第2章應(yīng)變電阻傳感器ppt課件

1、第第2 2章章 應(yīng)變式傳感器應(yīng)變式傳感器 2.1 2.1 工作原理工作原理 2.2 2.2 電阻應(yīng)變片的溫度誤差及補(bǔ)償電阻應(yīng)變片的溫度誤差及補(bǔ)償 2.3 2.3 電阻應(yīng)變片的測量電路電阻應(yīng)變片的測量電路2.4 2.4 應(yīng)變式傳感器的應(yīng)用應(yīng)變式傳感器的應(yīng)用 電阻式傳感器的基本原理是將被測量的變化轉(zhuǎn)換成傳感元件電阻值的變化，再經(jīng)過轉(zhuǎn)換電路變成電信號(hào)輸出。 2.1 2.1工作原理工作原理n應(yīng)變應(yīng)變n 物體在外部壓力或拉力作用下發(fā)生形變的物體在外部壓力或拉力作用下發(fā)生形變的現(xiàn)象現(xiàn)象n彈性應(yīng)變彈性應(yīng)變n 當(dāng)外力去除后，物體能夠完全恢復(fù)其尺寸當(dāng)外力去除后，物體能夠完全恢復(fù)其尺寸和形狀的應(yīng)變和形狀的應(yīng)變n彈

2、性元件彈性元件n具有彈性應(yīng)變特性的物體具有彈性應(yīng)變特性的物體應(yīng)變式傳感器應(yīng)變式傳感器是利用電阻應(yīng)變片將應(yīng)變轉(zhuǎn)換為電阻變化的傳感器是利用電阻應(yīng)變片將應(yīng)變轉(zhuǎn)換為電阻變化的傳感器工作原理：工作原理： 當(dāng)被測物理量作用于彈性元件上，彈性元件在力、力矩當(dāng)被測物理量作用于彈性元件上，彈性元件在力、力矩或壓力等的作用下發(fā)生變形，產(chǎn)生相應(yīng)的應(yīng)變或位移，或壓力等的作用下發(fā)生變形，產(chǎn)生相應(yīng)的應(yīng)變或位移，然后傳遞給與之相連的應(yīng)變片，引起應(yīng)變片的電阻值變?nèi)缓髠鬟f給與之相連的應(yīng)變片，引起應(yīng)變片的電阻值變化，通過測量電路變成電量輸出。輸出的電量大小反映化，通過測量電路變成電量輸出。輸出的電量大小反映被測量的大小。被測量的

3、大小。構(gòu)造：應(yīng)變式傳感器由彈性元件上粘貼電阻應(yīng)變片構(gòu)成構(gòu)造：應(yīng)變式傳感器由彈性元件上粘貼電阻應(yīng)變片構(gòu)成應(yīng)用：廣泛用于力、力矩、壓力、加速度、重量等參數(shù)的應(yīng)用：廣泛用于力、力矩、壓力、加速度、重量等參數(shù)的測量測量2.1.1 2.1.1 應(yīng)變效應(yīng)分析與靈敏度系數(shù)應(yīng)變效應(yīng)分析與靈敏度系數(shù)電阻應(yīng)變片的工作原理是基于應(yīng)變效應(yīng)電阻應(yīng)變片的工作原理是基于應(yīng)變效應(yīng)即導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料在外界力的作用下即導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料在外界力的作用下產(chǎn)生機(jī)械變形時(shí)，其電阻值相應(yīng)發(fā)生變化，產(chǎn)生機(jī)械變形時(shí)，其電阻值相應(yīng)發(fā)生變化， 這種現(xiàn)象稱為這種現(xiàn)象稱為“應(yīng)變效應(yīng)應(yīng)變效應(yīng)”。 一根金屬電阻絲，在其未受力時(shí)，原始電阻值為：一根金屬電阻

