【正文】 ～ 2με ，誤差小于 1％。 – 由于焊點(diǎn)多，易在焊點(diǎn)處出現(xiàn) 疲勞損壞 ，制造工藝要求高，使用較少。 山東理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院 第二章 電阻式傳感器 三、金屬應(yīng)變片的主要特性 靈敏系數(shù) 定義：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(duì)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。 山東理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院 第二章 電阻式傳感器 零漂和蠕變 零漂： 粘貼在試件上的應(yīng)變片，在溫度保持恒定、不承受機(jī)械應(yīng)變時(shí)，其電阻值隨時(shí)間而變化的特性，稱為應(yīng)變片的零漂。通常要求 50MΩ ～ 100MΩ 以上。可得 （ 2－ 6） （ 2－ 7） 山東理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院 第二章 電阻式傳感器 電橋靈敏度 定義為 ，可得單臂工作應(yīng)變片的電橋電壓靈敏度為 討論： ku與電橋電源電壓成正比，電源電壓的提高，受應(yīng)變片允許功耗的限制。 α t——敏感柵材料電阻溫度系數(shù)。 – 貼片在圓柱面上的展開(kāi)位置及其在橋路中的連接，如圖 2－ 20所示，其特點(diǎn)是 R R3串聯(lián)， R R4串聯(lián)并置于相對(duì)位置的臂上，以減少?gòu)澗氐挠绊憽? – 這是一種較新型的力傳感器，其優(yōu)點(diǎn)是 精度高、滯后小、重復(fù)性及線性度好、抗偏載能力強(qiáng)、尺寸小、重量輕 。 山東理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院 第二章 電阻式傳感器 一、基本工作原理 ? ? ??? ?????? l lRR 21? ? l lRR ???? ?21llEell???? ?????對(duì)半導(dǎo)體材料 對(duì)金屬材料 電阻相對(duì)變化量 山東理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院 第二章 電阻式傳感器 式中 π l——沿某晶向的壓阻系數(shù)； Ee——半導(dǎo)體材料的彈性模量； ? ——應(yīng)力； 實(shí)例： 半導(dǎo)體硅材料 π l＝（ 40－ 80） 10－ 11m2/N， Ee＝ 1011N/m2， kB =π lEe =50～100。 溫度升高時(shí)，因?yàn)殪`敏度降低，這時(shí)如果提高電橋的電源電壓，使電橋的輸出適當(dāng)增大，便可以達(dá)到補(bǔ)償?shù)哪康摹? ? ? ? ?? ?222 3183 xrhPr ??? ????徑向：? ? ? ?? ?222 31183 xrhPt ??? ????切向：山東理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院 第二章 電阻式傳感器 內(nèi)、外電阻值的變化率應(yīng)為 riiRR ??4421??????? ?rooRR ??4421???????? ? 、 ——內(nèi)、外電阻所受徑向應(yīng)力的平均值； 、 ——內(nèi)外電阻的相對(duì)變化。用導(dǎo)線將其構(gòu)成平衡電橋。 補(bǔ)償原理如下： 由于零點(diǎn)漂移，導(dǎo)致 B、 D兩點(diǎn)電位不等，譬如， 當(dāng)溫度升高時(shí)， R2的增加比較大， 使 D點(diǎn)電位低于 B點(diǎn)， B、 D兩點(diǎn)的電位差即為零位漂移。 山東理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院 第二章 電阻式傳感器 壓阻式傳感器的特點(diǎn)及用途： 靈敏系數(shù)大，分辨率高。每條輪輻上的剪切力和外加力 P成正比。 方式二 ： 熱敏電阻補(bǔ)償法。 山東理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院 第二章 電阻式傳感器 ? 雙臂電橋的情況 ：如圖 2－ 12b， C2亦為應(yīng)變片導(dǎo)線或電纜分布電容。根據(jù)電源的不同，電橋分 直流電橋 和 交流電橋 。 選擇依據(jù) ： 要根據(jù)散熱條件而定，主要取決于敏感柵的幾何形狀和尺寸、截面的形狀和大小、基底的尺寸和材料、粘合劑的材料和厚度以及試件的散熱性能等。 山東理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院 第二章 電阻式傳感器 機(jī)械滯后 應(yīng)變片安裝在試件上以后，在一定溫度下，其（ Δ R/R） –ε 的 加載特性與卸載特性不重合 ，在同一機(jī)械應(yīng)變值 ε g下，其對(duì)應(yīng)的Δ R/R值（相對(duì)應(yīng)的指示應(yīng)變 ε i）不一致。 對(duì)粘合劑要求： （ 1）有一定的粘結(jié)強(qiáng)度； （ 2）能準(zhǔn)確傳遞應(yīng)變，有足夠的剪切彈性模量； （ 3）蠕變、機(jī)械滯后?。? （ 4）有足夠的穩(wěn)定性能； （ 5）耐濕、耐油、耐老化、耐疲勞等。 – 引線多用 ～ 鍍錫銅線 與敏感柵相接。4引線 1 2 山東理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院 第二章 電阻式傳感器 應(yīng)變片的測(cè)量原理： ? 直接用應(yīng)變片測(cè)量 受力應(yīng)變 時(shí)，將應(yīng)變片粘貼于被測(cè)對(duì)象表面上。 ? 電阻材料 ：導(dǎo)體、半導(dǎo)體、電解質(zhì)溶液等。 山東理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院 第二章 電阻式傳感器 圖 221 電阻應(yīng)變片的基本結(jié)構(gòu) 1敏感柵 。 ? 便于多點(diǎn)測(cè)量、遠(yuǎn)距離測(cè)量和遙測(cè)。 山東理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院 第二章 電阻式傳感器 金屬薄膜應(yīng)變片 制作工藝： 采用 真空蒸發(fā) 或 真空沉積 等方法在薄的絕緣基片上形成厚度在 以下的金屬電阻材料 薄膜敏感柵 ，最后再加上保護(hù)層，易實(shí)現(xiàn)工業(yè)化批量生產(chǎn)。這種現(xiàn)象稱橫向效應(yīng)。 疲勞壽命反映了應(yīng)變片對(duì)動(dòng)態(tài)應(yīng)變測(cè)量的適應(yīng)性 。 （ 6） 實(shí)際舉例： 表 2－ 1給出了對(duì)于鋼材 v＝ 5000m/s，取不同基長(zhǎng) λ/l ＝ 20時(shí)，不同基長(zhǎng)應(yīng)變片的最高工作頻率。 山東理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院 第二章 電阻式傳感器 圖 2－ 10b為四臂差動(dòng)電橋，其輸出電壓： 山東理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院 第二章 電阻式傳感器 （ 2）恒流源電橋 供電電流為 I，通過(guò)各臂的電流為 I1和 I2， Δ R1=0時(shí)： 山東理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院 第二章 電阻式傳感器 若電橋初始處于平衡狀態(tài)，而且 R1＝ R2＝ R3＝ R4=R當(dāng)?shù)谝槐垭娮?R1變?yōu)? R＋△ R時(shí)，電橋輸出電壓為 結(jié)論： 與恒流源相比，非線性誤差減小 1/2。 方式二 ： 圖 2－ 18，測(cè)量梁的彎曲應(yīng)變時(shí)，將兩個(gè)應(yīng)變片分貼于上下兩面對(duì)稱位置， R1與 RB特性相同，所以二電阻變化值相同而符號(hào)相反。 ? 雙孔梁： 多用于小量程，如工業(yè)電子稱和商業(yè)電子稱。 山東理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院 第二章 電阻式傳感器 第二節(jié) 壓阻式傳感器 壓阻效應(yīng) ：固體受到作用力后，電阻率就要發(fā)生變化，這種效應(yīng)稱為壓阻效應(yīng)。如圖所示。此外，靈敏系數(shù)隨拉伸或壓縮而變，且分散性大。 應(yīng)用： 微型硅壓力傳感器因彈性元件與轉(zhuǎn)換元件一體化 ， 固有頻率高 ， 可測(cè)頻率范圍很寬的脈動(dòng)壓力 。電源采用恒壓源，當(dāng)溫度升高時(shí)，二極管的正向壓降減小，于是電橋的橋壓增加，使其輸出增大。 山東理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院 第二章 電阻式傳感器 二、溫度誤差及其補(bǔ)償 ? 半導(dǎo)體材料對(duì)溫度比較敏感 ，壓阻式傳感器的 電阻值 及 靈敏系數(shù) 隨溫度變化而變化，將引起零漂和靈敏度漂移。 ? 這類傳感器一般可測(cè)量 105～ 106 Pa的壓力。在測(cè) 103～ 105N時(shí)，為了提高變換靈敏度和抗橫向干擾，一般采用空心圓柱式結(jié)構(gòu)。 溫度變化形成的總電阻相對(duì)變化 ： 熱輸出 ： ttt山東理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院 第二章 電阻式傳感器 （一）溫度補(bǔ)償 自補(bǔ)償法 ?單絲自補(bǔ)償 實(shí)際操作：對(duì)于給定的試件材料和選定的錳白銅或鎳鉻鋁合金柵絲（ αg、 αs 及 k均已給定），適當(dāng)?shù)倪x擇或控制、調(diào)整柵絲溫度系數(shù) αt， 如以不同的熱處理規(guī)范控制柵絲溫度系數(shù)。 取 dku/dn＝ 0時(shí)， ku為最大，得 (1n)2/(1+n)4＝ 0，所以 n＝ 1時(shí)，即 R1＝ R2，R3＝ R4時(shí) ku為最大。 目前常用的電阻系列，習(xí)慣上為 60、 1 200、 350、500、 1000Ω ，其中以 120Ω 最常用。 說(shuō)明： 這兩項(xiàng)指標(biāo)都是用來(lái)衡量 應(yīng)變片特性對(duì)時(shí)間的穩(wěn)定性 ，在長(zhǎng)時(shí)間測(cè)量中其意義更為突出。 ? 一批產(chǎn)品中只能抽