自动检测技术及应用【精选】

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为了减小横向效应产生的测量误差,现在一般多采用箔 式应变片,其圆弧部分尺寸较栅丝尺寸大得多,电阻值较 小,因而电阻变化量也就小得多。
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3.应变片的粘贴:
1)去污:采用手持砂 轮工具除去构件表面的 油污、漆、锈斑等,并 用细纱布交叉打磨出细 纹以增加粘贴力 ,用 浸有酒精或丙酮的纱布 片或脱脂棉球擦洗。
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应变片的内部结构
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2.应变片的种类
分类
金属电阻 应变片
半导体 应变片
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丝式 箔式 薄膜式
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金属丝式应变片使用最早,有纸基、胶基之分。 由于金属丝式应变片蠕变较大,金属丝易脱胶,有逐渐 被箔式所取代的趋势。但其价格便宜,多用于应变、应力 的大批量、一次性试验。
应变片用于测量力F的计算公式:
由材料力学可知:
x=F/AE (E为弹性模量) 而 R/R=Kx
故:R/R=KF/AE
如果应变片的灵敏度K和试件的横截面积A以及弹 性模量E均为已知,则只要设法测出R/R的数值, 即可获知试件受力F的大小。 例如可用于电子称的称重。
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(2)基片
绝缘及传递应变。测量时应变片的基底粘在 试件上,要求基底准确地把试件应变传递给敏感 栅。同时基片绝缘性能要好,否则应变片微小电 信号就要漏掉。
由纸薄、胶质膜等制成。
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(3)覆盖层 保护作用。防湿、蚀、尘。
(4)引线 连接电阻丝与测量电路,输出电参量。
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分析与总结
影响电阻值变化的因素: 1、电阻丝长度的变化; 电阻丝几 2、电阻丝面积的变化; 何尺寸 3、压阻效应的作用。 电阻率
金属导体 半导体
压阻效应:半导体沿某一轴向受到应力而发生应变 时,其电阻率发生变化,此现象为压阻效应。
由于半导体电阻率变化明显,所以其灵敏度系数 很大,故可测微小应变。
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金属丝式
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箔式应变片中的箔栅是金属箔通过光刻、腐蚀等工艺制 成的。
箔的材料多为电阻率高、热稳定性好的铜镍合金。 箔式应变片与基片的接触面积大得多,散热条件较好,在 长时间测量时的蠕变较小,一致性较好,适合于大批量生 产。目前广泛用于各种应变式传感器中。
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箔式应变片的外形
系在很大范围内是线性的,即
R R

Kx
2-1
K—电阻应变片的灵敏度
对于不同的金属材料,K略微不同,一般为2左右。
而对半导体材料而言,由于其感受到应变时,电阻率
会产生很大的变化,所以灵敏度比金属材料大几十倍。
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在材料力学中,x =l/l称为电阻丝的轴向应变, 也称纵向应变。x通常很小,常用10-6表示之。
一、应变片的工作原理
金属丝受拉时,l变长、r变小,导致R变大 。
R


l A


l
r2
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设有一长度为l、截面积为A、半径为r、电阻率
为的金属单丝,它的电阻值R可表示为:
R l l A r2
当沿金属丝的长度方向作用均匀拉力(或压力)
书名:自动检测技术及应用 第2版
ISBN: 978-7-111-30416-6 作者:武昌俊
出版社:机械工业出版社 本书配有电子课件
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第2章 电阻式传感器及其应用
本章学习电阻式传感器的原理及应用, 包括:电阻应变片、电位器、热电阻、 气敏电阻及湿敏电阻等。
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二、应变片的结构与粘贴
1.电阻应变片的结构 电阻应变片由敏感栅、基片、覆盖层和引线等部 分组成。
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(1)敏感栅
感受应变,并将应变转换为电阻的变化。敏 感栅有丝式、 箔式和薄膜式三种。
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§2.1 电阻应变式传感器
应变效应:导体或半导体材料在外界力的作用 下,会产生机械变形,其电阻值也将随着发生 变化,这种现象称为应变效应。
电阻应变式传感器主要由电阻应变片及测量转 换电路等组成。
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例如,当x为0.000001时,在工程中常表示为110-6
或m/m。在应变测量中,也常将之称为微应变(με)。
对金属材料而言,当它受力之后所产生的轴向应变 最好不要大于110-3,即1000m/m,否则有可能超过 材料的极限强度而导致断裂。
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2.贴片:在应变片的 表面和处理过的粘贴表 面上,各涂一层均匀的 粘贴胶 ,用镊子将应 变片放上去,并调好位 置,然后盖上塑料薄膜, 用手指揉和滚压,排出 下面的气泡。
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3.测量:从分开的
端子处,预先用万 用表测量应变片的 电阻,发现端子折 断和坏的应变片。
时,上式中、r、l都将发生变化,从而导致电阻
值R发生变化。
例如金属丝受拉时,l将变长、r变小,均导致R变大; 又如,某些半导体受拉时,将变大,导致R变大。
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实验证明,电阻丝及应变片的电阻相对变化量
R/R与材料力学中的轴向应变x(x= l/l)的关
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半导体应变片的主要特点是:当受力时,其电阻率 随应力的变化而变化,故灵敏度高,横向效应小。
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实验发现,实际应变片的K值比单丝的K值要小,造成此 现象原因是横向效应,还有粘结层传递变形失真。
横向效应:将直的电阻丝绕成敏感栅后, 虽然长度不变, 应变状态相同, 但圆弧段横向收缩引起阻值减小量对轴向 伸长引起阻值增加量起着抵消作用。因而同样应变阻值变 化减小,K值减小,此现象为横向效应。
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4.焊接:检查合格 后用烙铁焊接引出 线,注意不要把端 子扯断。
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