4、絲，在其未受力時(shí)，原始電阻值為： AlR 當(dāng)電阻絲受到拉力當(dāng)電阻絲受到拉力F作用時(shí)，作用時(shí)， 將伸長將伸長l，橫截面，橫截面積相應(yīng)減小積相應(yīng)減小A，電阻率因材料晶格發(fā)生變形等因素，電阻率因材料晶格發(fā)生變形等因素影響而改變了影響而改變了，從而引起電阻值變化量為，從而引起電阻值變化量為 ：AdALdLdRdR式中：式中：dL/L長度相對變化量，用應(yīng)變長度相對變化量，用應(yīng)變表示為表示為 LdL2LLdRddLdAAAA電阻相對變化量：電阻相對變化量： dA/A圓形電阻絲的截面積相對變化量，設(shè)圓形電阻絲的截面積相對變化量，設(shè)r為為電阻絲的半徑，微分后可得電阻絲的半徑，微分后可得dA=2r dr，那么，

5、那么 ：rdrAdA2材料力學(xué)：在彈性范圍內(nèi)，金屬絲受拉力時(shí)，沿軸材料力學(xué)：在彈性范圍內(nèi)，金屬絲受拉力時(shí)，沿軸向伸長，向伸長， 沿徑向縮短，沿徑向縮短， 軸向應(yīng)變和徑向應(yīng)變的關(guān)軸向應(yīng)變和徑向應(yīng)變的關(guān)系可表示為系可表示為 ：LdLrdr為電阻絲材料的泊松比，為電阻絲材料的泊松比， 負(fù)號(hào)表示應(yīng)變負(fù)號(hào)表示應(yīng)變方向相反。方向相反。 推得：推得： 定義：電阻絲的靈敏系數(shù)物理意義）：單位應(yīng)定義：電阻絲的靈敏系數(shù)物理意義）：單位應(yīng)變所引起的電阻相對變化量。其表達(dá)式為變所引起的電阻相對變化量。其表達(dá)式為 dRdRK21dRdR)21 (12RKR 靈敏度系數(shù)靈敏度系數(shù)K K受兩個(gè)因素影響受兩個(gè)因素影響n一是應(yīng)

6、變片受力后材料幾何尺寸的變化，一是應(yīng)變片受力后材料幾何尺寸的變化， 即即1+21+2n二是應(yīng)變片受力后材料的電阻率發(fā)生的變化，二是應(yīng)變片受力后材料的電阻率發(fā)生的變化， 即即（/）/。n對金屬材料：對金屬材料：1+21+2( ( /)/ /)/n對半導(dǎo)體材料：對半導(dǎo)體材料：( ( /)/ /)/1+21+2n大量實(shí)驗(yàn)證明，在電阻絲拉伸極限內(nèi)，大量實(shí)驗(yàn)證明，在電阻絲拉伸極限內(nèi)， 電阻的相對電阻的相對變化與應(yīng)變成正比，即變化與應(yīng)變成正比，即K K為常數(shù)。為常數(shù)。 2.1.2 2.1.2 電阻應(yīng)變片種類電阻應(yīng)變片種類n常用的電阻應(yīng)變片有兩種：常用的電阻應(yīng)變片有兩種：n金屬電阻應(yīng)變片金屬電阻應(yīng)變片n半導(dǎo)

7、體應(yīng)變片半導(dǎo)體應(yīng)變片 金屬電阻應(yīng)變片金屬電阻應(yīng)變片2112K 引線覆蓋層基片電阻絲式敏感柵lb 用應(yīng)變片測量時(shí)，將其貼在被測對象表面上。當(dāng)被測對象受力變形時(shí)，應(yīng)變片的敏感柵也隨同變形，其電阻值發(fā)生相應(yīng)變化，通過轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化，這是用來直接測量應(yīng)變。 通過彈性敏感元件將位移、力、力矩、加速度、壓力等物理量轉(zhuǎn)換為應(yīng)變，則可用應(yīng)變片測量上述各量，而做成各種應(yīng)變式傳感器。(二)應(yīng)變片的基本結(jié)構(gòu)及測量原理（1敏感柵 感受應(yīng)變，并將應(yīng)變轉(zhuǎn)換為電阻的變化。敏感柵有絲式、 箔式和薄膜式三種。（2基底 絕緣及傳遞應(yīng)變。測量時(shí)應(yīng)變片的基底用高粘結(jié)劑粘在試件上，要求基底準(zhǔn)確地把試件應(yīng)變傳遞給敏感柵。

