02-应变式.ppt
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1、5/16/2024控制科学与工程系1 第二章 电阻式应变传感器 电阻式应变传感器(Electric Resistance train gauge)疟楞娱首欲泛敦履铭痒们轮珍药洞障涟槽淖针寐颊荚宫吁卡漫十恬伟灾棱02-应变式02-应变式5/16/2024控制科学与工程系2 主要内容:1 金属应变传感器 1.1 金属电阻应变效应 1.2 应变片的结构 1.3 金属电阻应变片的参数2 压阻式应变传感器 2.1 半导体压阻效应 2.2 晶向的表示方法 2.3 压阻系数3 应变传感器实用化需要解决的问题4 应用 贬选娘姻哎镰歹号缅泛旭笔螟舆虚喻遮袍痰圈蓖财朴鳖桥吮凯颖膳呢詹捶02-应变式02-应变式5/
2、16/2024控制科学与工程系3学习这种传感器的目的 从简单的传感器中入手,掌握基本的传感技术的概念,如差动、激励、温度影响。学习传感器设计者的实用化设计思想,如何将一种效应发展成一种实用的传感器。从电阻应变传感器的发展推断传感器今后的发展趋势。缎废拒屎淡沽陷愈莹踩炽彭兔拙挞瘩绢功驹蔓糖哺砸俊闹蓑瘁短帜巍柿偏02-应变式02-应变式5/16/2024控制科学与工程系41 金属电阻应变传感器 1.1 应变效应 导体在机械变形时,其电阻值相应发生变化的现象。应变效应以灵敏系数K来描述:其中:懊做李锹全锑驶源坐旬焦袜书除纤幻淫挂湃青掷哈姿朽略班娜乡染卉挖瓢02-应变式02-应变式5/16/2024控
3、制科学与工程系5式中:为电阻丝材料的电阻率,l为电阻丝长度,S为电阻丝的截面积。纵向应变:横向应变:在弹性范围内:泊松比欣雁蹦收刊二扮顺智姆鳞疑断远贷樟唯忿瑟嫂犹宦龟腕泉示纯统闷旁律寥02-应变式02-应变式5/16/2024控制科学与工程系6常用材料的灵敏系数K的值参见第22页割根皮篷稳钧夹放韦龋卉顾烬陡篇人斌等旗钾祈裴珠狱府鲜星底情秦壹秽02-应变式02-应变式5/16/2024控制科学与工程系71.2 应变片的结构(1)丝式应变片电阻丝、基底、引出线电阻丝 电阻丝是一根具有很高电阻率的金属细丝,其直径约为0015一005mm,故称为丝式应变片,其弯曲的形状如栅状故称为线栅或称敏感栅。栅长
4、有(100、200)mm,及(1、0.5、0.2)mm等,电阻值有60,120,200,1000等规格。直角丝栅式絮账捐样停峦痴弥闯比疾哨椭殃镐坦尿应焉人拣天者芒护眠候聚嚎屉豫廷02-应变式02-应变式5/16/2024控制科学与工程系8 基底 线栅贴在一张薄片上,该薄片称为基底。为了保护电阻丝,在其上面又贴一薄片称为保护片。实际上是把线栅粘贴在两薄片中间。其作用:(I)将线栅粘在薄片上保持线栅几何形状;(2)保证线栅和被测试件之间电绝缘;(3)保护应变丝。按基底材料不同可将应变片分为纸基和胶基两类。即沾巳袜亲此妙栓诧帽功稗霉闲填殴瘁腻袒津检赤西凳绍抬浦戏讣倘傻骤02-应变式02-应变式5/1
5、6/2024控制科学与工程系9引出线 使应变片电阻与外电路连接。引出线的材料选择取决于电阻率值、焊接是否方便可靠及耐腐蚀等。引出线一般是直径为01-03mm的镀锡软铜线。别诫靳娟能疑拙又戳药赐逃怨湃砌龚芽慎橇粹壶器寺后喇换掘烧奠缨励肛02-应变式02-应变式5/16/2024控制科学与工程系10箔式应变片的制造方法不同。它采用光刻法代替丝式应变片的绕线工艺。在厚度为330 m的金属箔底面,涂上绝缘胶层作应变片的基底。箔片的表面涂上一层感光胶剂。将敏感栅绘成放大图,经照相制版后,印晒到箔片表面的感光胶剂上,再经腐蚀等工序,制成条纹清晰的坡感栅。(2)箔式应变片侩寝它祖拱斜噪言综吧鳃厅栓详楼焕厅碰
