传感器教案102电阻应变式压力检测

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案 传感器教案 102 电阻应变式压力检测 教 学 目 的 与 要 求 项目三 力与压力检测 单元一 电阻应变式传感器测力 1、 熟悉与熟悉电阻应变原理；

　　2、 明白电阻应变式传感器测量电路。

　　(时间安排：2 课时；

　　 任课教师：朱其祥) 本 课 重 点 与 难 点 重点、难点: 电阻应变式传感器测量电路。

　　课 堂 进 程 次序 内 容 1 一、应变效应 2 二、电阻应变片的结构、材料与分类 3 三、电阻应变片的测量电路 4 四、电阻应变片的应用 5 五、小结 6 六、布置作业 7 七、板书安排 Δ复习上节课内容：（略） Δ概述 力普遍存在于日常生活中。在科学研究与工农业生产中，力更是起着重要的作用。在生产过程中，压力检测与调节操纵系统的应用非常广泛，比如锅炉蒸汽与水的压力监控；炼油厂减压蒸馏需要的低于大气的真空压力检测;在航空发动机试验研究中，为了研究发动机性能，务必测量过渡态的压力变化；电力系统中油路压力的测量与操纵等。对压力监控是保证工艺要求、生产设备与人身安全，实现经济运行所务必的。

　　 检测力的传感器要紧有电阻应变式传感器、压电式传感器、电容式传感器、压阻式传感器、电感式传感器等，本项目要紧介绍电阻应变式与压电式测力传感器。

　　电阻应变片及弹性敏感元件 电阻应变片（也称应变计或者应变片）是电阻应变式传感器的核心元件，它是一种电阻传感器，要紧由弹性敏感元件或者试件、电阻应变片与测量转换电路构成。它是把应变转换为电阻变化，再用相应的测量电路将电阻转换成电压输出的传感器。利用电阻应变式传感器能够直接测量力，也能够间接测量位移、形变、加速度等参数。常用的电阻应变片有电阻丝应变片与半导体应变片两种。

　　一、应变效应 电阻应变片的工作原理是基于应变效应，即导体或者半导体材料在外界力的作用下产生机械形变时，其电阻值相应发生变化，这种现象称之“应变效应”。

　　由电工学可知，金属丝电阻 R 可用下式表示：

　　 式中 ── 电阻率，Ω·M；L──电阻丝长度，M；A──电阻丝截面积，M2。

　　当沿金属丝的长度方向施加均匀力时，上式中 Ρ 、R、L 都将发生变化，导致电阻值发生变化。即得到下列结论：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；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。阻值变化通常较小。

　　实验证明，电阻应变片的电阻应变 Ε R=∆R/R 与电阻应变片的纵向应变 Ε X 的关系在很大范围内是线性的，即 其中 ∆ R/ R ── 电阻应变片的电阻应变；K ── 电阻丝的灵敏度。

　　式中的 Ε R 代表了被测件在应变片的应变。严格来讲，由于试件与应变片之间存在蠕变等影响，因此应变片与试件这两者的应变是有差异的，但差异并不很大，工程上同意忽略，但却存在一大弱点，就是灵敏度低,通常为 2.0～3.6。

　　 二、电阻应变片的结构、材料与分类 电阻应变片的典型结构如图所示，由敏感栅、基底、覆盖层与引线等部分构成。

　　 不管哪种形式的金属应变片，对敏感栅的金属材料都有下列基本要求：

　　1.灵敏系数要大，且在所测应变范围内保持不变；2. Ρ要大而稳固，以便于缩短敏感栅长度；

　　3.抗氧化、耐腐蚀性好，具有良好的焊接性能；4.电阻温度系数要小；5. 机械强度高，具有优良的机械加工性能。

　　电阻应变片的分类：

　　按电阻应变片敏感栅材料不一致，可分为金属应变片与半导体应变片两大类。

　　 （A)丝式应变片；(B)箔式应变片；(C)半导体应变片 1—基底；2—应变丝或者半导体；3—引出线；4—焊接电极；5—外引线 三、电阻应变片的测量电路 （一） 直流电桥平衡条件 当 RL→∞时，电桥输出电压为 （二） 电压灵敏度 R1 为电阻应变片，R2、R3、R4 为电桥固定电阻，这就构成了单臂电桥。

　　 N=1 时，为最大值：

　　 当电源电压 E 与电阻相对变化量一定时，电桥的输出电压也是定值，与各桥臂电阻阻值大小无关。

　　（三） 电阻应变片的温度补偿方法 1 .补偿块补偿法 电桥输出电压 UO 与桥臂参数的关系为 工程上，通常按 R1=RB=R3=R4 选取桥臂电阻。当温度升高或者降低∆T =T-TO 时，两个应 变片因温度相同而引起的电阻变化量相等，电桥仍处于平衡状态，即 若如今被测试件有应变的作用，则工作应变片电阻 R1 有新的增量∆R1，而补偿片不承受应变，故不产生新的增量，如今电桥输出电压为 由上式可知，电桥的输出电压 UO 仅与被测试件的应变电阻有关，而与环境温度无关。

　　2．桥路自补偿法 当测量桥路处于双臂半桥与全桥工作方式时，电桥相邻两臂受温度影响，同时产生大小 相等，符号相同的电阻增量而互相抵消，从而达到桥路温度自补偿的目的。

　　 四、电阻应变片的应用——模拟电子称实验电路 电子称是将转换成电信号的称重传感器。电子台秤不仅能快速、准确地称出商品的重量，用数码显示出来，而且具有计算器的功能，使用起来更加方便。

　　 其他应用：

　　1、电阻应变式纱线张力测量 2、筒式压力传感器 3、膜片压力式传感器 4、组合式压力传感 5、力与扭矩传感器 6、应变式加速度传感器 五、小结：

　　通过本训练熟悉电阻应变片的结构与种类，掌握应变片测量力的工作原理，掌握直流电桥的工作原理与有关特性，熟悉电阻应变式传感器测量电路。

　　 六、布置作业：

　　 P44 一、二、三、四、五 七、板书安排 黑板分为三个部分：左边为标题，不擦除。中部为具体讲解，更新擦除。右边以图形为主，也能够写临时性内容。

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