8、同時(shí)基片絕緣性能要好，否則應(yīng)變片微小電信號(hào)就要漏掉。 由紙薄、膠質(zhì)膜等制成。（3粘結(jié)劑 敏感柵與基底、基底與試件、基底與覆蓋層之間的粘結(jié)。（4覆蓋層保護(hù)作用。防濕、蝕、塵。（5引線連接電阻絲與測量電路，輸出電參量。二、應(yīng)變片的類型和材料（一應(yīng)變片的類型和材料1.金屬絲式應(yīng)變片回線式：橫向效應(yīng)較大短接式：克服橫向效應(yīng)金屬絲式應(yīng)變片材料要求見書2.金屬箔式應(yīng)變片箔式應(yīng)變片是在絕緣基底上，將厚度為0.0030.01mm電阻箔材，利用照相制版或光刻技術(shù)，制成各種需要的形狀。優(yōu)點(diǎn)：可制成多種復(fù)雜形狀尺寸準(zhǔn)確的敏感柵；與被測件粘結(jié)面積大；散熱條件好，允許電流大，提高了輸出靈敏度；橫向效應(yīng)?。蝗渥兒蜋C(jī)械滯后

9、小，壽命長。缺點(diǎn)：電阻值的分散性大3.金屬薄膜應(yīng)變片 采用真空蒸發(fā)或真空沉積等方法在薄的絕緣基片上形成厚度在0.1微米以下的金屬電阻材料薄膜的敏感柵，最后再加上保護(hù)層。優(yōu)點(diǎn)：應(yīng)變靈敏系數(shù)大，允許電流密度大。存在問題：溫度穩(wěn)定性差(二)應(yīng)變片的粘貼 應(yīng)變片是用粘合劑粘貼到被測件上的。粘合劑形成的膠層必須準(zhǔn)確迅速地將披測件應(yīng)變傳進(jìn)到敏感柵上。粘合劑的性能及粘貼工藝的質(zhì)量直接影響著應(yīng)變片的工作特性，如零漂、蠕變、滯后、靈敏系數(shù)，線性以及它們受溫度變化影響的程度。 對粘合劑和粘貼工藝有嚴(yán)格要求三、金屬應(yīng)變片的主要特性三、金屬應(yīng)變片的主要特性(一一)靈敏系數(shù)靈敏系數(shù)RRK/靈敏系數(shù)由實(shí)驗(yàn)確定。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，

10、實(shí)際應(yīng)變片的K值比單絲的K值要小，造成此現(xiàn)象原因是橫向效應(yīng)。還有粘結(jié)層傳遞變形失真。(二)橫向效應(yīng)將直的電阻絲繞成敏感柵之后，雖然長度相同，但應(yīng)變狀態(tài)不同，其靈敏系數(shù)降低了。這種現(xiàn)象稱橫向效應(yīng)。1、定性分析、定性分析當(dāng)將應(yīng)變片粘貼在被測試件上時(shí)當(dāng)將應(yīng)變片粘貼在被測試件上時(shí), 由于其敏感柵是由由于其敏感柵是由n條長條長度為度為l1的直線段和的直線段和n-1個(gè)半徑為個(gè)半徑為r的半圓組成的半圓組成, 若該應(yīng)變?nèi)粼搼?yīng)變片承受軸向應(yīng)力而產(chǎn)生縱向拉應(yīng)變片承受軸向應(yīng)力而產(chǎn)生縱向拉應(yīng)變x時(shí)時(shí), 則各直線段的電則各直線段的電阻將增加阻將增加, 但在半圓弧段則受到從但在半圓弧段則受到從+x到到-x之間變化的應(yīng)之間

11、變化的應(yīng)變。變。總的作用結(jié)果：將直的電阻絲繞成敏感柵后, 雖然長度不變, 應(yīng)變狀態(tài)相同, 但圓弧段橫向收縮引起阻值減小量對軸向伸引起阻值增加量起著抵消作用。 因而同樣應(yīng)變阻值變化減小，K值減小，此現(xiàn)象為橫向效應(yīng)。 2.定量分析定量分析應(yīng)變片置于二維應(yīng)力場，即有應(yīng)變片置于二維應(yīng)力場，即有 ，又有，又有 。xyxxxxyyxxKHKKKRR)1 ( 橫向效應(yīng)在圓弧段產(chǎn)生，消除圓弧段即可消除橫向效應(yīng)。 為了減小橫向效應(yīng)產(chǎn)生的測量誤差，現(xiàn)在一般多采用箔式應(yīng)變片，其圓弧部分尺寸較柵絲尺寸大得多，電阻值較小，因而電阻變化量也就小得多。(三)機(jī)械滯后、零漂和蠕變加載和卸裁特性曲線之間的最大差值稱為應(yīng)變片的滯

