項(xiàng)目三電阻應(yīng)變式式傳感器

1、班級(jí)： 日期： 年 月 日 編號(hào)：教 學(xué) 目 的 與 要 求項(xiàng)目三 電阻應(yīng)變式傳感器 1、了解和熟悉電阻應(yīng)變?cè)恚?、知道電阻應(yīng)變式傳感器測(cè)量電路。(時(shí)間安排：4課時(shí)； 任課教師：胡輝)本 課 重 點(diǎn) 與 難 點(diǎn)重點(diǎn)、難點(diǎn): 電阻應(yīng)變式傳感器測(cè)量電路。課 堂 進(jìn) 程次序內(nèi) 容1一、應(yīng)變效應(yīng)2二、電阻應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)、材料和分類(lèi)3三、電阻應(yīng)變片的測(cè)量電路4四、電阻應(yīng)變片的應(yīng)用5五、小結(jié)6六、布置作業(yè)7七、板書(shū)安排復(fù)習(xí)上節(jié)課內(nèi)容：（略）概述力普遍存在于日常生活中。在科學(xué)研究和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，力更是起著重要的作用。在生產(chǎn)過(guò)程中，壓力檢測(cè)與調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)的應(yīng)用非常廣泛，例如鍋爐蒸汽和水的壓力監(jiān)控；煉油廠減壓蒸

2、餾需要的低于大氣的真空壓力檢測(cè);在航空發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)研究中，為了研究發(fā)動(dòng)機(jī)性能，必須測(cè)量過(guò)渡態(tài)的壓力變化；電力系統(tǒng)中油路壓力的測(cè)量和控制等。對(duì)壓力監(jiān)控是保證工藝要求、生產(chǎn)設(shè)備和人身安全，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行所必須的。 檢測(cè)力的傳感器主要有電阻應(yīng)變式傳感器、壓電式傳感器、電容式傳感器、壓阻式傳感器、電感式傳感器等，本項(xiàng)目主要介紹電阻應(yīng)變式和壓電式測(cè)力傳感器。電阻應(yīng)變片及彈性敏感元件電阻應(yīng)變片（也稱(chēng)應(yīng)變計(jì)或應(yīng)變片）是電阻應(yīng)變式傳感器的核心元件，它是一種電阻傳感器，主要由彈性敏感元件或試件、電阻應(yīng)變片和測(cè)量轉(zhuǎn)換電路組成。它是把應(yīng)變轉(zhuǎn)換為電阻變化，再用相應(yīng)的測(cè)量電路將電阻轉(zhuǎn)換成電壓輸出的傳感器。利用電阻應(yīng)變式傳感

3、器可以直接測(cè)量力，也可以間接測(cè)量位移、形變、加速度等參數(shù)。常用的電阻應(yīng)變片有電阻絲應(yīng)變片和半導(dǎo)體應(yīng)變片兩種。一、應(yīng)變效應(yīng) 電阻應(yīng)變片的工作原理是基于應(yīng)變效應(yīng)，即導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料在外界力的作用下產(chǎn)生機(jī)械形變時(shí)，其電阻值相應(yīng)發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱(chēng)為“應(yīng)變效應(yīng)”。由電工學(xué)可知，金屬絲電阻R可用下式表示：式中電阻率，·M；L電阻絲長(zhǎng)度，M；A電阻絲截面積，M2。當(dāng)沿金屬絲的長(zhǎng)度方向施加均勻力時(shí)，上式中、R、L 都將發(fā)生變化，導(dǎo)致電阻值發(fā)生變化。即得到以下結(jié)論：金屬絲受外力作用而伸長(zhǎng)時(shí)，長(zhǎng)度增加，而截面積減少，電阻值會(huì)增大；當(dāng)金屬絲受外力作用而壓縮時(shí)，長(zhǎng)度減小，而截面增加，電阻值會(huì)減小。阻值變化

