第3章力学量传感器.ppt

第3章 应变式力学量传感器 目录 前言 3.1 电阻应变式传感器的工作原理 3.2 电阻应变片的结构和工作原理 3.3 电阻应变片的种类、材料和参数 3.4 电阻应变片的主要参数 3.5 电阻应变片的动态响应特性 3.6 应变计粘贴工艺 3.7 电阻应变式传感器的温度误差及其补偿 3.8 电阻应变式传感器的信号调节电路 及电阻应变仪 3.9 电阻应变式传感器 本章小结 讨论 对金属丝，Ｋs第二项可忽略不计，故Ks=1+2μ μ ＝0.25～0.5 故Ks=1+2μ≈1.5~2 对半导体材料， Ｋs=1+2μ+πE, πE1+2μ 故Ｋs=πE π =(40~80)×10-11m2/N,E=1.67 ×1011Pa 故Ｋs=πE ≈50～100 本章小结 概念:电阻应变效应 问题1:电阻应变式传感器由哪两部分组成？各有什么作用？ 问题2:说明电阻应变式力学量传感器的基本原理？并简要指导其静态灵敏度系数 问题3:试简要说明电阻应变式传感器的温度误差产生的原因，并说明有哪几种其补偿方法。 问题4:试简要说明应变式加速度传感器的工作原理 温度补偿方法，基本上分为桥路补偿和应变片自补偿两大类。 (1)、桥路补偿法 2. 温度补偿方法 R1、R2完全一致，只不过两者一接受应力作用，另一个不接受应力作用。 (2)、应变片自补偿法 粘贴在被测部位上的是一种特殊应变片，当温度变化时，产生的附加应变为零或相互抵消，这种特殊应变片称为温度自补偿应变片。 利用温度自补偿应变片来实现温度补偿的方法称为应变片自补偿法。 下面介绍两种的自补偿应变片. A．选择式自补偿应变片 由式(4—37)可知，实现温度补偿的条件:εt=0 它是利用两种电阻丝材料的电阻温度系数不同(一个为正，一个为负)的特性，将二者串联制成敏感栅 若两段敏感栅R1和R2由于温度变化而产生的电阻变化为ΔRt1ΔRt2大小相等而符号相反．就可以实现温度补偿。 B、双金属敏感栅自补偿应变片 (组合式自补偿应变片) 图中的热敏电阻Rt在与应变片相同的温度条件下，当应变片的灵敏度随温度升高而下降时，热敏电阻是的阻值也下降，使电桥的输入电压随温度升高而增加，从而提高电桥的输出，补偿因应变片引起的输出下降。选择分流电阻R5的值，可以得到良好的补偿。 (3)、热敏电阻补偿法 3.8 电阻应变式传感器的信号调节电路 及电阻应变仪 应变片可以把应变的变化转换为电阻的变化，为显示与记录应变的大小，还要把电阻的变化再转换为电压或电流的变化，完成上述作用的电路称为电阻应变式传感器的信号调节电路，一般采用测量电桥。 3.9 电阻应变式传感器 由弹性元件和应变片．以及一些附件(补偿元件、保护罩等)组成的装置称为应变式传感器。 1 电阻应变式力传感器 A、柱式力传感器 实心园柱： 轴向： 独特的设计，得到了较好的效果：差动放大(why?) 结 构 电 路 B、梁式力传感器 (A).等截面梁应变式力传感器 ?z一距固定端为x处的应变值； l——梁的长度； x——某一位置到固定端的距离， E——梁的材料的弹性模量； (B).等强度梁应变式力传感器 C、薄壁圆环式力传感器 注意：支点，受力点 环的厚度为h，外径为R，宽度为b，应变片R1，R4贴在外表面，R2，R3贴在内表面，贴片处的应变量为: D、剪切式力传感器 (A).梁式剪切力传感器 (B).轮辐式剪切力传感器 2 应变式压力传感器 主要用于液体、气体动态和静态压力的测量，如内燃机管道和动力设备管道的进气口、出气口的压力测量,以及发动机喷口的压力、枪、炮管内部压力的测量等。 这类传感器主要采用膜片式、薄板式、筒式、组合式的弹性元件。 A、 板式压力传感器 工作原理：将传感器的下端旋入管壁，均匀分布的压力作用在薄板的一面，薄板的另一面粘贴应变片，通过应变的测量求得压力的大小。 用途： 测量气体或液体压力 板式压力传感器 规律可找出贴片的方法，由于切应变全是正的，中间最大； 径向应变沿圆板分布有正有负，在中心处和切应变相等，而在边缘处最大，是中心处的二倍，在x＝R／ 处为零．故贴片时要避开εr＝0处。 一般在圆片中心处沿切向贴两片，在边缘处沿径向贴两片。应变片R1，R4和R2 / R3接在桥路的相邻臂内，以提高灵敏度和进行温度补偿。 B 筒式压力传感器 圆柱体内有一盲孔，一端有法兰盘与被测系统连接。被测压力进入应变筒的腔内，使筒发生变形。圆筒外表面上的环向应变(沿着圆周线)为: 制作传感器时，在简壁和端部沿圆周方向各贴一片应变片，端部在简内有压力时不产生变形，只作温度补偿用。 R1和R2垂直粘贴，一沿圆周，一沿筒长，沿筒长方向的R2做温度