《应变片传感器课程设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《应变片传感器课程设计（26页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 题目：题目：应变片传感器应变片传感器课程设计课程设计目录目录1.应变片的介绍应变片的介绍112.传感器的定义传感器的定义443.电阻应变片的粘贴步骤电阻应变片的粘贴步骤444.4.测量电桥电路的设计测量电桥电路的设计665.5.最佳供桥电压的选择最佳供桥电压的选择10106.6.电桥电路的补偿方法电桥电路的补偿方法10107.7.温度补偿电路的设计温度补偿电路的设计11118.8.电桥电路的非线性误差与补偿电桥电路的非线性误差与补偿16169.9.测量数据测量数据191910.10.数据处理数据处理25251应变片的介绍应变片的介绍电阻应变片电阻应变片电阻应变片的工作原理是基于应变效应制作的
2、，即导体或半导体材料在外界力的作用下产生机械变形时，其电阻值相应的发生变化，这种现象称为“应变效应” 。半导体应变片是用半导体材料制成的，其工作原理是基于半导体材料的压阻效应。压阻效应是指当半导体材料某一轴向受外力作用时，其电阻率发生变化的现象。应变片是由敏感栅等构成用于测量应变的元件，使用时将其牢固地粘贴在构件的测点上，构件受力后由于测点发生应变，敏感栅也随之变形而使其电阻发生变化，再由专用仪器测得其电阻变化大小，并转换为测点的应变值。金属电阻应变片品种繁多，形式多样，常见的有丝式电阻应变片和箔式电阻应变片。箔式电阻应变片是一种基于应变电阻效应制成的，用金属箔作为敏感栅的，能把被测试件的应变
3、量转换成电阻变化量的敏感元件。应变片的构造应变片的构造应变片有很多种类。一般的应变片是在称为基底的塑料薄膜（15-16m）上贴上由薄金属箔材制成的敏感栅（3-6m） ，然后再覆盖上一层薄膜做成迭层构造。2应变片的分类应变片的分类按材料分： 金属式体型丝式、箔式、薄膜型；半导体式体型薄膜型、扩散型、 外延型、PN 结型 按结构分：单片、双片、特殊形状 按使用环境：高温、低温、高压、磁场、水下；主要特点：1、部分应变片具有自补偿功能，不需要补偿片，自身就能抑制应变温度漂移的功能。2、 产品品种多、可以给客户在不同的测量场合，提供完善应变测量选择，主要有：普通、低温、高温、超高温防水、复合材料、混凝
4、土、焊接式、焊接防水、半导体、测残余应力、等非常完善的产品规格和型号。3、 测量温度范围广：-269-8004、 产品稳定性好、长时间测量，产品测量结果稳定。5、 产品的测量形状多样，可以测量多种力学信号，如：测量扭3矩、剪切应力、集中应力、等等。应变片的原理应变片的原理将应变片贴在被测定物上，使其随着被测定物的应变一起伸缩，这样里面的金属箔材就随着应变伸长或缩短。很多金属在机械性地伸长或缩短时其电阻会随之变化。应变片就是应用这个原理，通过测量电阻的变化而对应变进行测定。一般应变片的敏感栅使用的是铜铬合金，其电阻变化率为常数，与应变成正比例关系。即：其中，R：应变片原电阻值 （欧姆）R：伸长或
5、压缩所引起的电阻变化 （欧姆）K：应变片的灵敏系数（常量，由应变片的生产厂家提供）：应变不同的金属材料有不同的比例常数 K。铜铬合金的 K 值约为2。这样，应变的测量就通过应变片转换为对电阻变化的测量。但是由于应变是相当微小的变化，所以产生的电阻变化也是极其微小的。4要精确地测量这么微小的电阻变化是非常困难的，一般的电阻计无法达到要求。为了对这种微小电阻变化进行测量，我们使用带有惠斯通电桥的专用应变测量仪。应变片的应用应变片的应用应变片主要应用于传感器。振动时效效果取决于振型的选择。为确保准确地消除或降低工件关键部位的残余应力，防止焊接、切割、铸造、锻压、机加工件变形与开裂。Sigmar 开发