12、后值。粘貼在試件上的應(yīng)變片，在溫度保持恒定沒有機(jī)械應(yīng)變的情況下，電阻值隨時(shí)問變化的特性稱為應(yīng)變片的零漂。粘貼在試件上的應(yīng)變片，溫度保持恒定，在承受某一恒定的機(jī)械應(yīng)變，其電電阻值隨時(shí)間變化而變化的特性稱為應(yīng)變片的蠕變。一般來說，蠕變的方向與原應(yīng)變量變化的方向相反。(四)應(yīng)變極限和疲勞壽命應(yīng)選用抗剪強(qiáng)度較高的粘結(jié)劑和基底材料，基底和粘結(jié)劑的厚度不宜太大，并經(jīng)適當(dāng)?shù)墓袒幚?。對于已安裝的應(yīng)變片，在恒定幅值的交變力作用下，可以連續(xù)工作而不產(chǎn)生疲勞損壞的循環(huán)次數(shù)稱為應(yīng)變片的疲勞壽命。（五最大工作電流和絕緣電阻絕緣電阻是指應(yīng)變片的引線與被測件之間的電阻值。最大工作電流是指允許通過應(yīng)變片而不影響其工作特性的

13、最大電流。工作電流大，應(yīng)變片輸出信號(hào)大，靈敏度高，但過大的電流會(huì)把應(yīng)變片燒毀。（六應(yīng)變片的電阻值電阻值大可加大應(yīng)變片承受電壓，因此輸出信號(hào)大，但敏感柵尺寸也增大。(六)動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性電阻應(yīng)交片在測量頻率較高的動(dòng)態(tài)應(yīng)變時(shí)，應(yīng)考慮其動(dòng)態(tài)特性。動(dòng)態(tài)應(yīng)變是以應(yīng)變波的形式在試件中傳播的，它的傳播速度與聲波相同。半導(dǎo)體應(yīng)變片半導(dǎo)體應(yīng)變片21K分析：當(dāng)半導(dǎo)體應(yīng)變片受軸向力作用時(shí)分析：當(dāng)半導(dǎo)體應(yīng)變片受軸向力作用時(shí)半導(dǎo)體應(yīng)變片的電阻率相對變化量與所受的應(yīng)變力有半導(dǎo)體應(yīng)變片的電阻率相對變化量與所受的應(yīng)變力有關(guān)：關(guān)：式中：式中： 半導(dǎo)體材料的壓阻系數(shù)半導(dǎo)體材料的壓阻系數(shù); 半導(dǎo)體材料的所受應(yīng)變力半導(dǎo)體材料的所受應(yīng)變力

14、; E半導(dǎo)體材料的彈性模量半導(dǎo)體材料的彈性模量; 半導(dǎo)體材料的應(yīng)變。半導(dǎo)體材料的應(yīng)變。/= E因而：因而：實(shí)驗(yàn)證明，實(shí)驗(yàn)證明， E比比1+2大上百倍，所以大上百倍，所以1+2可以忽略，可以忽略，因而半導(dǎo)體應(yīng)變片的靈敏系數(shù)為：因而半導(dǎo)體應(yīng)變片的靈敏系數(shù)為： )21 (ERRERRK 測量原理：在外力作用下，被測對象測量原理：在外力作用下，被測對象產(chǎn)生微小機(jī)械變形，應(yīng)變片隨著發(fā)生相同產(chǎn)生微小機(jī)械變形，應(yīng)變片隨著發(fā)生相同的變化，的變化， 同時(shí)應(yīng)變片電阻值也發(fā)生相應(yīng)同時(shí)應(yīng)變片電阻值也發(fā)生相應(yīng)變化。當(dāng)測得應(yīng)變片電阻值變化量為變化。當(dāng)測得應(yīng)變片電阻值變化量為R時(shí)，便可得到被測對象的應(yīng)變值，時(shí)，便可得到被測

