传感器与检测技术05章.pptVIP

传感器与测试技术 李晓莹 主编 高等教育出版社 第5章 电阻应变式传感器 5.1 工作原理及结构参数 5.2 测量电路及温度补偿 5.3 电阻应变式传感器的应用 5.1 工作原理及结构参数 1.电阻应变式传感器的主要优点： （1）适于静态和动态测试； （2）灵敏度和精度高； （3）测量范围大宽； （4）能适应多种环境。 2.电阻应变片的结构 3.电阻应变片的工作原理 4.电阻应变片的横向效应 5.电阻应变片的种类 （1）丝式应变片； （2）箔式应变片； （3）半导体应变片； （4）薄膜应变片。 6.电阻应变片的材料 敏感栅材料； 基底材料； 粘合剂。 敏感栅材料要求： 1、灵敏系数高； 2、电阻率高； 3、电阻温度系数低； 4、易于加工成细丝、箔； 5、耐疲劳、耐腐蚀、焊接性能好。 基底材料的要求： 1、厚度小，机械强度高，可挠度好； 2、粘合能力强； 3、电绝缘度高； 4、热稳定性能好； 5、抗潮湿，耐腐蚀； 6、无滞后和蠕变； 7、稍透明、便于安装定位。 7.电阻应变片的性能参数 电阻应变片的粘贴 应变片一般粘贴流程 5.2 测量电路及温度补偿 1.测量电桥 直流、交流 2.温度误差 3.温度补偿方法 1.应变片的温度误差 由于测量现场环境温度的改变而给测量带来的附加误差，称为应变片的温度误差。 产生应变片温度误差的主要因素有下述两个方面。  1)电阻温度系数的影响 敏感栅的电阻丝阻值随温度变化的关系可用下式表示： 式中: Rt——温度为t时的电阻值；  R0——温度为t0时的电阻值；  α0——温度为t0时金属丝的电阻温度系数； Δt——温度变化值，Δt=t-t0。 当温度变化Δt时，电阻丝电阻的变化值为： ΔRα=Rt-R0=R0α0Δt 2) 试件材料和电阻丝材料的线膨胀系数的影响 当试件与电阻丝材料的线膨胀系数相同时：环境温度变化不会产生附加变形。 当试件与电阻丝材料的线膨胀系数不同时：环境温度变化，电阻丝会产生附加变形，从而产生附加电阻变化。 设电阻丝和试件在温度为0℃时的长度均为l0, 它们的线膨胀系数分别为βs和βg，若两者不粘贴，则它们的长度分别为 当两者粘贴在一起时，电阻丝产生的附加变形Δl、附加应变εβ和附加电阻变化ΔRβ分别为： 由于温度变化而引起的应变片总电阻相对变化量为 结论：因环境温度变化而引起的附加电阻的相对变化量，除了与环境温度有关外，还与应变片自身的性能参数（K0, α0, βs）以及被测试件线膨胀系数βg有关。 注意补偿条件：  ① 在应变片工作过程中，保证R3=R4。 ② R1和RB两个应变片应具有相同的电阻温度系数α、线膨胀系数β、应变灵敏度系数K和初始电阻值R0。 ③ 粘贴补偿片的补偿块材料和粘贴工作片的被测试件材料必须一样，两者线膨胀系数相同。 ④ 两应变片应处于同一温度场。 4.电阻应变片的布置和接桥方式 电桥平衡条件：欲使电桥平衡，其相邻两臂电阻的比值应相等，或相对两臂电阻的乘积应相等。 应变片工作时：电阻值变化很小，电桥相应输出电压也很小，一般需要加入放大器进行放大。由于放大器的输入阻抗比桥路输出阻抗高很多，所以此时仍视电桥为开路情况。 当受应变时：若应变片电阻变化为ΔR，其它桥臂固定不变，电桥输出电压Uo≠0，则电桥不平衡，输出电压为 电桥电压灵敏度定义为 分析：  ① 电桥电压灵敏度正比于电桥供电电压， 供电电压越高， 电桥电压灵敏度越高，但供电电压的提高受到应变片允许功耗的限制，所以要作适当选择；  ② 电桥电压灵敏度是桥臂电阻比值n的函数，恰当地选择桥臂比n的值，保证电桥具有较高的电压灵敏度。 结论：全桥差动电路不仅没有非线性误差，而且电压灵敏度为单片工作时的4倍。 应变片测量特点： 1.只能测量构件表面的应变。 2.应变片的测量值反映的是敏感栅下所覆 盖面积下的平均值。 3.是局部测量。（逐点测量） 5.3 电阻应变式传感器的应用 1.测力传感器 2.压力传感器 3.加速度传感器 电桥补偿法 差动电桥 * * 金属应变片 半导体应变片 2.温度误差 Rt=R0(1+α0Δt) ls=l0(1+βsΔt) lg=l0(1+βgΔt)