6、出多种常规时效设备，可为用户提供科学的工艺振型分析、方便的设备操作功能，以便定性地保证时效工艺效果它们可分为分为 4 个系列 16 个规格。传感器的定义传感器的定义能把被测物理量或化学量转变成为电量的一种器件或元件叫传感器（又称变换器）其中我们平时接触较多物理量就有温度、湿度、质量、重量、力、压强、速度、加速度、长度、角度、液位、流量、密度等；与此相以对应，生产和生活中就需要温度传感器、湿度传感器、称重测力传感器、压强传感器等。电阻应变片的粘贴步骤电阻应变片的粘贴步骤1.选片：在确定采用那种类型的应变计后，用肉眼或放大镜检查丝栅是否平行，有否霉点、锈点、用数字式万用表测量各应变片电阻值，选择电
7、阻值差在土 05 欧姆内的 810 枚应变片供粘贴用。2.测点表面的清洁处理：为使应变计与被测试件贴得牢,对测点表5面要进行清洁处理。首先把测点表面用砂轮，锉刀或砂纸打磨；使测点表面平整并使表面光洁度达。然后用棉花球蘸丙酮擦洗表面的油污，到棉花球不黑为止。然后用划针在测片位置处划出应变计的座标线。打磨好的表面，如暂时不贴片，可涂以凡士林等防止氧化。如果测量对象为混凝土构件，则须用喷浆方法把表面垫平。然后同样进行表面打磨清洗等工作。此外，在贴片部位，还得先涂一层隔潮层,可采用环氧树脂胶或用铝箔纸，应变计就贴于隔潮底层上。3.贴片：在测点位置和应变计的底基面上，涂上薄薄一层胶水，一手捏住应变片引出
8、线，把应变计轴线对准座标线,上面盖一层聚乙烯塑料膜作为隔层，用手指在应变计的长度方向滚压，挤出片下汽泡和多余的胶水，直到应变计与被测物紧密粘合为止。手指保持不动约 1 分钟后再放开，注意按住时不要使应变片移动，轻轻掀开薄膜检查有无气泡、翘曲、脱胶等现象，否则需重贴。注意粘结剂不要用得过多或过少，过多则胶层太厚影响应变片性能，过少则粘结不牢不能准确传递应变。64.干燥处理：应变计粘贴好后应有足够的粘结强度以保证与试件共同变形。此外，应变计和试件间应有一定的绝缘度，以保证应变读数的稳定。为此，在贴好片后就需要进行干燥处理，处理方法可以是自然干燥或人工干燥。如气温在 20以上，相对湿度在 55左右时
9、用 502 胶水粘贴，采用自然干燥即可。人工干燥可用红外线灯或电吹风进行加热干燥，烘烤时应适当控制距离，注意应变计的温度不得超过其允许的最高工作温度,以防应变计底基烘焦损坏。5.接线：应变计和应变仪之间用导线连接。需根据环境与试验的要求选用导线。通常静应变测定用双蕊多股平行线。在有强电磁干扰及动应变测量时，需用屏蔽线。焊接导线前，先用万用电表检查导线有否断路，然后在每根导线的两端贴上同样的号码标签，避免测点多时造成差错。在应变计引出线下，贴上胶带纸，以免应变计引出线与被测试件(如被测试件是导电体的话)接触造成短路。然后把导线与应变计引线焊接在一起，焊接时注意防止假焊。焊完后用万用电表在导线另一
10、端检查是否接通。为防止在导线被拉动时应变计引出线被拉坏，可使用接线端子,接线端子相当于接线柱，使用时先用胶水把它粘在应变计引出线前端,然后把应变计引出线及导线分别焊于接线端子的两端，以保护应变计，如图 30-1 所示。6.防潮处理，为避免胶层吸收空气中的水份而降低绝缘电阻值，应在应变计接好线并且绝缘电阻达到要求后，立即对应变计进行防潮处理。防潮处理应根据试验的要求和环境采用不同的防潮材料。7常用的简易的防潮剂可用 703、704 硅胶。测量电桥电路的设计测量电桥电路的设计电阻应变片的测量电路电阻应变片的测量电路（1）1/4 桥是用应变片代替惠斯通电桥上的一个桥臂电阻。如图1.3 所示。图 1.