15、對象的應(yīng)變值， 根據(jù)根據(jù)應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系，得到應(yīng)力值應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系，得到應(yīng)力值為為 ：=E RRK 2.2 應(yīng)變片的溫度誤差及補(bǔ)償 2.2.1 應(yīng)變片的溫度誤差 由于測量現(xiàn)場環(huán)境溫度的改變而給測量帶來的附加誤差， 稱為應(yīng)變片的溫度誤差。 產(chǎn)生應(yīng)變片溫度誤差的主要因素有下述兩個(gè)方面。 1) 電阻溫度系數(shù)的影響 敏感柵的電阻絲阻值隨溫度變化的關(guān)系可用下式表示： Rt=R0(1+0t) 式中式中: Rt溫度為溫度為t時(shí)的電阻值；時(shí)的電阻值； R0溫度為溫度為t0時(shí)的電阻值；時(shí)的電阻值； 0溫度為溫度為t0時(shí)金屬絲的電阻溫度系數(shù)；時(shí)金屬絲的電阻溫度系數(shù)； t溫度變化值，溫度變化值，t=t-t0。 當(dāng)

16、溫度變化當(dāng)溫度變化t時(shí)，電阻絲電阻的變化值為：時(shí)，電阻絲電阻的變化值為： R=Rt-R0=R00t 2) 試件材料和電阻絲材料的線膨脹系數(shù)的影響試件材料和電阻絲材料的線膨脹系數(shù)的影響 當(dāng)試件與電阻絲材料的線膨脹系數(shù)相同時(shí)：環(huán)當(dāng)試件與電阻絲材料的線膨脹系數(shù)相同時(shí)：環(huán)境溫度變化不會(huì)產(chǎn)生附加變形。境溫度變化不會(huì)產(chǎn)生附加變形。 當(dāng)試件與電阻絲材料的線膨脹系數(shù)不同時(shí)：環(huán)當(dāng)試件與電阻絲材料的線膨脹系數(shù)不同時(shí)：環(huán)境溫度變化，電阻絲會(huì)產(chǎn)生附加變形，從而產(chǎn)生附境溫度變化，電阻絲會(huì)產(chǎn)生附加變形，從而產(chǎn)生附加電阻變化。加電阻變化。 設(shè)電阻絲和試件在溫度為設(shè)電阻絲和試件在溫度為0時(shí)的長度均為時(shí)的長度均為l0, 它們的

17、線膨脹系數(shù)分別為它們的線膨脹系數(shù)分別為s和和g，若兩者不粘貼，若兩者不粘貼，則它們的長度分別為：則它們的長度分別為： ls=l0(1+st)lg=l0(1+gt) 當(dāng)兩者粘貼在一起時(shí)，電阻絲產(chǎn)生的附當(dāng)兩者粘貼在一起時(shí)，電阻絲產(chǎn)生的附加變形加變形l、附加應(yīng)變、附加應(yīng)變和附加電阻變化和附加電阻變化R分別為：分別為： tRKRKRtlltllllsgsgsgsg)()()(000000由于溫度變化而引起的應(yīng)變片總電阻相對變化量為由于溫度變化而引起的應(yīng)變片總電阻相對變化量為 tKtKtRRRRRsgsgt)()(000000 結(jié)論：因環(huán)境溫度變化而引起的附加電阻的相結(jié)論：因環(huán)境溫度變化而引起的附加電阻

18、的相對變化量，除了與環(huán)境溫度有關(guān)外，還與應(yīng)變片自對變化量，除了與環(huán)境溫度有關(guān)外，還與應(yīng)變片自身的性能參數(shù)身的性能參數(shù)K0, 0, s以及被測試件線膨脹系以及被測試件線膨脹系數(shù)數(shù)g有關(guān)。有關(guān)。 2.2.2 2.2.2 電阻應(yīng)變片的溫度補(bǔ)償方法電阻應(yīng)變片的溫度補(bǔ)償方法 電阻應(yīng)變片的溫度補(bǔ)償方法通電阻應(yīng)變片的溫度補(bǔ)償方法通常有線路補(bǔ)償和應(yīng)變片自補(bǔ)償兩大類。常有線路補(bǔ)償和應(yīng)變片自補(bǔ)償兩大類。 1) 1) 電橋補(bǔ)償法電橋補(bǔ)償法 電橋補(bǔ)償是最常用且效果較好電橋補(bǔ)償是最常用且效果較好的電阻片溫度誤差補(bǔ)償方法。的電阻片溫度誤差補(bǔ)償方法。 電橋補(bǔ)償法電橋補(bǔ)償法電路分析電路分析ng g為由橋臂電阻和電源電壓決定的

