2-1力传感器_应变式-2013解析.pptVIP

等强度梁: 一种沿悬臂梁长度方向的截面（一般是等厚度、变宽度）按一定规律变小的梁，当集中力P作用在自由端时，使得距作用点任何距离的截面上的应力相等。 悬臂梁式传感器一般可测0.5kg以下的载荷，最小可测几十克重。也可达到很大的量程，如钢制工字悬臂梁结构传感器量程为0.2～30t，精度可达0.02%FS。 悬臂梁式传感器具有结构简单、应变片容易粘贴，灵敏度高等特点。 应用案例1：桥梁固有频率和斜拉索测量 2) 不平衡电桥的电压输出 （工作原理） 应变片工作时，其电阻值变化很小，电桥的输出电压也很小，一般需要用放大器进行放大。当放大器的输入阻抗比桥路输出阻抗高很多时，电桥可视为开路。 考虑单臂工作电桥情况： 若应变片受应变时，电阻变化为ΔR（拉伸时，ΔR为正；压缩时，ΔR为负），其它桥臂固定不变，电桥输出电压Uo≠0，则电桥的不平衡输出电压为： 2.1 电阻应变式传感器 设桥臂电阻比为n =R2/R1，由于ΔR1R1，并考虑到平衡条件R2/R1=R4/R3， 则上式可近似表示为： 单臂电桥 2.1 电阻应变式传感器 （单臂）电桥电压灵敏度定义为 ： 分析可知：  ① 电桥电压灵敏度正比于电桥供电电压U，U越高，电桥电压灵敏度越高，但U的提高受应变片允许功耗的限制，另外U的稳定性也影响灵敏度，需适当选择。  ② 电桥电压灵敏度是桥臂电阻比值n的函数，恰当选择桥臂比n的值，保证电桥有较高的电压灵敏度。 3) 电桥电压灵敏度 2.1 电阻应变式传感器 由dKU/dn = 0，求KU的最大值，得： 当n=1时，KU最大。即当R1=R2=R3=R4时（此时称电桥为全等臂电桥），电桥的电压灵敏度最高值，即： 由上可知，当电源电压U和电阻相对变化量ΔR1/R1一定时，电桥的输出电压及其灵敏度也是定值，且与各桥臂电阻阻值大小无关。 当U值确定后，能使KU最高的n值： 2.1 电阻应变式传感器 4) 非线性误差及其补偿方法 可见 与ΔR1/R1的关系是非线性的。如果是全等臂电桥，R1=R2=R3=R4，即n=1， 则非线性误差为 对于单臂工作的电桥，应变越大，非线性误差越大！ 2.1 电阻应变式传感器 例1：设K=2，要求非线性误差δ1%，求允许测量的最大应变值εmax。 结论：如果被测应变大于10000??，采用等臂电桥时的非线性误差大于1%。 5）全桥电路的输出(四个桥臂均为工作应变片的电路) 设各桥臂均有相应的电阻增量ΔR1,ΔR2,ΔR3,ΔR4，则： 实用中，多采用等臂电桥或对称电桥(R1=R2, R3=R4)。 当R1=R2=R3=R4=R时，利用初始平衡条件，展开上式的分子得到不平衡输出为： 上式表明： ①当ΔRiR时，输出电压与应变呈线性关系。 ②若相邻两臂的应变极性一致，即同为拉应变或压应变时，输出电压为两者的单独作用输出之差；若相邻两桥臂的极性不同时，输出电压为两者单独输出之和。 ③若相对两臂的应变极性一致，则输出电压为两者之和；相对臂的应变极性相反时，输出电压为两者之差。 对上述特点加以利用可进行温度、非线性补偿并提高测量灵敏度！ 一般，ΔRi（i=1,2,3,4）很小，即RΔRi，略去上式中的高阶微量，利用ΔRi/R=K?i 简化得到： 为减小和克服非线性误差，常采用差动电桥。 如图所示的电桥输出电压为： 若R1=R2, R3=R4, ΔR1= -ΔR2，则 电路优点： Uo与ΔR1/R1成线性关系，差动电路能消减非线性误差； 电压灵敏度KU=U/2是单臂工作的两倍； 具有温度补偿作用 a)半等臂差动电桥（半桥差动） + 2.1 电阻应变式传感器 将电桥四臂接入四片阻值和性能相同的应变片，并使两个受拉应变，两个受压应变，且应变极性相同的两个接入相对桥臂，构成全桥差动电路，即R1=R2=R3=R4=R, 电路优点： Uo与ΔR1/R1成线性关系，全桥差动可消除非线性误差； 电压灵敏度KU=U，是单臂工作的四倍； 可补偿温度影响 ΔR1= -ΔR2= -ΔR3=ΔR4, 则全桥输出为 ： b)全等臂差动电桥（全桥差动） 2.1 电阻应变式传感器 特别关注，差动的作用！ 负载为有限值时的电桥输出* 电桥内阻 输出电流 注意：实际中、实验中，对使用的放大器的要求？ 选用哪种放大器？ 2.1 电阻应变式传感器 实验设备的实际电路原理图 2. 交流电桥* 　　由于供桥电源为交流电源，引线分布电容使得二桥臂