11、3 1/4 桥电路图用一个应变片代替 R4，应变片上的阻值变化会使电桥失衡，V00。如果应变片的标称电阻为 RG，应变导致的电阻变化为R,R=RGGF。假设，R1=R2，R3=RG,电桥公式(1-1)可以写成V0/VEX 的函数：(1-2) 211 40 GFGF VEXV表明 1/4 桥中应变的非线性变化。理想情况下，应变片的电阻会根据应变的变化而改变。然而，当应变片的材料和被测件的材料一样时，应变片的电阻也会根据温度的变化而改变。应变片生产厂商通过处理应变片材料来补偿被测件材料的热膨胀来降低应变电阻对温度的敏感度。例如，一个应变片用铝来补偿，铝的温度系数是 23ppm/C。用一个标称电阻为
12、1k、GF=2 的应变片，则应变误差为 11.5/。因此，额外的8温度补偿是必需的。如果在桥路上有两个应变片，就可以补偿温度。图 1.4 是放置图，其中一个是有效应变片(RG+R)，第二个应变片(RG)放在不有效应变片垂直的位置。第二个应变片受应变的作用非常小，叫补偿应变片。对于图 1.2 的惠斯通电桥中，R4 是有效应变片，R3 是补偿应片。温度的变化对两个应变片的影响是相同的，它们的电阻比值不会改变，因此输出电压不会随温度的变化而改变，这样温度变化的影响就降到了最低。图 1.4 温度补偿应变片放置图(2)半桥是用两个应变片代替惠斯通电桥两个桥臂上的电阻，这两个应变片都可以做为有效电阻，它们
13、对应变都敏感。图 1.5 是应变片放置图和电路图。图 1.5 半桥放置图不电路图在放置图中,其中一个应变片放在压力方向，(RG+R） ，另一个应变片放在补偿方向（RG-R)。在电路图中，输出电压是线性的，并丏电压值大概是 桥的两倍，其电桥公式为：9(1-3)20GF VEXV（3）全桥是将惠斯通电桥的所有桥臂电阻都替换为应变片。这些应变片都为有效电阻，这样可以增加电路对应变压力的敏感度，应变片有两个安装在压力方向，另外两个安装在补偿方向，其电路图如图 1.6 所示。图 1.6 全桥电路图全桥公式为：(1-3) GFVEXV0在使用应变片的过程中，应变片要正确地安装到被测件上，应变才能精确地从被
14、测件穿过基盘传到金属箔本身。在安装应变片上，可以参考生产厂商的信息。在没有应力时，假设惠斯通电桥公式(1-2)(1-4)电桥处于平衡状态，输出电压为 0。而实际上，通过应变片产生的电阻误差会产生一个初始的偏移电压。这个初始偏移电压可以用两种方法来处理：第一种方法，可以用一个特殊的零偏戒平衡电路来调整电阻使平衡电桥输出电压为 0；第二种方法，可以测量电路在初始无应变时的电压输出，然后在软件中补偿。实际使用应变片的过程中，除了初始的偏移电压乊外，还有很多因素需要考虑，比如：导线电阻、信号调理、激励源等。10单臂应变传感器：电桥电路中一个支路为应变片其余都为电阻。半桥应变片传感器：电桥电路支路中两个
15、支路为应变片其余为电阻。全桥应变片传感器：电桥电路中全部为应变片。我们小组选择的应变片传感器回答如下问题：最佳供桥电压的选择最佳供桥电压的选择根据应变片电阻值情况，未安装的应变片在不受外力作用情况下，于室温条件测定的电阻值（原始电阻值）单位以欧姆计。应变片电阻值已趋标准化，有 60,120,350,600 和 1000 各种阻值，其中120 为最长使用。再根据允许电流的情况，允许电流是指不因电流产生热量影响测量精度，应变片允许通过的最大电流。它与应变片本身，试件，粘结剂和环境有关，要根据应变片的阻值和结合电路具体情况计算。为了保证测量精度，在静态测量时，允许电流一般为 25mA；在动态测量时，允许电流可达 75 到 100mA。根据以上情况应变片电阻为 120。允许通过电流为 25mA，则最佳供桥电压为 3V。电桥电路的补偿方法电桥电路的补偿方法电路补偿法，这种方法是利用应变片测量电路（电桥）的特点来进行补偿，如下图（a）所示。11R1 为工作应变片，粘贴在试件上；R2 为补偿应变片，粘贴在材料，温度与试件相同的补偿块上；R3，R