19、常數(shù)。為由橋臂電阻和電源電壓決定的常數(shù)。n由上式可知，由上式可知， 當(dāng)當(dāng)R3R3和和R4R4為常數(shù)時(shí)，為常數(shù)時(shí)，R1R1和和R2R2對電橋?qū)﹄姌蜉敵鲭妷狠敵鲭妷篣oUo的作用方向相反。的作用方向相反。 利用這一基本關(guān)系利用這一基本關(guān)系可實(shí)現(xiàn)對溫度的補(bǔ)償?？蓪?shí)現(xiàn)對溫度的補(bǔ)償。314231012341234()()abRRRR RRUUUUUURRRRRRRR01423()UgR RR R1234()()UgRRRR 測量方法：測量方法： 當(dāng)被測試件不承受應(yīng)變時(shí)：當(dāng)被測試件不承受應(yīng)變時(shí)：R1和和R2又處于同一環(huán)境溫度為又處于同一環(huán)境溫度為t的溫度場的溫度場中，調(diào)整電橋參數(shù)使之達(dá)到平衡，此時(shí)中，調(diào)整

20、電橋參數(shù)使之達(dá)到平衡，此時(shí)有有 ： 工程上，一般按工程上，一般按R1 = R2 = R3 = R4 選取橋臂電阻。選取橋臂電阻。 01423()0UgR RR R溫度補(bǔ)償?shù)膶?shí)現(xiàn)：當(dāng)溫度升高或降低溫度補(bǔ)償?shù)膶?shí)現(xiàn)：當(dāng)溫度升高或降低t=t-t0時(shí)，時(shí)，兩個(gè)應(yīng)變片因溫度而引起的電阻變化量相等，兩個(gè)應(yīng)變片因溫度而引起的電阻變化量相等，電橋仍處于平衡狀態(tài)，電橋仍處于平衡狀態(tài)， 即：即： 應(yīng)變的測量：被測試件有應(yīng)變應(yīng)變的測量：被測試件有應(yīng)變的作用，則工作應(yīng)變片的作用，則工作應(yīng)變片電阻電阻R1又有新的增量又有新的增量R1=R1K，而補(bǔ)償片因不承受，而補(bǔ)償片因不承受應(yīng)變，故不產(chǎn)生新的增量，應(yīng)變，故不產(chǎn)生新的增量

21、， 此時(shí)電橋輸出電壓為此時(shí)電橋輸出電壓為 ：可見：電橋的輸出電壓可見：電橋的輸出電壓Uo僅與被測試件的應(yīng)變僅與被測試件的應(yīng)變有關(guān)，有關(guān)，而與環(huán)境溫度無關(guān)。而與環(huán)境溫度無關(guān)。 0114223()()0UgRR RRRR0114231414()()UgRR RR RgR RgR KR 注意補(bǔ)償條件：注意補(bǔ)償條件： 在應(yīng)變片工作過程中，保證在應(yīng)變片工作過程中，保證R3=R4。 R1和和R2兩個(gè)應(yīng)變片應(yīng)具有相同的電阻兩個(gè)應(yīng)變片應(yīng)具有相同的電阻溫度系數(shù)溫度系數(shù)、線膨脹系數(shù)、線膨脹系數(shù)、應(yīng)變靈敏度系、應(yīng)變靈敏度系數(shù)數(shù)K和初始電阻值和初始電阻值R0。 粘貼補(bǔ)償片的補(bǔ)償塊材料和粘貼工作粘貼補(bǔ)償片的補(bǔ)償塊材料和

