第五章力敏传器 力敏传感器指对力学量敏感的一类器件或装置。 ●应变式传感景 ●电感式传感器 ●电容式传感器 ●压电式传感器
第五章 力敏传感器 ⚫应变式传感器 ⚫电感式传感器 ⚫电容式传感器 ⚫压电式传感器 力敏传感器指对力学量敏感的一类器件或装置
第一节应变式传感景 )金属液变片式传感器 金属丝实应变片 金属箸式应变片 测量电路 应变式传感蛋应用 ●瓜阻式传感器 压阻放应 向、憂面的亵示亦法 压阻系数 固蹇乐阻蚤件
⚫金属应变片式传感器 ◼金属丝式应变片 ◼金属箔式应变片 ◼测量电路 ◼应变式传感器应用 ⚫压阻式传感器 ◼压阻效应 ◼晶向、晶面的表示方法 ◼压阻系数 ◼固态压阻器件 第一节 应变式传感器
金属应变片式传感票 金属应变片式传感器的核心元件是金属应变片,它 可将试件上的应变变化转换成电阻变化。 优点:①精度高,测量范围广 ②频率响应特性较好 ③结构简单,尺寸小,重量轻 ④可在高(低)温、高速、高压、强烈振动、强 磁场及核辐射和化学腐蚀等恶劣条件下正常工作 ⑤易于实现小型化、固态化 ⑥价格低廉,品种多样,便于选择 缺点:具有非线性,输出信号微弱,抗干扰能力较差 因此信号线需要采取屏蔽措施;只能测量一点或应变 栅范围内的平均应变,不能显示应力场中应力梯度的 变化等;不能用于过高温度场合下的测量
优点： ①精度高，测量范围广 ②频率响应特性较好 ③结构简单，尺寸小，重量轻 ④可在高(低)温、高速、高压、强烈振动、强 磁场及核辐射和化学腐蚀等恶劣条件下正常工作 ⑤易于实现小型化、固态化 ⑥价格低廉，品种多样，便于选择 一、 金属应变片式传感器 金属应变片式传感器的核心元件是金属应变片，它 可将试件上的应变变化转换成电阻变化。 缺点：具有非线性，输出信号微弱，抗干扰能力较差， 因此信号线需要采取屏蔽措施；只能测量一点或应变 栅范围内的平均应变，不能显示应力场中应力梯度的 变化等；不能用于过高温度场合下的测量
(一)金属丝式应变片 1、应变效应 当金属丝在外力作用下发生机械变形时,其电阻值 将发生变化,这种现象称为金属的电阻应变效应。 设有一根长度为、截面积为S、电阻率为P的金属丝 ,其电阻R为 R=PS 两边取对数,得 In R=In o+In/-In S 等式两边取微分,得 dr dp dl ds R RR 电阻的相对变化;—电阻率的相对变化 金属丝长度相对变化,用e表示 称为金属丝长度 ds 方向上的应变或轴向应变; ,截面积的相对变化
(一) 金属丝式应变片 1、应变效应 当金属丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值 将发生变化，这种现象称为金属的电阻应变效应。 设有一根长度为l、截面积为S、电阻率为ρ的金属丝 ，其电阻R为 两边取对数，得 等式两边取微分，得 ——电阻的相对变化； ——电阻率的相对变化； ——金属丝长度相对变化，用ε表示，ε= 称为金属丝长度 方向上的应变或轴向应变； ——截面积的相对变化。 S l R = ln R = ln + ln l − ln S S dS l d dl R dR = + − R dR d l dl l dl S dS
S=兀r2 ds/s-2 dr/r dr为金属丝半径的相对变化,即径向应变为er 由材料力学知 dr dp dl +(1+21)=+E(1+2) R 将微分dR、φp改写成增量△R、亼p,则 △R =(1+21+ △P/P、△ K.a R △l/l 金属丝电阻的相对变化与金属丝的伸长或缩短之间存在 比例关系。比例系数K称为金属丝的应变灵敏系数
dr/r为金属丝半径的相对变化，即径向应变为εr。 S=π r 2 dS /S=2·dr/r ε 由材料力学知 r= –με 将微分dR、dρ改写成增量ΔR、Δρ，则 (1 2 ) (1 2 ) = + + = + + d l d dl R dR KS l l R l l R = = + + ) / / (1 2 金属丝电阻的相对变化与金属丝的伸长或缩短之间存在 比例关系。比例系数KS称为金属丝的应变灵敏系数