第三章 應變式傳感器

1、第三章 應變式傳感器1 什么叫應變效應？利用應變效應解釋金屬電阻應變片的工作原理。答：在外力作用下，導體或半導體材料產(chǎn)生機械變形，從而引起材料電阻值發(fā)生相應變化的現(xiàn)象，稱為應變效應。其表達式為，式中K為材料的應變靈敏系數(shù)，當應變材料為金屬或合金時，在彈性極限內(nèi)K為常數(shù)。金屬電阻應變片的電阻相對變化量與金屬材料的軸向應變成正比，因此，利用電阻應變片，可以將被測物體的應變轉換成與之成正比關系的電阻相對變化量，這就是金屬電阻應變片的工作原理。2 試述應變片溫度誤差的概念，產(chǎn)生原因和補償辦法。答：由于測量現(xiàn)場環(huán)境溫度偏離應變片標定溫度而給測量帶來的附加誤差，稱為應變片溫度誤差。產(chǎn)生應變片溫度誤差的主要

2、原因有：由于電阻絲溫度系數(shù)的存在，當溫度改變時，應變片的標稱電阻值發(fā)生變化。當試件與與電阻絲材料的線膨脹系數(shù)不同時，由于溫度的變化而引起的附加變形，使應變片產(chǎn)生附加電阻。電阻應變片的溫度補償方法有線路補償法和應變片自補償法兩大類。電橋補償法是最常用且效果較好的線路補償法，應變片自補償法是采用溫度自補償應變片或雙金屬線柵應變片來代替一般應變片，使之兼顧溫度補償作用。3 什么是直流電橋？若按橋臂工作方式不同，可分為哪幾種？各自的輸出電壓如何計算？題圖3-3 直流電橋答：如題圖3-3所示電路為電橋電路。若電橋電路的工作電源E為直流電源，則該電橋稱為直流電橋。按應變所在電橋不同的工作橋臂，電橋可分為：

3、單臂電橋，R為電阻應變片，R、R、R為電橋固定電阻。其輸出壓為差動半橋電路，R、R為兩個所受應變方向相反的應變片，R、R為電橋固定電阻。其輸出電壓為：差動全橋電路，R1、R2、R3、R4均為電阻應變片，且相鄰兩橋臂應變片所受應變方向相反。其輸出電壓為：4擬在等截面的懸臂梁上粘貼四個完全相同的電阻應變片組成差動全橋電路，試問：（1） 四個應變片應怎樣粘貼在懸臂梁上？（2） 畫出相應的電橋電路圖。應變片答：如題圖3-4所示等截面懸梁臂，在外力作用下，懸梁臂產(chǎn)生變形，梁的上表面受到拉應變，而梁的下表面受壓應變。當選用四個完全相同的電阻應變片組成差動全橋電路，則應變片如題圖3-4所示粘貼。題圖3-4（

4、a）等截面懸臂梁 （b）應變片粘貼方式 （c）測量電路電阻應變片所構成的差動全橋電路接線如圖3-4所示，、所受應變方向相同，、所受應變方向相同，但與、所受應變方向相反。5. 圖示為一直流應變電橋。圖中E=4V，=，試求：（1） 為金屬應變片，其余為外接電阻。當?shù)脑隽繛闀r，電橋輸出電壓 （2） ，都是應變片，且批號相同，感應應變的極性和大小都相同，其余為外接電阻，電橋輸出電壓（3） 題（2）中，如果與感受應變的極性相反，且，電橋輸出電壓題圖3-5 直流電橋答：如題3-5圖所示由于R1，R2均為應變片，且批號相同，所受應變大小和方向均相同，則 根據(jù)題意，設 則 題圖6 等強度梁測力系統(tǒng)示意圖6.

5、圖示為等強度梁測力系統(tǒng)，R1為電阻應變片，應變片靈敏系數(shù)K=2.05,未受應變時，R1=120。當試件受力F時，應變片承受平均應變=800m/m，求：（1） 應變片電阻變化量R1和電阻相對變化量R1/ R1。（2） 將電阻應變片R1置于單臂測量電橋，電橋電源電壓為直流3V，求電橋輸出電壓及電橋非線性誤差。（3） 若要減小非線性誤差，應采取何種措施？并分析其電橋輸出電壓及非線性誤差大小。解：根據(jù)應變效應，有已知 ，代入公式則若將電阻應變片置于單臂測量橋路中則 非線性誤差 %若要減小非線性誤差，可采用半橋差動電路，且選擇 和所受應變大小相等，應變方向相反。此時7.在題6條件下，如果試件材質(zhì)為合金鋼，線膨脹系數(shù)，電阻應變片敏感柵材質(zhì)為康銅，其電阻溫度系數(shù)，線膨漲系數(shù)。當傳感器的環(huán)境溫度從10變化到50時，引起附加電阻相對變化量為多少？折合成附加應變?yōu)槎嗌?？解：在題3-6的條件下，合金鋼線膨脹系數(shù)為g=11×10-6/。則應變片敏感柵材質(zhì)為康銅。電阻溫度系