22、粘貼工作片的被測試件材料必須一樣，兩者線膨脹片的被測試件材料必須一樣，兩者線膨脹系數(shù)相同。系數(shù)相同。 兩應(yīng)變片應(yīng)處于同一溫度場。兩應(yīng)變片應(yīng)處于同一溫度場。 2) 應(yīng)變片的自補(bǔ)償法 利用自身具有溫度補(bǔ)償作用的應(yīng)變片來補(bǔ)償?shù)?。要?shí)現(xiàn)溫度自補(bǔ)償，必須有： )(00sgK 上式表明，當(dāng)被測試件的線膨脹系數(shù)上式表明，當(dāng)被測試件的線膨脹系數(shù)g已知時(shí)，如果合理已知時(shí)，如果合理選擇敏感柵材料，選擇敏感柵材料， 即其電阻溫度系數(shù)即其電阻溫度系數(shù)0、靈敏系數(shù)、靈敏系數(shù)K0以及線以及線膨脹系數(shù)膨脹系數(shù)s，滿足上式為零，則不論溫度如何變化，均有，滿足上式為零，則不論溫度如何變化，均有Rt/R0=0，從而達(dá)到溫度自補(bǔ)償

23、的目的。，從而達(dá)到溫度自補(bǔ)償?shù)哪康摹?tKtKtRRRRRsgsgt)()(0000002.3 2.3 測量電路測量電路 2.3.1 2.3.1 直流電橋直流電橋 1. 1. 直流電橋平衡條件直流電橋平衡條件433211RRRRRREUoR1R2R4R3ACBEDIoRLUo圖圖4.5 直流電橋直流電橋 當(dāng)當(dāng)RL時(shí)，電橋輸出電壓為：時(shí)，電橋輸出電壓為： 當(dāng)電橋平衡時(shí)，當(dāng)電橋平衡時(shí)，Uo=0，則有：，則有： R1R4=R2R3或：或： 4321RRRR電橋平衡條件：欲使電橋平衡，電橋平衡條件：欲使電橋平衡， 其相鄰兩臂電阻的比值應(yīng)相等，其相鄰兩臂電阻的比值應(yīng)相等， 或相對兩臂電阻的乘積應(yīng)相等。或

24、相對兩臂電阻的乘積應(yīng)相等。 電橋平衡條件電橋平衡條件 2. 輸出電壓輸出電壓 應(yīng)變片工作時(shí)：電阻值變化很小，應(yīng)變片工作時(shí)：電阻值變化很小，電橋相應(yīng)輸出電壓也很小，一般需要電橋相應(yīng)輸出電壓也很小，一般需要加入放大器進(jìn)行放大。由于放大器的加入放大器進(jìn)行放大。由于放大器的輸入阻抗比橋路輸出阻抗高很多，所輸入阻抗比橋路輸出阻抗高很多，所以此時(shí)仍視電橋?yàn)殚_路情況。以此時(shí)仍視電橋?yàn)殚_路情況。當(dāng)受應(yīng)變時(shí)：若應(yīng)變片電阻變化當(dāng)受應(yīng)變時(shí)：若應(yīng)變片電阻變化為為R，其它橋臂固定不變，電橋輸出，其它橋臂固定不變，電橋輸出電壓電壓Uo0，則電橋不平衡，輸出電壓，則電橋不平衡，輸出電壓為為 4232413133221144

25、41423241313322114441423241313232322341411441423241313223144143214321432132323232414141414433221133224411443333221111)/()/()/()/(/)(/)()()()()()()(RRRRRRRRRRRRRRRRRERRRRRRRRRRRRRRRRRRERRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRERRRRRRRRRRRRRRRRERRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRERRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRREUoE)2()/()/()2)(

26、/()/()/(/2)/()/(2)/()/()/()/(44433333221144434443333133221144413144413133221144414241313322114441423241313322114441RRRRRRRRRRRRRRRERRRRRRRRRRRRRRRRRRERRRRRRRRRRRRRRRRRRERRRRRRRRRRRRRRRRERRRRRRRRRRRRRRRRRRERn對稱情況即對于電源U，左右對稱R1=R2，R3=R4，4)/()/()2()/()/(332211444443333322114443RRRRRRRRERRRRRRRRRRRRRRRER