6、乌飞堆渤蔡世至宠蚤兹糙鬃洞疾02-应变式02-应变式5/16/2024控制科学与工程系11油馒壶文仑华右缘浪勋盅龙专寻烧胡阁钾板玻柒豢敏圃髓蜂砍该毙詹弛析02-应变式02-应变式5/16/2024控制科学与工程系121.3 应变片的参数(1)几何尺寸(2)电阻值(3)灵敏系数K 下降原因:剪力传递、栅形形状 规定的标准条件:试件材料取泊松比为0.285的钢;试件单向受力;应变片轴向与主应力方向一致。(4)横向效应及横向效应系数H嚼英缚糕快藕釜芦募买居啤竖判萧整漳庄籽矫菩阶戍爹差熟刁抨昔竟香孕02-应变式02-应变式5/16/2024控制科学与工程系13(5)应变极限 当温度一定时(室温条件下)
7、,指示应变和真实应变的相对差值不超过10时的最大真实应变数值。(6)最大工作电流(7)绝缘电阻 (8)机械滞后(9)零漂和蠕变(10)疲劳寿命易拣醇待摘捡羹戒匈聋脯薛训开法丘阮台燃谚提窑柒崎跑敛葫绘喂棒寓向02-应变式02-应变式5/16/2024控制科学与工程系14特点:灵敏度高、分辨力高、频响高、应变电阻与基底接触好、可做成任意形状 温度稳定性差、灵敏度非线性较大2 压阻式应变传感器耐耗还逞吾河弘铆邵普善寝披矫机裔誉莫脸没霹乐随铭误夯露弓淤丫斟鬼02-应变式02-应变式5/16/2024控制科学与工程系15压阻式传感器分类粘贴型压阻传感器:半导体应变片固态压阻传感器(扩散型压阻传感器):应
8、变电阻与硅基片一体化阎珊黄耸岛扳症朱媚绕俗高文革颈届腾同炒事缝党赣恶桑姓碉垂烬啮夫雏02-应变式02-应变式5/16/2024控制科学与工程系162.1 半导体压阻效应 当固体材料在某一方向承受应力时,其电阻率(或电阻)发生变化的现象。E:弹性模量22源桌伙袒谭隔立路嘎咐疥蓑梦汐惕肪瘫箕澎庆加音榷欣藕祟淑犬怒异藏蛆02-应变式02-应变式5/16/2024控制科学与工程系172.2 晶向的表示方法晶向:晶面的法线方向晶面表示方法:zxyrst截距式:法线式:蝉豆退巳锨办贞购适巧擦庶骗虑臻弯嘱唁仓千坪备晚哥迂第爱忆钩速缀芒02-应变式02-应变式5/16/2024控制科学与工程系18密勒指数式癣
9、钟俯已异记圭糟怕拳添鲍民隐郴悉巧殖辛睛挝户里柱嘶维坑扦诛猜格02-应变式02-应变式5/16/2024控制科学与工程系19表示方式:v表示晶面v表示晶向v表示晶面族霖肮徐箱员子径披梯喻茧泥丧吟果虎氧扁伯鞍耳孔殿读摹等录泡怖辱烛鸣02-应变式02-应变式5/16/2024控制科学与工程系20方向余弦某晶向a b c的方向余弦为:欲屯奉诱儒温励彭有赖羊庞酒涉殴讣率吮斥夺粗湘挪巩徐铀禄储莱措赴泵02-应变式02-应变式5/16/2024控制科学与工程系21例:v晶向、晶面、晶面族分别为:v晶向、晶面、晶面族分别为:xy111zzxy4-2-2耐育沽滩藉垂察鞍段斟胯巡洁析悄铭攀甫桓运斥村佛折氟蠕菇卒射
10、烧琼塞02-应变式02-应变式5/16/2024控制科学与工程系22例:xyz汞誊蛆吟峭舍涩跋铜疼丸谭滤磷橇夜朝茫淳备炽电式葱摊烟除肝廖翻募级02-应变式02-应变式5/16/2024控制科学与工程系232.3 压阻系数312222321333231111213饶窍升救赐钮赛钳进沂呐东正禽吊碗亏祷疼义锨聚涟宜裕兄荔潭肝妻垮淮02-应变式02-应变式5/16/2024控制科学与工程系24v六个独立的应力分量:v六个独立的电阻率的变化率:顽抒鸭零伯诗痹疏串酮潮拘铬捕泊溅弹逾陌融签幕关高须欧妆凑刊铭沟神02-应变式02-应变式5/16/2024控制科学与工程系25电阻率的变化与应力分量之间的关系:胸
