【正文】 傳感器原理第三章 力 /壓力敏傳感器第三章 力 /壓力敏傳感器主要內(nèi)容：n電阻應(yīng)變計(jì)n金屬應(yīng)變計(jì)n半導(dǎo)體應(yīng)變計(jì)n應(yīng)變計(jì)的測量原理和測量線路n電阻應(yīng)變式傳感器的應(yīng)用n壓電式力傳感器n壓電式傳感器的基本原理n壓電傳感器的等效電路與測量線路n壓電式傳感器的應(yīng)用第三章 力 /壓力敏傳感器n力 /壓力敏傳感器可用于測量 位移 、 加速度 、 力 、 力矩 、 壓力等 各種參數(shù)，由于它們都與機(jī)械應(yīng)力有關(guān)，這類傳感器常被稱為 力學(xué)量傳感器n常見的力學(xué)量傳感器類型n電阻應(yīng)變式傳感器n壓電式傳感器n電容式傳感器n電感式傳感器電阻應(yīng)變計(jì)n電阻應(yīng)變計(jì)，也稱應(yīng)變片，是進(jìn)行應(yīng)力和應(yīng)變測量的關(guān)鍵元件，同時(shí)也是用來制造荷重、扭矩、加速度、位移等傳感器的關(guān)鍵元件n電阻應(yīng)變式荷重傳感器n電阻應(yīng)變式扭矩傳感器n電阻應(yīng)變式加速度傳感器n電阻應(yīng)變式位移傳感器n電阻應(yīng)變效應(yīng) 是電阻應(yīng)變計(jì)工作的基本原理電阻應(yīng)變計(jì)的分類n按 敏感柵材料 分類n金屬應(yīng)變片：絲式、箔式、金屬薄膜應(yīng)變計(jì)n半導(dǎo)體應(yīng)變片：體型、擴(kuò)散型、薄膜型半導(dǎo)體應(yīng)變計(jì)n按 基底材料 分類n紙基、膠基、浸膠基、金屬基應(yīng)變片n按 工作溫區(qū) 分類n低溫、常溫、中溫、高溫應(yīng)變片金屬應(yīng)變計(jì)n金屬應(yīng)變計(jì)是一種能將機(jī)械構(gòu)件上應(yīng)變的變化轉(zhuǎn)換為電阻變化的傳感元件n機(jī)械構(gòu)件通常是 彈性元件 ，彈性元件在外力的作用下能夠產(chǎn)生彈性變形，外力撤銷后，彈性元件又能回復(fù)原來的形狀n從傳感器的組成角度上看，彈性元件屬于敏感元件，金屬應(yīng)變計(jì)屬于轉(zhuǎn)換元件（傳感元件）n電阻應(yīng)變式傳感器通常由 彈性敏感元件和 應(yīng)變片 構(gòu)成電阻應(yīng)變式傳感器的工作原理n怎么理解電阻應(yīng)變式？n應(yīng)變是一種途徑n電阻變化是結(jié)果n怎么理解電阻應(yīng)變式傳感器？n它應(yīng)該是通過應(yīng)變而影響到傳感器的輸出電阻的變化的一種類型的傳感器n電阻應(yīng)變式傳感器的基本結(jié)構(gòu)是什么？n被測量 ——應(yīng)變 ——電阻電阻應(yīng)變式傳感器的工作原理n實(shí)現(xiàn)電阻應(yīng)變式傳感器靠什么？測什么？被測量 應(yīng)變 電阻？ ？力力矩位移加速度？？？？彈性敏感元件應(yīng)變片電阻應(yīng)變式傳感器的工作原理n構(gòu)成n彈性敏感元件n電阻應(yīng)變片n彈性敏感元件n感受被測量，產(chǎn)生變形n是傳感器組成中的敏感元件n電阻應(yīng)變片n是傳感器組成中的轉(zhuǎn)換元件（傳感元件）n它將應(yīng)變轉(zhuǎn)換為電阻值的變化電阻應(yīng)變式傳感器的工作原理n電阻應(yīng)變式傳感器的基本原理是通過彈性敏感元件將 被測量 的變化轉(zhuǎn)換成彈性變形，這個(gè)變形在應(yīng)變片的作用下轉(zhuǎn)換為 電阻值 的變化，再經(jīng)過信號調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換電路變成 電壓 或 電流 信號的變化n通過測量電壓或電流信號的變化來確認(rèn)傳感器輸出電阻的變化，從而進(jìn)一步依賴電阻變化與應(yīng)變之間的關(guān)系，以及應(yīng)變和被測量之間的關(guān)系來求得被測量的變化n通過不同的彈性敏感元件可以將不同的被測量轉(zhuǎn)換為應(yīng)變的形式，從而實(shí)現(xiàn)不同的測量目的一、 金屬應(yīng)變計(jì)的基本原理n金屬的電阻應(yīng)變效應(yīng)n金屬絲的電阻隨著它所受的機(jī)械變形（拉伸或壓縮）的大小而發(fā)生相應(yīng)的變化的現(xiàn)象稱為金屬的應(yīng)變效應(yīng)。