27、相對臂相加，相鄰臂相減 設(shè)橋臂比設(shè)橋臂比n=R2/R1，由于，由于R15的小曲率圓環(huán)：的小曲率圓環(huán)：A、B兩點(diǎn)的應(yīng)變。兩點(diǎn)的應(yīng)變。 EbhFREbhFRBA2291. 109. 1這樣，這樣， 測出測出A、 B處的應(yīng)變，處的應(yīng)變， 即可得到載荷即可得到載荷F。 A23( /2)2(1)F Rhbh EB23( /2) 2F Rhbh E內(nèi)貼取內(nèi)貼取“” 內(nèi)貼取內(nèi)貼取“一一” 式中：式中： h圓環(huán)厚度；圓環(huán)厚度； b圓環(huán)寬度；圓環(huán)寬度； E材料彈性模材料彈性模量。量。0()()0URRUfKf FRRRUFR 測量 若A處及相對點(diǎn)，內(nèi)外環(huán)對稱貼兩片應(yīng)變片，B處受拉或壓應(yīng)力，將應(yīng)變片接于電橋電路。

28、輸出電壓為 AUKURRRRRRRRUU)(4)(443214433221103梁式力傳感器梁式力傳感器用途特點(diǎn)體重秤額定載荷150Kg重復(fù)性0.03%FS額定輸出2.5mV/V10%;1.0mV/V10%(半橋) 蠕變30(min)0.1%FS零點(diǎn)輸出5%FS使用溫度-10+40輸入電阻100010零點(diǎn)輸出溫度影響0.05%FS/輸出電阻100010額定輸出溫度影響0.01%FS/激勵(lì)電壓5-15VDC絕緣電阻2000M(100V)非線性0.05%FS過載能力150%FS滯后0.05%FS資料 （3 3懸臂梁式力傳感器懸臂梁式力傳感器2.4.2 應(yīng)變式壓力傳感器應(yīng)變式壓力傳感器 主要用來測量

29、流動(dòng)介質(zhì)的動(dòng)態(tài)或靜態(tài)壓力。主要用來測量流動(dòng)介質(zhì)的動(dòng)態(tài)或靜態(tài)壓力。 應(yīng)變片壓力傳感器大多采用膜片式或筒式彈性元件。應(yīng)變片壓力傳感器大多采用膜片式或筒式彈性元件。 在壓力在壓力p作用下，膜片產(chǎn)生徑向應(yīng)變作用下，膜片產(chǎn)生徑向應(yīng)變r(jià)和切向應(yīng)變和切向應(yīng)變t，表達(dá)式分別為，表達(dá)式分別為 ：EhxRpEhxRptr222222228)(1 (38)3)(1 (3應(yīng)變變化曲線的特點(diǎn)：應(yīng)變變化曲線的特點(diǎn)：當(dāng)當(dāng)x=0時(shí)，時(shí)，rmax=tmax；當(dāng)當(dāng)x=R時(shí)，時(shí)，t=0， r=2rmax。 特點(diǎn)的應(yīng)用：一般在平膜片圓心處切向粘貼特點(diǎn)的應(yīng)用：一般在平膜片圓心處切向粘貼R1、R4兩個(gè)應(yīng)變片，兩個(gè)應(yīng)變片， 在邊緣處沿徑向

30、粘貼在邊緣處沿徑向粘貼R2、R3兩個(gè)應(yīng)變片，然后接成全橋測量電路。兩個(gè)應(yīng)變片，然后接成全橋測量電路。 避開避開 位置。位置。3/Rx 0r3/Rx （2筒式壓力傳感器 筒式壓力傳感器見右圖，通常用于測量較大的壓力。它的一端為盲孔，另一端為法蘭與被測系統(tǒng)聯(lián)接。應(yīng)變片貼于筒的外表面，工作片貼于空心部分，補(bǔ)償片貼在實(shí)心部分。它的彈性敏感元件為一端封閉的薄壁圓筒，其另一端帶有法蘭與被測系統(tǒng)連接在筒壁上貼有2片或4片應(yīng)變片，其中一半貼在實(shí)心部分作為溫度補(bǔ)償片,另一半作為測量應(yīng)變片。當(dāng)沒有壓力時(shí) 4片應(yīng)變片組成平衡的全橋式電路;當(dāng)壓力作用于內(nèi)腔時(shí),圓筒變形成“腰鼓形”,使電橋失去平衡,輸出與壓力成一定關(guān)系的電壓。這種傳感器還可以利用活塞將被測壓力轉(zhuǎn)換為力傳遞到應(yīng)變筒上或通過垂鏈形狀的膜片傳遞被測壓力。應(yīng)變筒式壓力傳感器的結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、適用性強(qiáng)，在火箭彈、炮彈和火炮的動(dòng)態(tài)壓