来源:互联网 发布时间:11-17
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1、优点
精度高,测量范围广,寿命长,结构简单,尺寸小,重量轻,频响特性好,能在恶劣条件下工作,易于实现小型化、整体化和品种多样化等。
2、缺点
对于大应变有较大的非线性、输出信号较弱,但可采取一定的补偿措施。
因此它广泛应用于自动测试和控制技术中。
>应变电阻传感器的传感元件应变电阻传感器是基于测量物体受力变形所产生应变的一种传感器,最常用的传感元件为电阻应变片。电阻应变片主要有金属和半导体两类,金属应变片有金属丝式、箔式、薄膜式之分。半导体应变片具有灵敏度高(通常是丝式、箔式的几十倍)、横向效应小等优点。
一、基本结构:1、粘合层2、基地3、粘合层4、盖片5、敏感栅6、引出线
金属材料、半金属材料
二、工作原理
电阻应变效应是指金属导体在外力作用下发生机械变形时,其电阻值随着所受机械变形(伸长或缩短)的变化而发生变化的现象。
应变片压阻效应:半导体材料在受到外力作用时,其电阻率ρ发生变化的现象。
应变电阻传感器的工作原理是基于电阻应变效应原理。用金属电阻丝制作成电阻应变片,将其粘贴在弹性体上。测量时,当弹性体受力变形时,应变片的敏感栅也随同变形,其电阻值发生相应变化,通过转换电路转换为电压或电流的变化。
电阻应变效应:
一段金属电阻丝长度为L,横截面为S,电阻率记作ρ,材料的泊松系数是μ。当这根电阻丝未受外力作用时,它的电阻值为:
R=ρL/S(Ω)
其中:L-金属导线长度S-金属导线横截面积ρ-电导率(不同材料电阻率不同)
当金属导线两端受拉力F伸长变形。设其伸长ΔL,横截面积则缩小,它的截面圆半径减少Δr。金属电阻丝在变形后,电阻率也会有所改变,这种现象称为电阻应变效应。
将变形后电导率记作Δρ,对式(2-1)求全微分,即求出电阻丝伸长后,其电阻值改变了多少。我们有;
ΔR=ΔρL/S+ΔLρ/SCΔSρL/S2(2-2)用式(2-1)去除式(2-2)得到
ΔR/R=Δρ/ρ+ΔL/LCΔS/S(2-3)另外,我们知道导线的横截面积S=πr2,则Δs=2πr*Δr,所以;
ΔS/S=2Δr/r(2-4)
从材料力学我们知道:Δr/r=-μΔL/L(2-5)
其中,负号表示伸长时,半径方向是缩小的。μ是表示材料横向效应泊松系数。把式(2-4)(2-5)代入(2-3)。
ΔR/R=Δρ/ρ+ΔL/L+2μΔL/L=(1+2μ(Δρ/ρ)/(ΔL/L))*ΔL/L=K*ΔL/L(2-6)
其中:K=1+2μ+(Δρ/ρ)/(ΔL/L)(2-7)
在材料力学中ΔL/L称作为应变,记作ε,用它来表示弹性往往显得太大,常常把它的百万分之一作为单位,记作με。
这样,式(2-6)常写作:
ΔR/R=Kε
式(2-6))说明了电阻应变片的电阻变化率和电阻丝伸长率之间的关系。
结论:
1、当金属丝受外力作用时,其长度和截面积都会发生变化。
2、金属丝受外力作用而伸长时,长度增加,而截面积减少,电阻值会增大。
3、当金属丝受外力作用而压缩时,长度减小,而截面增加,电阻值会减小。
4、阻值变化通常较小。
>应变电阻传感器的应用1、将应变片粘贴于被测试件上,直接用来测定试件的应力或应变。
a)齿轮轮齿弯矩
b)飞机机身应力
c)立柱应力
d)桥梁应力
2、将应变片贴于弹性元件上,与弹性元件一起构成应变式传感器,常用来测量力、位移、压力、加速度等参数。
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