课程设计---基于应变电阻的筒式压力传感器

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1、前言前言 传感器技术在当代科技领域占有十分重要的地位。所谓传感器就是能够规 定的被测量并按一定规律转换成可用于输出信号的器件或装置。传感器的种类 很多，其中的电阻应变式传感器就是应用及其广泛的一种。 电阻应变式传感器具有悠久的历史。将电阻应变片粘贴到各种弹性敏感元 件上，可构成测量位移、力、力矩、压力等各种参数的电阻应变式传感。电阻 应变式传感器具有以下很多优点： 1. 结构简单，使用方便，性能稳定、可靠； 2. 易于实现测试过程自动化合多点同步测量、远距离测量和遥测； 3. 灵敏度高，测量速度快，适合静态、动态测量； 4. 可以测量多种物理量。 电阻应变式传感器的结构和工作原理很简单。电阻应

2、变式式传感器由弹性 敏感元件与电阻应变片构成。 弹性元件在感受被测量时将产生变形， 其表面产 生应变。而粘贴在敏感元件表面的电阻应变片将随着弹性敏感元件产生变形， 因此电阻应变片的电阻值也产生相应的变化。 这样， 测量电阻应变片的电阻值 变化就可以确定被测量的大小了。 设计的传感器的技术参数： 最大量程：10MPa 精度：1 级 最大工作频率：30KHz 第一章第一章 电阻应变敏感元件的设计电阻应变敏感元件的设计 1.1 电阻电阻-应变特性应变特性 我们知道金属丝的电阻可表示为 L R R (1.1) 式中 R-金属丝的电阻； -金属丝的电阻率（mm/m） ； L-金属丝的长度(m); F-金

3、属丝的截面积。如图 11 示， 图 11 金属导体受力变形情况 考虑到金属材料的泊松效应，经数学变换可以得到金属丝的电阻应变特性 dRd (12) R x 即 dR /Rd/ (12) xx （1.2） 令 dR /Rd/ (12) xx K s （1-3） K s称为金属丝的灵敏系数，表征金属丝产生单位变形时电阻相对变化的大小。 由于K s目前还不能用确切的表达式给出，因此K s都由实验测得。实验表明，在 金属丝变形的弹性范围内， 电阻相对变化dR /R与应变x式成正比的， 故K s是一 个常数。所以式（1-3）以增量表示为 R R sxK （1-4） 金属丝做成敏感栅时，其电阻应变特性就与

4、直线时不同了，实验表明，应变片 的 R R 与x的关系在很大范围内仍有很好的线性关系，即 R R xK (1-5) 式中K为电阻应变片的灵敏系数。因为应变片存在横向效应所以K sK。 1.2 应变片的选择应变片的选择 1.1.应变片应变片材料的选择材料的选择 （1） 灵敏系数sK和电阻率要尽可能高而稳定， 电阻率dR /R与机械应变之 间应该具有良好而宽广的线性关系，即要求sK在很大范围内位常数； （2）电阻温度系数要小，电阻温度间的线性关系和重复性好； （3）机械强度高，辗压及焊接性能好，与其他金属之间接触热电势小； （4）抗氧化、耐腐蚀性能强、无明显机械滞后。 制作应变片敏感栅常用的材料有康铜、镍铬合金、铁镍铬合金、贵金属（铂、 铂钨合金等）材料等，材料的性能见表 11. 表 11 常见应变电阻合金材料性能表 由上表， 选择康铜箔片作为敏感栅材料。 康铜这种材料容易得到， 价格便宜，