如3mmx10 mm或120 欧由电工学可知，金属丝R可用下式表示 一、电阻应变式传感器 新知学习 02 当沿金属丝的长度方向施加均匀力时，上式中 p、r、1都将发生变化，导致电阻值发生变化。实验证明，电阻应变片的电阻应变 k=AR/R 与电阻应变片的纵向应变 的关系在很大范围内是线性的，即 一、电阻应变式传感器 新知学习 02 3，上式中的 代表了被测件在应变片处的应变。严格来讲，由于试件与应变片之间存在蟠变等影响，所以应变片与试件这两者的应变是有差异的，但差异并不很大，工程上允许忽略，因此以后对两者不加以严格区分。金属丝应变片具有精度高、测量范围大、能适应各种环境、便于记录和处理等一系列优点，但却存在一大弱点，就是灵敏度低，为 2.0~3.6。 一、电阻应变式传感器 新知学习 02 二，应变片的种类、结构与粘贴 1，应变片的结构类型应变片可分为金属应变片和半导体应变片。前者可分为金属丝式、箔式、薄膜式三种，如下图为几种不同类型的电阻应变片。金属丝式应变片使用最早，有纸基、胶基之分。金属箔式应变片是采用光刻、腐蚀等工艺制成的一种箔栅，箔的厚度一般为 0.003~0.01 mm，如图2-2b 所示。金属式电阻应变片由于它有散热好、允许通过较大电流、横向效应小、疲劳寿命长、柔性好，并可做成基长很短或任意形状、工艺上适于大批量生产等优点，因此得到广泛的应用，已逐渐代替丝式应变片。 一、电阻应变式传感器 新知学习 02 下图所示为常见的几种应变片 一、电阻应变式传感器 工作时，利用油的压力使两唇边紧压在配合偶件的两接合面上实现密封。其密封能力可随压力的升高而提高，并且在磨损后有一定的自动补偿能力。因此，装配时其唇边应对着有压力的油腔。当压力变化较大、运动速度较高时，要采用支承环来定位，以防发生翻转现象，如图9-4b、c 所示。图9-4d 所示为其实物图。 新知学习 02 2，金属薄膜应变片主要是采用真空蒸镀技术，在薄的绝缘基片上蒸镀金属材料薄膜，最后加保护层形成，它是近年来薄膜技术发展的产物。半导体应变片是用半导体材料作敏感栅而制成的。其主要优点是灵敏度高，横向效应小.易集成，与计算机接口方便;主要缺点是灵敏度的热稳定性差，电阻与应变间非线