第2章应变式传感器 (2).pptVIP

第2章应变式传感器(2)第1页，共33页，星期日，2025年，2月5日初始时，把R1用应变片代替，未发生应变时，通过选择R2，R3，R4的阻值使电桥平衡。当应变片发生应变时，由于应变片的阻值由R1变为（R1+ΔR1），电桥不再平衡，固定R3，R4的阻值，可以通过调节R2，使电桥再次达到平衡。（R1+ΔR1）R4≠R2R3（R1+ΔR1）R4=（R2+ΔR2）R3R1R4+ΔR1R4=R2R3+ΔR2R3ΔR1R4=ΔR2R3（1）两次平衡（2）通过改变桥臂比，可以改变量程应用：求出了ΔR1，，就可以求出相应的应变。第2页，共33页，星期日，2025年，2月5日2）不平衡电桥的工作原理初始平衡，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，输出电压为初始平衡条件，假设n=R2/R1＝R4/R3，R1R4=R2R3略去分母中的微小项ΔR1/R1，则有第3页，共33页，星期日，2025年，2月5日电桥的电压灵敏度为：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两方面的限制：一是应变片的允许温升；二是电桥电阻的温度误差。所以一般供电电压为1～3V。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。第4页，共33页，星期日，2025年，2月5日分析：由,可求Su的最大值可知n=1时，Su为最大值。即在供桥电压确定后，当R1=R2，R3=R4时，电桥电压灵敏度最高，(一般取R1=R2=R3=R4)，此时有？当U值确定后，n取何值时才能使Su最高？应用：根据上式，如果已知应变，就可以求出输出电压；反之依然。第5页，共33页，星期日，2025年，2月5日2.非线性误差及其补偿方法U0与ΔR1/R1的关系是非线性的，非线性误差为理想情况（略去分母中的ΔR1/R1项）：实际情况（保留分母中的ΔR1/R1项）：若n=1：若n=1：若n=1：第6页，共33页，星期日，2025年，2月5日例如：对于一般应变片：所受应变ε通常在5000μ以下，若取应变片灵敏系数K=2，则ΔR1/R1=Kε=0.01，计算得非线性误差为0.5%；若K=100，ε=1000μ时，ΔR1/R1=0.1，则得到非线性误差为5%，故当非线性误差不能满足测量要求时，必须予以消除。第7页，共33页，星期日，2025年，2月5日图2-9差动电桥减小和消除非线性误差的方法(1)差动电桥第8页，共33页，星期日，2025年，2月5日R4R3ACBUDUo半桥差动：在试件上安装两个工作应变片，一个受拉应变，一个受压应变，接入电桥相邻桥臂。该电桥输出电压为若ΔR1=ΔR2，R1=R2，R3=R4，则得可知：Uo与ΔR1/R1成线性关系，无非线性误差，而且电桥电压灵敏度Su=U/2，是单臂工作时的2倍。第9页，共33页，星期日，2025年，2月5日全桥差动：在试件上安装四个工作应变片，两个受拉应变，两个受压应变，接入桥路时，将两个变形符号相同的应变片接在相对臂内，符号不同的接在相邻臂内。该电桥输出电压为若ΔR1=ΔR2=ΔR3=ΔR4，R1=R2=R3=R4，则得可知：Uo与ΔR1/R1成线性关系，无非线性误差，而且电桥电压灵敏度Su=U，是单臂工作时的4倍。ACBUDUo第10页，共33页，星期日，2025年，2月5日（2）采用高内阻的恒流源电桥1.电桥输出电压与电阻变化量的关系解此方程组得：输出电压为：图2-10恒流源电桥R1+R3R2R4UoIabI1I2第11页，共33页，星期日，2025年，2月5日若当第一桥臂电阻变为时，电桥输出电压为：若忽略，则此时2.非线性误差恒流源与恒压源电路相比，非线性误差减少一倍。第12页，共33页，星期日，2025年，2月5日2.1.4应变式传感器的应用应变片能将应变直接转换成电阻的变化其他物理量（力、压力、加速度等），需先将这些量转换成应变－弹性元件应变式传感器的组成：弹性元件、应变片、附件（补偿元件、保护罩等）第13页，共33页，星期日，2025年，2月5日1.应变式力传感器被测物理量：荷重或力主要用途：作为各种电子称与材料试验机