传感器与检测技术-力学量传感器及应用.ppt

3.应变片参数 ⑴标准电阻值（R0） ⑵绝缘电阻（RG） ⑶灵敏度系数（K） ⑷应变极限（ξmax） ⑸允许电流（Ie） ⑹机械滞后、蠕变及零漂 4.应变片的粘贴技术 基本步骤如下。 ⑴应变片的检查 ⑵试件的表面处理 ⑶确定贴片位置 ⑷粘贴应变片 ⑸固化处理 ⑹粘贴质量检查 ⑺引出线的固定与保护 ⑻防潮防蚀处理 2.3.2?测量转换电路 1.应变片测量应变的基本原理 用应变片测量应变或应力时，根据上述特点，在外力作用下，被测对象产生微小机械变形，应变片随着发生相同的变化，同时应变片电阻值也发生相应变化。当测得应变片电阻值变化量?R时，便可得到被测对象的应变值。根据应力与应变的关系，得到应力值σ为 σ=E·ε 应力值σ正比于应变?，而试件应变? 正比于电阻值的变化，所以应力σ正比于电阻值的变化，这就是利用应变片测量应变的基本原理。 2.测量转换电路 最常用的电路为直流电桥和交流电桥。下面以直流电桥电路为例，简要介绍其工作原理及有关特性。 一般采用全等臂形式，即R1=R2=R3=R4=R， 上式可变为 ⑴ 半桥单臂工作方式 ⑵半桥双臂工作方式 ⑶全桥4臂工作方式 3.电桥的线路补偿 ⑴ 零点补偿 ⑵温度补偿 2.3.3?应变式传感器应用实例 1.应变式测力与荷重传感器 ⑴柱式力传感器 ⑵ 梁式力传感器 2.压力传感器 3.位移传感器 4.加速度传感器 2.4 固态压阻式传感器 2.4.1半导体压阻效应 固体材料受到压力后，它的电阻率将发生一定的变化，所有的固体材料都有这个特点，其中以半导体最为显著。当半导体材料在某一方向上承受应力时，它的电阻率将发生显著的变化，这种现象称为半导体压阻效应。 2.4.2 扩散型压阻式传感器 1..扩散型压阻式压力传感器 压阻式压力传感器主要由外壳、硅杯膜片和引线组成，其结构如图2-35所示。压阻式压力传感器的核心部分是一块圆形或方形的硅膜片，在硅膜片上，利用集成电路工艺制作了四个阻值相等的电阻。硅膜片的表面用SiO2薄膜加以保护，并用铝质导线做全桥的引线，硅杯膜片底部被加工成中间薄（用于产生应变）、周边厚（起支撑作用）的形状 测量原理：在一块圆形的单晶硅膜片上, 布置四个扩散电阻, 组成一个全桥测量电路。如图2-22（d）、（e）所示。膜片用一个圆形硅杯固定, 将两个气腔隔开。一端接被测压力, 另一端接参考压力，如图2-22（b）所示。当存在压差时, 膜片产生变形, 使两对电阻的阻值发生变化, 电桥失去平衡, 其输出电压反映膜片承受的压差的大小。 压阻式压力传感器的主要优点是体积小, 结构比较简单, 动态响应也好, 灵敏度高, 能测出十几帕斯卡的微压, 它是一种比较理想、目前发展和应用较为迅速的一种压力传感器。 2.压阻式加速度传感器 2.5 压电式力学传感器 2.5.1 压电效应 1.压电效应的概念 某些电介质, 当沿着一定方向对其施力而使它变形时, 其内部就产生极化现象, 同时在它的两个表面上便产生符号相反的电荷, 当外力去掉后, 其又重新恢复到不带电状态， 这种现象称压电效应。相反，当在电介质极化方向施加电场, 这些电介质也会产生变形, 这种现象称为“逆压电效应”（电致伸缩效应）。 2.压电效应原理 具有压电效应的物质很多，如石英晶体、压电陶瓷、高分子压电材料等。现以石英晶体为例，简要说明压电效应的机理 第2章 力学量传感器及应用 第2章 力学量传感器及应用 知识目标通过本课题的学习，掌握有关压力的基本概念，掌握应变效应、压电效应的概念，理解应变效应、压电效应原理；了解弹性敏感元件的作用和特性；熟悉电阻应变片的主要特性，了解应变片的结构、类型、转换电路及应用；熟悉常用压电材料特性，了解压电传感器测量电路转换原理。技能目标通过本课题的学习，能正确给应变片选择相应的弹性敏感元件，熟练掌握电阻应变片的粘贴工艺，利用电阻应变片构成电桥电路；熟悉压电元件的连接方式，了解压电式传感器的性能、特点，能分析由压电传感器组成检测系统的工作原理，正确应用和维护压电传感器。  2.1 压力检测基础2.1.1压力的定义 压力是垂直而均匀地作用在单位面积上的力，即物理学中常称的压强。  2.1.2 压力的表示方法 由于参照点不同，在工程上压力有几种不同表示方法：绝对压力、大气压力、表压力、真空度(负压) 、差压(压差)等，这几种表示法的关系如图2-1所示。