应变片式传感-器-习题.pptVIP

;同学们好！;2.2 应变片式传感器; 当金属丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值将发生变化，这种现象称为金属的电阻应变效应。 设有一根长度为l、截面积为S、电阻率为ρ的金属丝，其电阻R为 两边取对数，得 等式两边取微分，得 ;dr/r为金属丝半径的相对变化，即径向应变为εr。;金属丝电阻的相对变化与金属丝的伸长或缩短之间存在比例关系。比例系数K0称为金属丝的应变灵敏系数。;K0由两部分组成： 前一部分是（1+2μ），由材料的几何尺寸变化引起， 后一部分为 ，电阻率随应变而引起的（称“压阻效应”）。 对金属材料，以前者为主，则K0≈ 1+2μ； 对半导体， K0值主要由电阻率相对变化所决定。; 金属应变丝的电阻相对变化与它所感受的应变之间具有线性关系，用灵敏度系数KS表示。金属应变片的电阻相对变化与应变ε在很宽的范围内均为线性关系。即 K为金属应变片的灵敏系数。;2.2.3 温度误差及补偿;应 力 ; 在弹性形变中，当应变较小时，应力与应变成正比。 对于拉伸和压缩形变 ，Y 称为弹性模量。 即;1、 单丝自补偿法 由前式知，若使应变片在温度变化Δt时的热输出值为零，必须使 即 应变片电阻温度系数 ,栅丝和式件的线膨胀系数 满足上式的条件，即可实现温度自补偿。具有这种敏感栅的应变片称为单丝自补偿应变片。 ;2、组合式自补偿法 是由两种不同电阻温度系数（一种为正值，一种为负值）的材料串联组成敏感栅，以达到一定的温度范围内在一定材料的试件上实现温度补偿的，如图。这种应变片的自补偿条件要求粘贴在某种试件上的两段敏感栅，随温度变化而产生的电阻增量大小相等，符号相反，即;线路补偿法 如图，电桥输出电压与桥臂参数的关系为 式中　A——由桥臂电阻和电源电压决定的常数。 ; 测量应变时，使用两个应变片，一片贴在被测试件的表面，图中R1称为工作应变片。另一片贴在与被测试件材料相同的补偿块上，图中R2，称为补偿应变片。; 当被测试件不承受应变时，R1和R2处于同一温度场，调整电桥参数，可使电桥输出电压为零，即 上式中可以选择R1=R2=R及R3=R4=R′。 当温度升高或降低时，若ΔR1t=ΔR2t，即两个应变片的热输出相等，由上式可知电桥的输出电压为零，即; 若此时有应变作用，只会引起电阻R1发生变化，R2不承受应变。故由前式可得输出电压为;根据被测试件承受应变的情况，可以不另加专门的补偿块，而是将补偿片贴在被测试件上，这样既能起到温度补偿作用，又能提高输出的灵敏度，如图所示的贴法。 ;电阻应变片的信号调理电路 由于将应变等机械量转换为电阻的变化，此变化的数量是很微弱的，因此须采用高精度的测量电路——电桥测量电路。 ;4.电桥输出公式 直流电桥、交流电桥均适合：;电桥输出公式的使用前提条件： 1）先决条件是：电桥起始是平衡的； 2）无论各电阻如何变化，一定要在平衡点附近； 3） 仅发生微小变化； 4）假定各桥臂电阻起始是相等的。 由于 ，电桥输出公式又可写成: 上式为电桥加减特性表达式。 ;电桥输出公式讨论： ①单臂工作 只有一只电阻 R 产生ΔR 变化时， 电桥输出电压 ;②双臂工作 ▲设R1产生正ΔR 的变化，R２产生负ΔR的变化，且变化的绝对值相等； 即 ， ， ， ， 电桥输出 ▲若R1，R２产生ΔR的绝对值相等，符号相同时，即 , 则Usc=0，电桥无输出，两工作臂的作用互相抵消。;③四臂工作 设R1、R3产生正ΔR的变化，R2、R4产生负ΔR的变化，且ΔR绝对值相等，即R1、R3产生正应变，R2、R4产生负应变，且应变的绝对值相等，则电桥的输出 为单臂工作的4倍。;说明：虽为直流电桥形式，但对交流电桥形式也完全适用。 ;★重要结论： 相邻桥臂电阻（应变）变化，同号相减，异号相加；相对桥臂电阻（应变）变化，同号相加，异号相减。 ★电桥输出的八字原则: 相邻相减，相对相加。;2.5 一个量