[工学]第四章：电阻应变传感器.ppt

(2)加速度的测量 根据F=ma 测得F便可以得到a。 m a F (3)流体压力的测量 测量原理： 压力 位移 应力 应变式荷重传感器的外形及应变片的粘贴位置 R 1 R 2 R 4 应变式荷重传感器外形及受力位置（续） F F 应变式荷重传感器外形及受力位置（续） F F 汽车衡 汽车衡 汽车衡称重系统 电子天平 电子天平的精度可达十万分之一 人体秤 吊钩秤 便携式 应变式数显扭矩扳手 可用于汽车、摩托车、飞机、内燃机、机械制造和家用电器等领域，准确控制紧固螺纹的装配扭矩。量程2~500N.m，耗电量≤10mA，有公制/英制单位转换、峰值保持、自动断电等功能。 材料应变的测量 斜拉桥上的斜拉绳应变测试 臂力测量 肺活量测量 走步测量 动脑筋想想 电阻应变传感器还有什么应用？ 司机瞌睡监测报警 电阻应变传感器系列 第 四 章 小 结 1、掌握电阻应变传感器的工作原理和应用技巧 温度补偿、调零方法、减小非线性方法等等。 2、单臂对称电桥、差动电桥和双差动电桥的输出特点 灵敏度和非线性误差 3、电阻应变传感器的典型应用和创新应用 * * 第一节 电阻应变片 第二节 基本测量电路——电桥电路 第三节 电阻应变片传感器的应用 第四章 电阻应变式传感器 学 习 要 求 1、掌握电阻应变片的工作原理 2、掌握电阻应变式传感器的检测方法 3、熟悉不同种类直流电桥的输出特点 4、熟悉电阻应变式传感器的典型应用 5、学习和掌握电阻应变传感器的创新应用 电阻应变式传感器是将被测量的应力（压力、荷重、扭力等）通过所产生的金属弹性形变转换成电阻变化的检测元件。 它由电阻应变片和测量线路两部分组成。目前应用最广泛的电阻应变片有两种：电阻丝应变片和半导体应变片。 L F F 第一节 电阻应变片 各种金属应变片花 1.1 应变电阻效应 导体产生机械变形时，电阻值发生变化的现象称为“应变电阻效应”。 金属丝受力拉长，截面积S变小，由 知，R将增大。 ∴ 即 径向应变 ∵ 测量相对误差： 金属导线在受应力拉长或缩短的时候,不仅 长度要变,面积也要发生变化。其电阻的变化如 何计算？ 由材料力学知：横向应变 与纵向应变 的关系可以用泊松系数 来描述： ∴ 应变灵敏系数 要制成电阻应变片，用单一金属丝难以实现，所以用金属丝绕制。如用直径为0.015～0.05mm的细金属丝绕成栅网状，并粘贴在绝缘的基片上，两侧由引线接出，线栅上再覆盖一层绝缘保护膜。 一般线栅面积为 3?10mm2,阻值为 60?～150 ? 对于大多数金属材料，泊松系数 所以ks的数值在1.4～4.8之间，一般取ks为2（应变片的灵敏度）左右。利用这种效应制成传感器，即为电阻应变片。 结构及材料 金属丝电阻应变片的典型结构见图。它主要由粘合层1、3，基底2、盖片4，敏感栅5，引出线6构成。 1.2 环境温度对测量的影响 造成应变片测量误差的因素很多，测量时要 加以考虑。其中环境温度的影响是首要的误差。 而当应变金属丝受环境温度影响时，有： RT＝RT0 [1+?T（T－T0）] 温度系数?T＝4.28×10-3/℃ 温度变化1℃时， RT＝RT0（1+?T），即， ?R/R＝(RT－RT0)/RT0=2×2140 ? 比较?R/R＝ks?l=2?l （假设KS＝2） 环境温度变化1℃相当于引起2140?的应变，必须解决。 一般?l应变单位为几百～几千?(1×10-6) 1.3温度补偿措施 1 应变片补偿法 将两个特性相同的应变片，用同样的方法粘贴在同样材质的两个器件上，置于相同的温度中，承受应力的为工作片，不受应力的为补偿片。 测量时，如温度变化两个应变片引起的电阻增量不但符号相同，而且数量相同，根据电桥平衡条件R1R4＝R2R3，电桥必然保持平衡。 应变片R1—测量元件 应变片R2—温度补偿元件 R1 R2 R3 R4 U0 2 应变片自补偿 使用特殊的应变片，使其温度变化的电阻增量等于零或相互抵消，从而不产生测量误差。 这是利用某些电阻材料的温度系数有正负特性，将这两种不同的电阻丝串联成一个应变片来实现的温度补偿，其条件是这两段电阻丝栅随温度变化而产生的电阻增量大小相等，方向相反。 即 或， 这种温度补偿方法给应变片的应用带来了方便，但 不易达到理想的效果，而且成本较高。 3 热敏电阻补偿法 将热敏电阻Rt置于应变片相同的温度下，可以进行温度补偿，有下列多种方式： UB T R1 Rt U0不变 T R1 Rt U0不变 R1 R2 R3 R4 Rt U0 R1 R2 Rt R3 U0 B 2