2章-测量电路案例.ppt

2.2.4 应变式电阻传感器的测量电路 应变电桥分类 按电源：直流电桥与交流电桥 直流电桥只接入电阻 交流电桥可接入LC 按工作方式：平衡电桥与不平衡电桥 按桥臂关系：等臂与半等臂 输出端对称与电源对称 2.2.4 应变式电阻传感器的测量电路 输出电压： 2.2.4 应变式电阻传感器的测量电路 代入ΔR： 如果只有R1工作产生变化ΔR1: 引入电桥的桥臂比 并忽略分母中的小项，则： 2.2.4 应变式电阻传感器的测量电路 二 单臂电桥的电压灵敏度为： 则最大的电压灵敏度,满足 即全等臂电桥 2.2.4 应变式电阻传感器的测量电路 三 电桥的非线性误差及其补偿 和差特性 非线性特性 从上述各式可看出，无论输出电流和电压实际上都是与ΔR成非线性关系,只有ΔR很小时，桥路的输出才为线性, 非线性误差为 2.2.4 应变式电阻传感器的测量电路 考虑对称电桥：R1=R2,R3=R4,并忽略分母中的小项 以全等臂电桥在单臂工作时为例，只有ΔR很小时，桥路的输出才为线性, 非线性误差为 2.2.4 应变式电阻传感器的测量电路 采用金属应变计，减小ΔR，在一定精度条件下可免去补偿措施 半导体应变计虽然灵敏度高，但非线性误差随K增大而增大 非线性补偿 （1）差动电桥补偿：在全等 臂条件下，只两臂工作， ΔR1= ΔR2 = ΔR ： 第5章 应变式传感器 此时的输出电压灵敏度为KU=1/2Uin （2）差动电桥补偿：在全等臂 条件下，4臂均工作， ΔR1= ΔR2 = ΔR3 = ΔR4 =ΔR： 第5章 应变式传感器 （3）全等臂条件下，4臂差动还具有温度补偿功能 ΔR1= ΔR2 = ΔR3 = ΔR4 =ΔR： 不采用差动，单臂工作时： 第5章 应变式传感器 第5章 应变式传感器 （2）恒流源补偿 忽略分母中的微小量 讨论 应变片的串联与并联，对输出的影响？ 不能提高电桥的输入电压 2.2.4 应变式电阻传感器的测量电路 1.测力传感器 视弹性元件结构型式(如柱形、筒形、环形、梁式、轮幅式等)和受载性质(如拉、压、弯曲和剪切等)的不同，它们有许多种类。 2.2.4 应变式电阻传感器的测量电路 （1）圆柱式力传感器 2.2.4 应变式电阻传感器的测量电路 2.2.4 应变式电阻传感器的测量电路 2.2.4 应变式电阻传感器的测量电路 2.2.4 应变式电阻传感器的测量电路 2.2.4 应变式电阻传感器的测量电路 例题 2 以阻值R=120Ω，灵敏系数K=2.0的电阻应变片与阻值120Ω的固定电阻组成电桥，供桥电压为3V，并假定负载电阻为无穷大，当应变片的应变为2000με时，分别求出单臂、双臂差动电桥的输出电压，并比较两种情况下的灵敏度。 电桥原理 一 电桥的输出特性（输入电源内阻→0，RL→∞) 电桥平衡的条件: UO=0 问: 4个臂都工作的全等臂电桥的输出电压怎么表示? 此时的输出电压灵敏度为： KU=Uin 非线性补偿 （2）恒流源补偿 全等臂单臂工作条件下 非线性误差为： ﹤式（1） 典型的应变式传感器 若采用4臂差动电桥 εx很小时， 输出电压与外力F成正比 此时的非线性误差为 外力F越大， 非线性误差εL越大 实际应用时，应变片在粘帖过程与轴线和环向会存 在偏差角，引起测量误差和灵敏度的变化。 环向的应变片R1,R4粘帖时与环向有β1角度的偏差时，也就是与轴向有90± β1角度 而轴向的应变片R2,R3粘帖时与与轴向有β2角度的偏差时， 此时的差动电桥的应变片电阻变化为 如果β1 =β2=β时， 通过多次试验研究表明，圆柱体的高度对应变片的 传感特性有影响。 由式（2）和（3）可知，要提高输出电压的灵敏 度，减小圆柱体的横截面A。可采用空心圆筒结构来 实现。 对于实心的圆柱体： 对于空心的圆柱体： 一台采用等强度梁的电子称，在梁的上下两面各贴有两片电阻应变片，做成称重传感器，如下图所示。已知L=10mm，b0=llmm，h=3mm，E=2.1×104N/mm2，K=2，接入直流四臂差动电桥，供桥电压6V，求其电压灵敏度。当称重0.5kg时，电桥的输出电压Uo为多大? 例题 1 解答