电阻应变效应课件ppt.ppt

电阻应变效应电阻应变效应电阻丝较细,一般在0.015~0.06mm,其两端焊有较粗的低阻镀锡铜丝（0.1~0.2mm）4作为引线,以便与测量电路连接。图2.1中,L称为应变计的标距,也称（基）栅长,a称为（基）栅宽,L×a称为应变计的使用面积。图2.1电阻应变计构造简图2.1.2应变计的分类应变计有很多品种系列:从尺寸上讲,长的有几百mm,短的仅0.2mm;由结构形式上看,有单片、双片、应变花和各种特殊形状的图案;就使用环境上说,有高温、低温、水、核辐射、高压、磁场等;而安装形式,有粘贴、非粘贴、焊接、火焰喷涂等。金属应变片由敏感栅、基片、覆盖层和引线等部分组成,如图3-2所示。敏感栅是应变片的核心部分,它粘贴在绝缘的基片上,其上再粘贴起保护作用的覆盖层,两端焊接引出导线。金属电阻应变片的敏感栅有丝式、箔式和薄膜式三种。主要的分类方法是根据敏感元件材料的不同,将应变计分为金属式和半导体式两大类。从敏感元件的形态又可进一步分类如下:应变计半导体式体型薄膜型、扩散型、外延型、PN结及其他形式金属电阻应变计常见的形式有丝式、箔式、薄膜式等。丝式应变计是最早应用的品种。金属丝弯曲部分可作成圆弧、锐角或直角,如图2.2所示。弯曲部分作成圆弧（U）形是最早常用的一种形式,制作简单但横向效应较大。直角（H）形两端用较粗的镀银铜线焊接,横向效应相对较小,但制作工艺复杂,将逐渐被横向效应小、其他方面性能更优越的箔式应变计所代替。图2.2箔式应变计的线栅是通过光刻、腐蚀等工艺制成很薄的金属薄栅（厚度一般在0.003～0.01mm）。与丝式应变计相比有如下优点:(1)工艺上能保证线栅的尺寸正确、线条均匀,大批量生产时,阻值离散程度小。(2)可根据需要制成任意形状的箔式应变计和微型小基长（如基长为0.1mm）的应变计。(3)敏感栅截面积为矩形,表面积大,散热好,在相同截面情况下能通过较大电流。(4)厚度薄,因此具有较好的可挠性,它的扁平状箔栅有利于形变的传递。(5)蠕变小,疲劳寿命高。(6)横向效应小。(7)便于批量生产,生产效率高。图2.3画出了几种箔式应变计。图2.3几种箔式应变计薄膜式应变计是采用真空溅射或真空沉积技术,在薄的绝缘基片上蒸镀金属电阻薄膜（厚度在零点几纳米到几百纳米）,再加上保护层制成。其优点是灵敏度高,允许通过的电流密度大,工作温度范围广,可工作于-197～317°C,也可用于核辐射等特殊情况下。制作应变计敏感元件的金属材料应有如下要求:(1)k0大,并在尽可能大的范围内保持常数。(2)电阻率ρ大。这样,在一定电阻值要求下,同样线径,所需电阻丝长度短。(3)电阻温度系数小。高温使用时,还要求耐高温氧化性能好。(4)具有良好的加工焊接性能。常用的敏感元件材料是康铜（铜镍合金）、镍铬合金、铁铬铝合金、铁镍铬合金等。常温下使用的应变计多由康铜制成。半导体应变计应用较普遍的有体型、薄膜型、扩散型、外延型等。体型半导体应变计是将晶片按一定取向切片、研磨、再切割成细条,粘贴于基片上制作而成。几种体型半导体应变计示意图如图2.4所示。图2.4体型半导体应变计示意图大量实验证明,在电阻丝拉伸极限内,电阻的相对变化与应变成正比,即K为常数。(2)体积小,耗电省。最大工作电流是指允许通过应变计而不影响其工作的最大电流值。可以在高温、超低压、高压、水下、强磁场以及辐射等恶劣环境下使用。L——电阻丝的长度;但过大的工作电流会使应变计本身过热,使灵敏系数变化,零漂、蠕变增加,甚至烧坏应变计。金属应变片由敏感栅、基片、覆盖层和引线等部分组成,如图3-2所示。弯曲部分作成圆弧（U）形是最早常用的一种形式,制作简单但横向效应较大。这样,在一定电阻值要求下,同样线径,所需电阻丝长度短。E——试件材料的弹性模量。根据应力与应变的关系,得到应力值σ为工作电流的选取,要根据散热条件而定,主要取决于敏感栅的几何形状和尺寸、截面的形状和大小、基底的尺寸和材料、粘合剂的材料和厚度以及试件的散热性能等。外延型半导体应变计是在多晶硅或蓝宝石基片上外延一层单晶硅制成的。5温度误差及其补偿拉伸被测试件时,粘贴在试件上的应变计,被沿应变计长度方向拉伸,产生纵向拉伸应变εx,应变计直线段电阻将增加。ε——试件的应变;1应变计的灵敏度系数K已安装的应变计,在恒定幅值的交变应力作用下,可以连续工作而不产生疲劳损坏的循环次数。当测得应变片电阻值变化量ΔR时,便可得到被测对象的应变值。比金属应变计的灵敏度约大50~100倍。由于补偿片RB是与工作片R1完全相同的,且都贴在同样材料的试件上,并处于同样温度下,这样,由于温度变化使工作片产生的电阻变化ΔR1t补偿片的电阻变化ΔRBt相等,因此,电桥输出Usc与温度无关,从而补偿了应变计的温度误