2g-力传感器.pptx

; 横截面为A的物体(金属丝)受到外力F的作用并处于平衡状态时，物体在单位面积上引起的内力称为应力σ，即:; 应变式传感器核心元件为应变片，它将试件的应变变化转换成电阻变化。 优点： ①精度高，测量范围广（测力精度可优于0.05%，几个到数千微） ②频率响应特性较好（可达10-7s级） ③结构简单，尺寸小，重量轻 ④可在高、低温、高速、高压、强振动、强磁场及核辐射和化学腐 蚀等恶劣条件下正常工作 ⑤易于小型化、固态化 ⑥价格低廉，品种多样，便于选择 缺点：有非线性，输出信号微弱，抗干扰能力较差，只能测量一点或应变栅范围内的平均应变。;2.1.1 应变效应和工作原理;用相对变化表示 ;整理可得电阻相对变化为：;;2.1.2 应变片的种类、结构、材料及粘贴; 箔式 ; 对金属电阻应变片敏感栅材料的基本要求*; 薄膜应变片* ;4） 电阻应变片的粘贴* ;2.1.3 电阻应变片的主要特性 ; 将直的电阻丝绕成敏感栅后，虽然长度不变，应变状态相同，但在圆弧处，除受纵向拉应变外，根据泊松关系，还存在横向的负应变 （ ），使电阻减小，因而其灵敏系数K较整长电阻丝的灵敏系数小，这种现象称为应变片的横向效应。;（3）机械滞后、零漂和蠕变* ; 已粘贴在试件上的应变片，在温度保持恒定，试件上没有机械应变的情况下，应变片的指示会随着时间增长而逐渐变化，这就是应变片的零点漂移，简称零漂。 ;（4）应变极限;（5） 绝缘电阻和最大工作电流* ;（6）应变片的电阻值* ;应变片对应变波的动态响应; 设应变波波长为λ，则λ=v/f；应变片栅长为l，t时刻应变波沿构件轴向（栅长方向）的分布为 应变片中点的应变为 xt为t时刻应变片的中点坐标。 测试得到的应变片在栅长范围内的平均应变为εm，则其数值等于l范围内应变波曲线下的面积除以 l，即 ;平均应变εm与中点应变εt相对误差δ为：;（1）温度效应 ;因此，由环境温度变化形成总的电阻相对变化为： ; 即利用自身具有温度补偿作用的应变片进行补偿。 1) 选择式自补偿法(又称单丝自补偿法) ; 敏感栅由两种不同温度系数 的电阻丝组成。 （a??二者有不同符号的电阻温 度系数，即;组合式自动补偿法之二;（3） 线路补偿法 常用电桥补偿法; ① R1和RB两个应变片具有相同的电阻温度系数?、线膨胀系数β、应变灵敏度系数K和初始电阻值Ro。 ② 粘贴补偿片的补偿块材料和粘贴工作片的被测试件材料必须一样，两者线膨胀系数相同。 ③ 两应变片应处于同一温度场。 ; 在某些测试条件下，可通过改变应变片的粘贴位置，实现温度补偿，并可提高应变片的灵敏系数。 ;;2) 不平衡电桥的电压输出 （工作原理）; 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）电桥电压灵敏度定义为 ：;由dKU/dn = 0，求KU的最大值，得： ; 4) 非线性误差及其补偿方法 ;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。; 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：;上式表明：; 如果在相邻桥臂同时接入性能和指标完全相同的工作应变片，一片受拉，一片受压，构成半桥差动电桥 ，则：;当：R1＝R2＝R3＝R4=R，ΔR1＝ΔR2=ΔR ; 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, ;特别关注，差动的作用！; 2. 交流电桥*;由交流电路分析可得： ;常见交流电桥平衡调节电路 ; 金属应变片除了可用于测试件应力、应变外，还可制成多种应变式传感器用来测力、扭矩、加速度、压力、位移等其它物理量。 应变片的应用可分两类： 1）将应变片粘贴于某些弹性体上，并将其接到测量电路，构成测量各种物理量的专用应变式传感器。应变式传感器的敏感元件一般为弹性体，转换元件是应变片，测量电路一般为桥路； 2）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。;(1) 悬臂梁式传感器 ; (a)等截面梁 　　(b)等强度梁; 在靠近固定端的上下表面顺着梁的长 度方向分别贴应变片R1、R2和R3 、R4。若 R1、R2受拉，则R4、R3受压，两者应变