n金屬應(yīng)變計(jì)的工作原理就是利用了金屬的電阻應(yīng)變效應(yīng)，將應(yīng)變片感受到的應(yīng)變轉(zhuǎn)換為電阻的變化金屬的電阻應(yīng)變效應(yīng)n金屬絲的電阻LΔLd’ dF FF金屬的電阻應(yīng)變效應(yīng)n當(dāng)金屬絲受到軸向力 F而被拉伸（或壓縮）時(shí)，其 L、 A、 ρ 均會(huì)發(fā)生變化，金屬絲的電阻值隨之發(fā)生變化，電阻變化和相對變化分別為：n因?yàn)榻饘俚碾娮钁?yīng)變效應(yīng)n金屬絲的軸向應(yīng)變n金屬絲的徑向應(yīng)變n金屬絲受拉時(shí)，沿軸向伸長，而沿徑向縮短，二者之間的關(guān)系為金屬的電阻應(yīng)變效應(yīng)n則n金屬絲的靈敏系數(shù) Ks表示金屬絲產(chǎn)生單位變形時(shí)，電阻相對變化的大小。金屬絲幾何尺寸變化引起 金屬絲變形后引起電阻率的變化金屬的電阻應(yīng)變效應(yīng)n實(shí)驗(yàn)證明，在金屬絲變形的彈性范圍內(nèi)，電阻的相對變化于應(yīng)變 εx是成正比的，Ks為 一常數(shù)。n應(yīng)變 片的靈敏系數(shù) K恒小于同一材料金屬絲 的靈敏系數(shù) Ks。n標(biāo) 稱靈敏系數(shù)是 經(jīng) 抽 樣測 定靈敏系數(shù)的平均 值二、金屬應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)和分類金屬應(yīng)變片的典型結(jié)構(gòu)金屬應(yīng)變片的分類n絲式應(yīng)變片n用金屬絲構(gòu)成敏感柵粘結(jié)在各種絕緣基底上構(gòu)成n回線式應(yīng)變片n電阻絲繞制n存在橫向效應(yīng)n短接式應(yīng)變片n電阻絲焊接n克服橫向效應(yīng)n焊點(diǎn)多，容易出現(xiàn)疲勞破壞n制造工藝要求高金屬應(yīng)變片的分類n箔式應(yīng)變片n利用光刻、腐蝕方法將電阻箔材在其絕緣基底下制成各種圖形n優(yōu)點(diǎn)n可制成任意形狀以適應(yīng)不同的測量要求n粘合面積大n粘結(jié)情況好，傳遞試件應(yīng)變性能好n散熱性能好，允許通過較大的工作電流n橫向效應(yīng)可以忽略n蠕變、機(jī)械滯后小，疲勞壽命高金屬應(yīng)變片的分類n薄膜應(yīng)變片n采用真空蒸發(fā)或真空沉積等方法將電阻材料在基底上制成一層各種形式敏感柵而形成應(yīng)變片n應(yīng)變片靈敏系數(shù)高n易實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)n溫度誤差較難控制三、金屬應(yīng)變片的參數(shù)n應(yīng)變片電阻值（ R0）n指未安裝的應(yīng)變片，在不受外力的情況下，于室溫條件測定的電阻值，也稱原始阻值。n應(yīng)變片電阻值趨于標(biāo)準(zhǔn)化n絕緣電阻n敏感柵與基底間的電阻值，一般應(yīng)大于 10G。三、金屬應(yīng)變片的參數(shù)n靈敏系數(shù)（ K）n指應(yīng)變片安裝于試件表面，在其軸線方向的單向應(yīng)力作用下，應(yīng)變片的阻值相對變化與試件表面上安裝應(yīng)變片區(qū)域的軸向應(yīng)變之比。n靈敏系數(shù)的準(zhǔn)確性直接影響測量精度，其誤差大小是衡量應(yīng)變片質(zhì)量優(yōu)劣的主要標(biāo)志n靈敏系數(shù)要求盡量大而穩(wěn)定