传感器与检测技术ppt课件
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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 式应变片与片基的接触面积大得多，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。还 可以对金属箔式应变片进行适当的热处理，使其线胀系数、 电阻温度系数以及被粘贴的试件的线胀系数三者相互抵消， 从而将温度影响减小到最小的程度，目前广泛用于各种应变 式传感器中。
2020/3/24
9
箔式应变片的外形
2020/3/24
10
半导体应变片及金属 丝式应变片的结构
金属丝式应变片的 内部结构
半导体应变片 外形
2020/3/24
11
应变片主要性能指标举例
上表中，哪几个型号是半导体应变片？ 依据是什么？
2020/3/24
12
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。
上节回顾:
1.检测技术的基本概念及方法 2.传感器的发展 3.传感器的分类和基本特性
2020/3/24
1
1.4.2 误差的表示方法
（1）绝对误差
Δ＝Ax－A0 当Ax＞A0时，为正误差；反之为负误差。
修正值C C=－Δ
A0 ＝Ax+C
绝对误差和修正值的量纲必须与示值量纲相同。 绝对误差可表示测量值偏离实际值的程度，但不 能表示测量的准确程度。
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13
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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14
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。
7
二、应变片的工作原理
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 A
l
r2
当沿金属丝的长度方向作用均匀拉力（或压力）
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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2
（2）相对误差 ①实际相对误差
②示值(标称)相对误差
③满度（引用）相对误差
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1.4.3 准确度
传感器和测量仪表的误差是以准确度表示的。准确 度常用最大引用误差来定义
它表示传感器的最大相对误差为±S%。
仪表引起的最大测量相对误差为
如压力传感器的准确度等级分别为0.05、0.1、0.2、0.3、 0.5、1.0、1.5、2.0等；我国电工仪表的准确度等级分 别为0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0。
某0.1级压力传感器的量程为100MPa，测量50MPa压力时，
传感器引起的最大相对误差为
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±0.2%。
4
本节主要内容:
2020/3/24
5
第一节 电阻应变式传感器
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一、工作原理应变片的工作原理
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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阻增量正负号相间，
可以使输出电压Uo 成倍地增大。
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22
四臂全桥
全桥的四个桥臂都为应变片， 如果设法使试件受力后，应变 片R1 ~ R4产生的电阻增量（或
感受到的应变1~4）正负号相
间，就可以使输出电压Uo成倍 地增大。上述三种工作方式中， 全桥四臂工作方式的灵敏度最 高，双臂半桥次之，单臂半桥 灵敏度最低。采用全桥（或双 臂半桥）还能实现温度自补偿。
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18
三、测量转换电路——不平衡电桥
Uo
Ui 4
( R1 R1
R2 R2
R3 R3
R4 R4
)
2-3
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电桥平衡的条件 ：R1/R2=R4/R3
调节RP，最终可以
使R1/R2=R4/R3（ R1、 R2是R1、R2并联RP后的
等效电阻），电桥趋于
平衡，Uo被预调到零位，
这一过程称为调零。图
中的R5是用于减小调节
范围的限流电阻。
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单臂电桥
全桥四臂工 作方式的灵敏 度最高，双臂 半桥次之，单 臂半桥灵敏度 最低。
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21
双臂电桥
R1、 R2为应变 片， R3、R4为固定 电阻 。应变片R1 、 R2 感受到的应变
1~2以及产生的电
实验证明，电阻丝及应变片的电阻相对变化量R
KR线—与性电材的阻料，应力即变学片中的的灵轴敏向度应变x的RR关系K在很x 大范围2-内1是
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8
二、应变片的种类与结构
应变片可分为金属应变片及半导体应变片两大类。前者 可分成金属丝式、箔式、薄膜式三种。目前箔式应变片应用 较多。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。
例如，有一金属箔式应变片，标称阻值R0为 100，灵敏度K=2，粘贴在横截面积为9.8mm2 的钢质圆柱体上，钢的弹性模量E=21011N/m2， 所受拉力F=0.2t，受拉后应变片的阻值R 的变
化量仅为0.2，所以必须使用不平衡电桥来测 量这一微小的变化量。下面分析该桥式测量转 换电路是如何将R /R转换为输出电压Uo的。
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4.焊接： 将引线和端子用 烙铁焊接起来， 注意不要把端子 扯断。
ห้องสมุดไป่ตู้
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5.固定： 焊接后用胶 布将引线和 被测对象固 定在一起， 防止损坏引 线和应变片。
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三、测量转换电路——不平衡电桥
金属应变片的电阻变化范围很小，如果直 接用欧姆表测量其电阻值的变化将十分困难， 且误差很大。
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23
全桥的温度补偿原理
当环境温度升高 时，桥臂上的应变片 温度同时升高，温度 引起的电阻值漂移数 值一致，可以相互抵 消，所以全桥的温漂 较小；半桥也同样能 克服温漂。
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25
四、应变效应的应用
应变效应的应用十分广泛。它可以测量应 变应力、弯矩、扭矩、加速度、位移等物理量。 电阻应变片的应用可分为两大类：第一类是将 应变片粘贴于某些弹性体上，并将其接到测量 转换电路，这样就构成测量各种物理量的专用 应变式传感器。应变式传感器中，敏感元件一 般为各种弹性体，传感元件就是应变片，测量 转换电路一般为桥路；第二类是将应变片贴于 被测试件上，然后将其接到应变仪上就可直接 从应变仪上读取被测试件的应变量。
