[工学]5-6-7-21-应变式传感器.ppt

主要内容 2.1 应变式传感器 2.2 压阻式传感器 2.1 应变式传感器 2.1.1 工作原理 2.1.2 电阻应变片的主要特性 2.1.3 测量电路 2.1.4 应变式传感器应用 2.1 应变式传感器 电阻应变式传感器由弹性元件和电阻应变片构成。 2.1.1工作原理 （一）应变效应 （二）电阻丝的灵敏系数 （三）应变片的结构和种类 2.1.1 工作原理 因为：金属导体或半导体的电阻与其电阻率及几何尺寸（长度、面积）有关，当其受到外力作用时，这些参数发生变化，因而引起其电阻值变化，进而引起电流的变化。 2.1.1 工作原理 应变效应——导体或半导体材料在外界力的作用下产生机械变形时，其电阻值相应发生变化。 2.1.1 工作原理 2.1.1 工作原理 应变片的结构与种类 金属丝式应变片 金属箔式应变片 金属薄膜式应变片 金属丝式应变片 金属丝式应变片 金属箔式应变片 电阻敏感元件不是金属丝栅 在绝缘基底上，将厚度为0.001～0.01mm电阻箔材，利用照相制板或光刻腐蚀的方法，制成适用于各种需要的形状。 优点： （1）尺寸准确，线条均匀，适应不同的测量要求。 （2）可制成多种复杂形状尺寸准确的敏感栅。 （3）与被测试件接触面积大，粘结性能好。 散热条件好，允许电流大，灵敏度提高。 （4）横向效应可以忽略。 （5）机械滞后小，疲劳寿命长。 2.1.2 电阻应变片的特性 （一）应变片的电阻值 （二）灵敏系数 （三）横向效应 （四）温度误差及其补偿 （一）应变片的电阻值 R 应变片在未经安装也不受外力情况下，于室温下测得的电阻值。 电阻系列：60、120、200、350、500、1000Ω。 可以加大应变片承受电压， 电阻值大 输出信号大， 敏感栅尺寸也增大 （二）灵敏系数 定义K=(ΔR/R)/ε为应变片的灵敏系数。 它表示安装在被测试件上的应变片在其轴向受到单向应力时，引起的电阻相对变化(ΔR/R)与其单向应力引起的试件表面轴向应变(ε)之比。 注：应变片灵敏系数不等于其敏感栅整长应变丝的灵敏系数 这是因为在单向应力产生应变时，应变片的灵敏系数除受到敏感栅结构形状、成型工艺、粘结剂和基底性能的影响外，尤其受到栅端圆弧部分横向效应的影响。 （三）横向效应 应变片的横栅部分将纵向丝栅部分的电阻变化抵消了一部分，从而降低了整个电阻应变片的灵敏度，带来测量误差，其大小与敏感栅的构造及尺寸有关。 敏感栅的纵栅愈窄、愈长，而横栅愈宽、愈短，则横向效应的影响愈小。 设：电阻丝和试件温度0℃时的长度为l0，温度变化△t后的膨胀量分别为： 相应的虚假应变输出 应变片的自补偿法 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，这种应变片称为温度自补偿应变片。 利用这种应变片来实现温度补偿的方法称为应变片自补偿法。 a. 选择式自补偿应变片 b. 双金属敏感栅自补偿应变片 优点： 简单、方便，在常温下补偿效果较好 缺点： 在温度变化梯度较大的条件下，很难做到工作片与补偿片处于温度完全一致的情况，因而影响补偿效果。 2.1.3 电阻应变片的测量电路 1. 直流电桥 1. 直流电桥 1. 直流电桥 电桥的输出式为： （A）单个工作应变片组成的单臂桥，当工作应变片产生 ① ΔRi R时，电桥的输出电压与应变成线性关系。 ② 若相邻两桥臂的应变极性一致，即同为拉应变或压应变时，输出电压为两者之差；若相邻两桥臂的应变极性不同，则输出电压为两者之和。 ③ 若相对两桥臂应变的极性一致，输出电压为两者之和；反之则为两者之差。 ④ 电桥供电电压E越高，输出电压U0越大。但是，当E大时，电阻应变片通过的电流也大，若超过电阻应变片所允许通过的最大工作电流，传感器就会出现蠕变和零漂。 ⑤ 增大电阻应变片的灵敏系数K，可提高电桥的输出电压。 2.1.3 电阻应变片的测量电路 2.1.3 电阻应变片的测量电路 2.1 应变式传感器小结 2.1.1 工作原理 应变效应 2.1.2 电阻应变片的主要特性 横向效应 温度误差及其补偿 2.1.3 测量电路 直流电桥 非线性误差及其补偿 2、梁式力传感器（悬臂梁式） L R1 R3 R2 R4 x F h b 等强度梁弹性元件 b0 R4 等强度梁各点应变值 F-载荷；E-杨氏模量； bx-与X值相应的梁宽；h-梁厚 弹性元件：一端固定的悬臂梁 力作用在自由端。 电阻应变片沿着L方向粘贴在悬臂