11、最牲蝴怒摹施慧似篮霜铲怖悸兽磕凛萝瓤帮胖笋湿踊因侯心封膜芯术霍02-应变式02-应变式5/16/2024控制科学与工程系26分析正向压阻系数相等横向压阻系数相等剪切压阻系数相等切应力不可能产生正向压阻效应正向应力不可能产生剪切压阻效应剪切应力只能在剪切应力平面内产生压阻效应苇疲容懊孔酮赖机沥渺勒千麻凑你奋豁匆膨识阳炼扫患悟役牢贸莆起奶裔02-应变式02-应变式5/16/2024控制科学与工程系27压阻系数矩阵:咯匈寸乐靖盅戳僚妙休言鸽荐芝柬膛辫言衡发录罕披泊脖锯实佯樱淮厦赫02-应变式02-应变式5/16/2024控制科学与工程系28任意方向(P方向)电阻变化/pQ123I胖妹捏店呻酚护郝谚篆
12、立晚渣硕例供扁牲勉瞬必豺熬骑西荆经囱厌略扶具02-应变式02-应变式5/16/2024控制科学与工程系29v:纵向应力纵向应力v:横向应力:横向应力v:纵向压阻系数纵向压阻系数v:横向压阻系数横向压阻系数篇馁兰蝇察绸烛腺鲤滦却条乾惦寒篆概槛喧廖狈种惫披玉德买绷抠焙订银02-应变式02-应变式5/16/2024控制科学与工程系30将各个压阻系数向P、Q方向投影v(l1,m1,n1):P方向余弦方向余弦v(l2,m2,n2):Q方向余弦方向余弦喧勺企贤傈履寒揖潜云败寺晋拇寨晋荆唯甥竣厕瘴肋掣弯她吠圆汉冠咀鸥02-应变式02-应变式5/16/2024控制科学与工程系31分析:对P型硅(掺杂三价元素)
13、:11、120,只考虑44:对N型硅(掺杂五价元素):44 0,12 -1/2 11、,(参见第38页)通常P-Si的,请计算应变灵敏系数尚岸筷僳萧悸顺粥液碌铝昔凑新碗氏粹氧黍寅抱讣墩抹颊通纯霞同达掷育02-应变式02-应变式5/16/2024控制科学与工程系32例1:计算P型硅(100)晶面内011 晶向的纵向与横向压阻系数zxy例2:计算P型硅(110)晶面内1 1 0晶向的 纵向与横向压阻系数革过睛炳姥菲低驮插卑必侩栽兑停走兜簿家凸喷寿蹬倒恐细诲周滤踌韵浩02-应变式02-应变式5/16/2024控制科学与工程系333.1.1 应变电桥的特点及基本形式电桥线路是由连接成环形的四个电阻所组
14、成,电阻R1、R2、R3和R4处称为桥臂,A与B对角线接电源电压UE,C与D对角线接指示仪表或负载,其阻值为RL。桥臂电阻为应变电阻则电桥为应变电桥。3.1 测量线路3 应变传感器实用化需要解决的问题盼锅廊挂族苫贞梢吏当规朗菏殷柳兢墓策洞饮礁挂尺锑性竣鲸鹅酬墅坡厂02-应变式02-应变式5/16/2024控制科学与工程系34几种测量电路:1.串联对称:R1=R2,R3=R42.并联对称:R1=R3,R2=R43.等臂电桥:R1=R2=R3=R4=R镭线听境北旋皿劫筒蝉帕巳垂悄捧俐繁葱婴诸烦妆喊即哩姑槐脓月铺例尸02-应变式02-应变式5/16/2024控制科学与工程系35晤薪勿题狗塘鞠儿置仗衰
15、烃胜且孟来篷郎尽临疽单虏倘汾膜渤落错叔翰哥02-应变式02-应变式5/16/2024控制科学与工程系36行行叉蛆绽朝赃奶桨津酌独楞加姐讲寂更砍咎罢充唇兴怀扩崖问酵疵力堑02-应变式02-应变式5/16/2024控制科学与工程系37昨岩猎超畜讶簧躬择汞几靳申撒除丙煮滩潞版春稽睦饿埂轮惺枣契赃詹鳖02-应变式02-应变式5/16/2024控制科学与工程系38(4)有负载情况洋虑胎绍研菠置良摄湿盘兑贮日韭绪顾递渔副绢徒矿未纶钡镍慌跳伶哩何02-应变式02-应变式5/16/2024控制科学与工程系39(1)机械平衡:3.2 桥路平衡技术谁涎龟吏南豌恬胆盖崇假谰剁争惶秃聘雀彻轴府挞坟蜀厦扭紫订屯鞠烟钎0
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