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箔式应变片的外形
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半导体应变片及金属 丝式应变片的结构
金属丝式应变片的 内部结构
半导体应变片 外形
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应变片主要性能指标举例
上表中，哪几个型号是半导体应变片？ 依据是什么？
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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。
上节回顾:
1.检测技术的基本概念及方法 2.传感器的发展 3.传感器的分类和基本特性
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1.4.2 误差的表示方法
（1）绝对误差
Δ＝Ax－A0 当Ax＞A0时，为正误差；反之为负误差。
修正值C C=－Δ
A0 ＝Ax+C
绝对误差和修正值的量纲必须与示值量纲相同。 绝对误差可表示测量值偏离实际值的程度，但不 能表示测量的准确程度。
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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。
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二、应变片的工作原理
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 A
l
r2
当沿金属丝的长度方向作用均匀拉力（或压力）
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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（2）相对误差 ①实际相对误差
②示值(标称)相对误差
③满度（引用）相对误差
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1.4.3 准确度
传感器和测量仪表的误差是以准确度表示的。准确 度常用最大引用误差来定义
它表示传感器的最大相对误差为±S%。
仪表引起的最大测量相对误差为
如压力传感器的准确度等级分别为0.05、0.1、0.2、0.3、 0.5、1.0、1.5、2.0等；我国电工仪表的准确度等级分 别为0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0。
某0.1级压力传感器的量程为100MPa，测量50MPa压力时，
传感器引起的最大相对误差为
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±0.2%。
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本节主要内容:
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第一节 电阻应变式传感器
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一、工作原理应变片的工作原理
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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阻增量正负号相间，
可以使输出电压Uo 成倍地增大。
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四臂全桥
全桥的四个桥臂都为应变片， 如果设法使试件受力后，应变 片R1 ~ R4产生的电阻增量（或
感受到的应变1~4）正负号相
间，就可以使输出电压Uo成倍 地增大。上述三种工作方式中， 全桥四臂工作方式的灵敏度最 高，双臂半桥次之，单臂半桥 灵敏度最低。采用全桥（或双 臂半桥）还能实现温度自补偿。
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三、测量转换电路——不平衡电桥
Uo
Ui 4
( R1 R1
R2 R2
R3 R3
R4 R4
)
2-3
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19
电桥平衡的条件 ：R1/R2=R4/R3
调节RP，最终可以
使R1/R2=R4/R3（ R1、 R2是R1、R2并联RP后的
等效电阻），电桥趋于
平衡，Uo被预调到零位，
这一过程称为调零。图
中的R5是用于减小调节
范围的限流电阻。
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单臂电桥
全桥四臂工 作方式的灵敏 度最高，双臂 半桥次之，单 臂半桥灵敏度 最低。
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双臂电桥
R1、 R2为应变 片， R3、R4为固定 电阻 。应变片R1 、 R2 感受到的应变
1~2以及产生的电
实验证明，电阻丝及应变片的电阻相对变化量R
KR线—与性电材的阻料，应力即变学片中的的灵轴敏向度应变x的RR关系K在很x 大范围2-内1是
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二、应变片的种类与结构
应变片可分为金属应变片及半导体应变片两大类。前者 可分成金属丝式、箔式、薄膜式三种。目前箔式应变片应用 较多。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。
例如，有一金属箔式应变片，标称阻值R0为 100，灵敏度K=2，粘贴在横截面积为9.8mm2 的钢质圆柱体上，钢的弹性模量E=21011N/m2， 所受拉力F=0.2t，受拉后应变片的阻值R 的变
化量仅为0.2，所以必须使用不平衡电桥来测 量这一微小的变化量。下面分析该桥式测量转 换电路是如何将R /R转换为输出电压Uo的。
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4.焊接： 将引线和端子用 烙铁焊接起来， 注意不要把端子 扯断。
ห้องสมุดไป่ตู้
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16
5.固定： 焊接后用胶 布将引线和 被测对象固 定在一起， 防止损坏引 线和应变片。
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三、测量转换电路——不平衡电桥
金属应变片的电阻变化范围很小，如果直 接用欧姆表测量其电阻值的变化将十分困难， 且误差很大。
2020/3/24
23
全桥的温度补偿原理
当环境温度升高 时，桥臂上的应变片 温度同时升高，温度 引起的电阻值漂移数 值一致，可以相互抵 消，所以全桥的温漂 较小；半桥也同样能 克服温漂。
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四、应变效应的应用
应变效应的应用十分广泛。它可以测量应 变应力、弯矩、扭矩、加速度、位移等物理量。 电阻应变片的应用可分为两大类：第一类是将 应变片粘贴于某些弹性体上，并将其接到测量 转换电路，这样就构成测量各种物理量的专用 应变式传感器。应变式传感器中，敏感元件一 般为各种弹性体，传感元件就是应变片，测量 转换电路一般为桥路；第二类是将应变片贴于 被测试件上，然后将其接到应变仪上就可直接 从应变仪上读取被测试件的应变量。