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第13章应变片传感器的应用综述
第13章 小型称重系统设计;13.1 设计任务
本例是利用金属箔式应变片设计一个小型称重装置。硬件部分是在Multisim中仿真设计，软件显示与分析部分由LabVIEW虚拟仪器完成。本设计完成过程中需要掌握以下几点：
1）掌握金属箔式应变片的应变效应，单臂、全桥电桥 工作原理和性能。
2）学会利用应变片原理建立仿真模型。
3）比较单臂与全桥电桥的不同性能、了解其特点。
4）学会使用全桥电路。
5）会使用G语言编程实现虚拟仪器的功能。;13.2 测量电路原理与设计; ◆通常把单位应变所引起电阻相对变化称作电阻丝的灵敏系数，对于金属导体，其表达式为：
（13-2）
所以： （13-3）
◆在外力作用下,应变片产生变化,同时应变片电阻也发生相应变化。当测得阻值变化为△R时，可得到应变值ε，根据应力与应变关系，得到应力值为
（13-4） ;式中： σ-应力,ε-应变（为轴向应变）
E-材料的弹性模量 。
又重力G与应力σ的关系为：
（13-5）
式中： G-重力,S-应变片截面积
根据以上各式可得到：
（13-6）
由此得出应变片电阻与重物质量的关系，即
（13-7）;根据应变片常用的材料（如康铜）取
k0=2；E =16300 ；S = ；R0 =348Ω；
g=
◆所以在Multisim中可用建立以下模型来代替应变片进行仿真，模型如图13-1所示：; 13.2.2 桥路部分电路原理
◆电阻应变计把机械应变转换成ΔR/R后，必须采用转换电路通常采用惠斯登电桥电路实现这种转换。
◆图13-2所示的直流电桥，对于单臂电桥,如下图：;13.2 测量电路原理与设计;
（13-10）
电桥电压灵敏度定义为：
（13-11）
从上式分析发现：
①电桥电压灵敏度正比于电桥供电电压。
②电桥电压灵敏度是桥臂电阻比值n的函数，必须恰当的选择n的值，保证电桥具有较高的灵敏度。; 由 求Sv的最大值，由此得
（13-12）
求得n＝1时，Sv最大。也就是供电电压确定后，当R1=R2,R3=R4时，电桥得电压灵敏度最高，可得：
（13-13）
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