4、通常較小。實(shí)驗(yàn)證明，電阻應(yīng)變片的電阻應(yīng)變R=R/R與電阻應(yīng)變片的縱向應(yīng)變X的關(guān)系在很大范圍內(nèi)是線性的，即 其中 R/ R 電阻應(yīng)變片的電阻應(yīng)變；K 電阻絲的靈敏度。式中的R代表了被測(cè)件在應(yīng)變片的應(yīng)變。嚴(yán)格來(lái)講，由于試件與應(yīng)變片之間存在蠕變等影響，所以應(yīng)變片與試件這兩者的應(yīng)變是有差異的，但差異并不很大，工程上允許忽略，但卻存在一大弱點(diǎn)，就是靈敏度低,一般為 2.03.6。二、電阻應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)、材料和分類(lèi)電阻應(yīng)變片的典型結(jié)構(gòu)如圖所示，由敏感柵、基底、覆蓋層和引線等部分組成。無(wú)論哪種形式的金屬應(yīng)變片，對(duì)敏感柵的金屬材料都有以下基本要求：1.靈敏系數(shù)要大，且在所測(cè)應(yīng)變范圍內(nèi)保持不變；2. 要大而穩(wěn)定，

5、以便于縮短敏感柵長(zhǎng)度；3.抗氧化、耐腐蝕性好，具有良好的焊接性能；4.電阻溫度系數(shù)要?。?. 機(jī)械強(qiáng)度高，具有優(yōu)良的機(jī)械加工性能。電阻應(yīng)變片的分類(lèi)：按電阻應(yīng)變片敏感柵材料不同，可分為金屬應(yīng)變片和半導(dǎo)體應(yīng)變片兩大類(lèi)。（A)絲式應(yīng)變片；(B)箔式應(yīng)變片；(C)半導(dǎo)體應(yīng)變片1基底；2應(yīng)變絲或半導(dǎo)體；3引出線；4焊接電極；5外引線三、電阻應(yīng)變片的測(cè)量電路（一） 直流電橋平衡條件當(dāng)RL時(shí)，電橋輸出電壓為（二） 電壓靈敏度 R1為電阻應(yīng)變片，R2、R3、R4為電橋固定電阻，這就構(gòu)成了單臂電橋。 N=1時(shí)，為最大值： 當(dāng)電源電壓E和電阻相對(duì)變化量一定時(shí)，電橋的輸出電壓也是定值，與各橋臂電阻阻值大小無(wú)關(guān)。（三

6、） 電阻應(yīng)變片的溫度補(bǔ)償方法1 .補(bǔ)償塊補(bǔ)償法電橋輸出電壓UO與橋臂參數(shù)的關(guān)系為工程上，一般按R1=RB=R3=R4選取橋臂電阻。當(dāng)溫度升高或降低T =T-TO時(shí)，兩個(gè)應(yīng)變片因溫度相同而引起的電阻變化量相等，電橋仍處于平衡狀態(tài)，即若此時(shí)被測(cè)試件有應(yīng)變的作用，則工作應(yīng)變片電阻R1有新的增量R1，而補(bǔ)償片不承受應(yīng)變，故不產(chǎn)生新的增量，此時(shí)電橋輸出電壓為由上式可知，電橋的輸出電壓UO僅與被測(cè)試件的應(yīng)變電阻有關(guān)，而與環(huán)境溫度無(wú)關(guān)。2橋路自補(bǔ)償法 當(dāng)測(cè)量橋路處于雙臂半橋和全橋工作方式時(shí)，電橋相鄰兩臂受溫度影響，同時(shí)產(chǎn)生大小相等，符號(hào)相同的電阻增量而互相抵消，從而達(dá)到橋路溫度自補(bǔ)償?shù)哪康?。四、電阻?yīng)變片的應(yīng)用模擬電子稱(chēng)實(shí)驗(yàn)電路 電子稱(chēng)是將轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的稱(chēng)重傳感器。電子臺(tái)秤不僅能快速、準(zhǔn)確地稱(chēng)出商品的重量，用數(shù)碼顯示出來(lái)，而且具有計(jì)算器的功能，使用起來(lái)更加方便。其他應(yīng)用：1、電阻應(yīng)變式紗線張力測(cè)量2、筒式壓力傳感器3、膜片壓力式傳感器4、組合式壓力傳感5、力和扭矩傳感器6、應(yīng)變式加速度傳感器五、小結(jié)：通過(guò)本訓(xùn)練熟悉電阻應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)和種類(lèi)，掌握應(yīng)變片測(cè)量力的工作原理，掌握直流電橋的工作原理和有關(guān)特性，熟